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第16章 20世纪90年代的工作(4)

1.管片开裂问题

盾构从黄沙站端头井中刚推出洞门,管片即出现裂缝,但不是很明显,为此我向驻地监理和青木建设提出,开始他们并不重视,驻地监理认为管片裂缝不大,也不明显,不影响结构受力,在法国也常见,因此青木建设也没有及时研究采取改进措施,后来裂缝愈益明显,且有渗漏水,为此我专门组织会议,提出我国《地下铁道设计规范》(简称《规范》)规定管片裂缝不能大于0.2毫米,我以《规范》主编身份说明裂缝只允许出现在受弯构件的受拉侧,管片不允许发生通缝,不允许发生渗漏水现象,因渗漏会影响管片的使用寿命,地铁工程是百年大计的工程,义正辞严地要求驻地监理督促承包商青木建设进行专题研究,尽快提出改进措施。后来青木建设提出报告认为管片开裂是由综合原因产生的,而主要是管片受浮力作用而产生裂缝。为此我们进行了深入调查,核算了管片的受力情况,到工厂研究管片制造工艺,深入到工地了解管片的拼装及注浆工艺,以及盾构千斤顶作用在管片上的推力大小等,我们认为管片的裂缝主要发生在拱顶,而产生裂缝的真正原因是盾构千斤顶推力对管片的影响,因为我们发现盾构千斤顶的支座与管片的接触不是均匀的面接触,而是线接触,在管片中产生了较大的偏心作用力,裂缝是由于盾构千斤顶支座构造不合理产生的,从而否定了青木建设报告中提出的管片承受浮力的原因。经过改进支座构造后,管片裂缝问题得到了解决,保证了管片的质量。另外,还提出对过去产生裂缝的管片,要求进行修补(因为已拼装好的管片是无法更换的)。青木建设提出用环氧树脂修补,由于此材料是脆性的,我们否定了这种方案,后来采用了英国产的专门修补裂缝的聚氨酯,并要求他们先在工地进行试验,验证其修补效果后,再进洞进行修补。

2.盾构出土由陆运改为水运

关于西段两台泥水盾构的运土方案,日本青木建设原定是将经过处理后的干土用汽车运至弃土场,该方案要业主在黄沙站提供2000米2的场地做泥水处理厂,他们将盾构排出的泥水用管道送至黄沙工地进行沉淀、离心分离,再进过静电干缩后存放在堆土场,然后由汽车运至弃土场。这个方案不仅占地面积大,耗电量大,且用汽车在黄沙旧城区运土对交通影响大。后来我们到日本青木建设在东京湾盾构工地考察后,提出采用水运方案,即将盾构排出的泥水用管道直接送到距黄沙站200米的珠江边的简易泥水处理厂,泥水只进行沉淀和离心分离,不做静电干缩处理,将湿土送到船上,运至大头沙岛上,晾干后用以平整开发场地。这一方案减少了泥水处理设备和存土场,只需在珠江边提供500米2的场地,减少了耗电量,水运费比陆运费低,减少了运输费用。经过讨论,一致同意将陆运改成水运,由于减少了泥水处理设备,日本提出少收400万元的工程费。

3.盾构进站和出站时洞门围护结构和地层加固问题

广州地铁盾构推进车站端头井不拆卸,而是将盾构直接推进车站,然后从车站的另一端推出,这样可以减少盾构在车站两端拆卸和拼装的时间,也可减少盾构由于拆、装而损坏零部件,这在我国还是第一次,在国外这样做的也不多。

在车站两端的盾构井端头设有洞门,因此此处的围护结构与通常的围护结构是不同的,且为了盾构进出洞(车站)的安全性尚须在端头井围护结构外侧进行地层加固。围护结构和地层加固由盾构承包商提出设计方案,由车站承包商施工,费用由业主承担。青木建设为了盾构推出时安全可靠,在洞门围护结构外另做了三排直径1.2米的人工挖孔素混凝土桩进行加固,这一方案也得到了法国驻地监理的批准,照这样做工程量很大,施工时间长。为此我组织监理部专家进行调查研究,根据每个车站两端的地质情况,计算围护结构和加固地层的受力情况,调查以往的习惯做法,认为青木建设提出的方案过于保守,否定了他们提出的方案,然后提出对有流沙层的黄沙站端头地层采用旋喷桩加固,强度达到0.5兆帕即可。有些地质条件好的车站则可采用更简单的方法,如注浆加固等,这样可以节省工程投资,又可减少盾构推进时的切土难度。经我们充分论证后,青木建设和法国监理也同意了我们的方案。从施工实践可以看出我们建议的方案是可行的,据粗略估计至少可节省200万元的工程费。

4.地面沉陷问题

由于本标段线路位于广州老城区,地面房屋密集且陈旧,要求盾构推进后地面最大沉陷量为3厘米,地面最大隆起量为1厘米,且在合同中已明确规定如地面沉降在控制范围内,地面房屋出现问题由业主赔偿,超过规定的沉降量而引起的问题则由承包商负责赔偿。为了能客观地测定沉降量,我提出了请第三方进行监测,既不是业主,也不是承包商,比较客观公正,在确定测点布置及测量方法后,用招标方法选定第三方监测单位。第三方监测单位每天及时向业主、承包商及法国驻地监理提供监测数据。在黄沙站盾构刚推出不久,地面沉陷量即超过了规定值,我们提出要停工研究,要他们提出改进措施。青木建设组织日本专家根据地质情况对管片拼装后的同步注浆材料、压力、凝固时间、压浆数量等施工参数进行了研究,并提出了改进措施报告。经我们研究同意后才开工,再次推进的沉陷量就能控制在规定范围以内了。盾构从黄沙站推出不到100米,就有一幢40年代修建的四层楼危房,并已倾斜了40厘米,楼内的过梁已开裂,楼房距盾构边线6.5米,为了防止盾构推过时影响楼房安全,在盾构推进时,我们到现场严密注意盾构推进速度、同步注浆的数量和压力,并要求及时进行二次补浆,严密监视地面沉降及房屋基础的沉降量。经测定盾构推过时地面沉降小于3厘米,房屋基础沉降不到1厘米,没有影响到危房