1 工程概况
正在建设中的上海市北横通道将成为市区北部东西向的骨干快速路，设计为双向 6 车道，全长约19.1km，主要采取地下布置的形式。根据设计线路，在桩号 K9+020.00 ～ K9+086.00 范围（长寿路桥的南侧）需要下穿苏州河。该范围内南北车道各呈现一定的弧度，其中南线隧道转弯半径为 R300m，北线隧道转弯半径为 R550m，南北车道的高差在此范围内进行一定的调整，北侧车道逐步向上抬升。通道的北侧为运营的上海轨道交通 13 号线区间，离结构边线距离为 6.1 ～ 10.5m。地铁区间隧道采用盾构法施工，隧道外径 6.2m，管片厚度 35cm，隧道顶埋深约 18.6m。北横通道下穿苏州河线路的平面布置如图 1 所示。苏州河在此处为一个急弯，河床呈现西侧冲刷东侧淤积的状态，河槽的最低标高（西侧）约 -4.20m，此处苏州河河床形状如图 2 所示。
图 1 明挖过苏州河段平面图
图 2 工程处河床断面
根据地质详勘报告，施工区域浅层为填土，填土下约 8m 厚为②3层粉砂，接下去为黏土层，依次为④、⑤1、⑥号土，地面以下约28m进入⑦号土，⑦1和⑦2共计层厚约15m。在河道范围底部为淤泥，②3层土缺失。地质纵断面分布如图 3 所示。
图 3 工程地质纵断面图
2 方案的比选与优化
鉴于下穿苏州河节点位于市中心，紧邻运营的地铁 13 号线，苏州河河势复杂，防汛形势严峻，加上施工场地条件十分受限，该节点被视为整个北横通道工程最难的节点之一。针对该节点的方案，由业主牵头会同水务、设计、总包等多方进行多轮的研究与论证。在方案的比选过程中，始终把尽可能降低对苏州河防汛的影响放在首位，重点对暗挖法、沉管法和明挖法进行了综合比选与优化。
暗挖法主要包括矩形顶管（或盾构）、管幕等。暗挖法对苏州河的过流与防汛基本没有影响，施工组织也相对简单，但最大的制约条件为结构上方的覆土不够。根据设计，结构顶板上部的覆土仅1m。同时大断面矩形顶管（或盾构）急曲线转弯段掘进的难度较大。
沉管法也无需缩窄河道，对苏州河过流与渡汛有利，但由于紧邻长寿路桥无法进行基槽开挖。另外，工程位于市中心，无法就地进行管节预制，苏州河又不具备管节浮运的条件。方案因此不成立。
明挖法的总体思路是分阶段通过围堰将水域变成陆地，然后再进行地下结构施工，待结构完成后拆除围堰并恢复河床。由于要缩窄河道，该方案对苏州河的过流与渡汛影响最大，但相关技术比较成熟，相较暗挖和沉管可操作性强。根据采取的围堰形式又对重力式围堰和轻型钢平台围堰 2 种方案进行比较。
针对上述 3 种方案的比选情况如表 1 所示。
表 1 方案的比选情况
3 最终确定方案的情况
经综合比选最终确定采用轻型钢平台围堰的明挖方案。相较其它方案，该方案有类似的工程案例，可实施性强，对地铁保护有利。该方案的总体思路是：通过钢平台围堰分阶段依次将东、西两侧苏州河水域变为陆地，然后进行基坑围护、开挖及结构回筑施工。为满足苏州河的过流、渡汛与通航需要，水务部门要求施工过程中必须保证河道过流宽度不小于 36m。据此，将施工分为两个阶段，第一阶段为东侧施工西侧导流，第二阶段为西侧施工东侧导流。
第一阶段先在东侧施工钢平台围堰，对围堰内部抽水、清淤、回土，将苏州河部分河道变为陆域，为满足苏州河过流宽度 36m 的要求，需要同步在西侧进行导流槽开挖。然后在陆域条件下与岸上段一并进行基坑与结构回筑施工。待东侧结构施工完成后，在顶板上施工一堵厚 1m 的临时挡水墙作为第二阶段围堰的一部分。将围堰内的土体挖掉恢复河床并回水，最后拆除钢围堰平台。第二阶段与第一阶段的施工流程基本相似。所不同的是在第一阶段东侧施工过程中，临时挡墙位置已经考虑了 36m 过水宽度的要求，因此东侧无需进行导流槽的浚挖施工。两阶段实施的总体平面布置如图 4 所示。
图 4 分阶段施工总体平面布置
综合考虑施工环境条件与作业效率，围堰采用钢平台 + 拉森钢板桩的组合式结构体系。宽 9m 的钢平台既为施工提供便道，同时也为挡水的拉森板桩提供支撑。钢平台基础采用钢管桩（φ800mm×16mm），桩长 28m，横距 3.4m，纵距 3m。上铺双榀 700mm×300mm H 型钢横梁及纵梁、20b 工字钢小梁，桥面为厚 1cm 钢板。钢板桩与横梁采用钢围檩进行联接。钢平台围堰及地下结构形式如图 5 所示。
图 5 钢平台围堰与结构横断面
4 方案实施的关键技术
4.1 钢管桩的打拔施工
钢平台围堰施工的主要内容为钢管桩和拉森钢板桩的施工及上部钢结构的安装。鉴于钢平台紧邻地铁 13 号线（最近处仅 4.8m），钢管桩如果采用常规的振沉设备与工艺将无法满足对地铁的保护要求。经市场调研，确定采用荷兰 ICE 公司的 28RF型高频液压免共振锤施工，该锤型具有振动频率高、幅度小、噪音低等特点，对紧邻地铁的保护十分有利。
为了验证所选锤型的适应性，确保地铁安全，正式施工前进行了 2 次钢管桩振沉的振动现场原位测试。测试采用的钢管桩与工程实际采用的为同一规格，振动监测采用加拿大 Instantel 传感器。现场测试委托专业单位进行，每次试验后出具正式的测试分析报告。第一次试验重点测试钢管桩打拔过程中周围土层的振动情况；第二次试验的重点为沉桩过程中紧邻隧道管片的振动情况。
第一次试验选在围场范围内，如图 6 所示，在离开桩周3m、5m、10m的位置布置振动监测传感器，在振沉和拔除过程中进行振动监测。不同阶段振动测试的结果如表 2 所示。
图 6 现场内进行沉桩振动测试
表 2 第一次试验振动测试结果
第二次试验中试验桩为设计桩位，与 940 环管片的平面距离为 8.6m，沉桩前在隧道管片上布置测点，在试验沉桩过程中同步对管片的振动情况进行实时振动监测。试验桩与监测管片的位置关系如图7 所示。
图 7 试验桩与隧道管片的振动监测
沉桩过程中振动测试数据汇总如表 3 所示。监测结果表明：两次试验场地背景振动约为0.31mm/s。ICE 高频免共振锤对地铁的振动影响远小于申通地铁规定的标准：不超过 25mm/s，因此，最终确定采用该设备进行钢管桩打拔施工。
表３ 第二次振动测试数据汇总表
一期钢平台围堰共施工钢管桩 130 根，其中在地铁 50m 保护区内共计 76 根，施工过程中（包括振沉与拔除）隧道安全均处于受控状态，收敛和沉降监测数据均未超出累计报警值（10mm）。采用ICE 锤进行钢管桩振沉施工如图 8 所示。
4.2 高填土的稳定处理
根据方案，围堰封闭后就对围堰内的水进行抽排，并将浮泥清理后进行回填。回填土最大高度达到 8m。由于工期十分紧张，在填土还没有固结的情况下，就要立即进行后续施工，填土上需要行走重载设备，包括三轴搅拌机、液压抓斗及土方车等，填土必须有足够的承载力，同时地下连续墙施工过程中还要保证槽段的稳定，因此高填土稳定问题十分突出。
为解决高填土的稳定性问题，现场采用了多种措施。首先，在填料方面选择优质土源，主要为干净的黏土；其次，对后续施工工序进行了调整，将原本地下连续墙施工完成后的坑内加固提前到地下连续墙施工前进行，并结合坑内加固对回填土体进行加固，以提高回填土的密实度和强度，从而满足超载设备的承重要求。对整个回填区域的加固方案如下：进行格栅型的三轴搅拌桩加固，格栅尺寸为5m×5m，加固深度为地面至清淤面以下 1m，水泥掺量为 10%。并在每个格仓内部梅花型布设压密注浆孔，注浆孔间距 2.5m，加固深度同三轴搅拌桩，水泥掺量为 10%。回填土加固平面布置如图 9 所示。至于地下连续墙的槽段稳定问题，则是采取在槽段两侧施工双排三轴搅拌桩的方案，搅拌桩的深度为从地表到坑底以下 4m。
图 9 堰内回填土加固平面布置
从实施的效果来看，加固后的土体完全满足重载设备的工作需要，地下墙槽段稳定情况良好，后期基坑土方开挖过程坑内工作条件也较为理想，工程实践表明，针对高填土稳定采取的措施是行之有效的。
4.3 混凝土挡水墙的水下切割
工程分两阶段实施，在第二阶段实施过程中，顺河向的围堰是一堵钢筋混凝土挡水墙，厚度为1m，高度约 9m（其中水下部分 6m），顺河向长度为 32m。该挡水墙是在第一阶段结构施工完成后，无水条件下在结构顶板上现浇形成的。在第二阶段挡水墙与上下游围堰一起形成完整的挡水体系，如图 4 所示。待第二阶段地下结构全部完成，并恢复原河床后需要将围堰（包括这堵钢筋混凝土挡水墙）拆除。如何在水下拆除这堵钢筋混凝土墙是本工程的又一难题。
通过调研确定采用金刚绳锯进行水下切割后再进行逐块吊走。具体的步骤和原理如下：①在挡水墙制作过程中，结合水下切割工艺的需要，在结构墙内预埋吊装孔、切割孔、导轮预埋件等；②二期结构完成后，围堰内回水过程中将预留孔逐个打穿；③水下安装切割导轮和金刚绳锯等；④水下切割分块，单块混凝土块控制在 20t 以内；⑤依托钢围堰平台，采用 150T 履带吊将混凝土块逐块吊走。
5 结语
上海市北横通道工程在长寿路桥的南侧需要下穿苏州河，由于紧邻地铁 13 号线，此处苏州河的河势复杂，施工场地十分受限等客观情况，该节点因此被视为整个北横通道工程中最难的节点之一。方案制定需要兼顾苏州河的过流与渡汛、对紧邻地铁的保护等技术难题与挑战。截止目前，按照制定的明挖方案正在进行第二期结构回筑施工，方案中采用的关键技术如：ICE 高频免共振锤沉桩、高填土的加固等均已得到充分验证，达到了预期效果。
（1）通过对暗挖、沉管与明挖 3 类方案的综合比选，确定采用明挖方案。针对明挖方案又对重力式围堰和钢平台 + 拉森钢板桩的轻型围堰进行了比较，最终确定了采用轻型钢平台围堰的明挖法施工。方案分两阶段实施，施工期间保证苏州河过流宽度不小于 36m。
（2）为保护紧邻地铁，钢管桩打拔施工采用ICE 高频免共振锤施工，并在现场进了原位测试以验证其适用性。现场试验与工程实践表明：该锤型具有振动小、噪音低、效率高的特点，完全满足对地铁保护以及市中心文明施工的要求。
（3）针对高填土的稳定问题，通过优化施工顺序并结合坑内加固方案对回填土体进行加固，满足了高填土的地基承载力和地下墙施工的槽段稳定要求。
（4）针对大体积混凝土的水下拆除问题，基于金刚绳锯切割的理念，通过在结构施工期间预留的孔道及埋件，将大体积混凝土切割成小块，然后依托钢平台逐块吊走，实现挡水墙水下整体拆除。
摘自《盾构隧道科技》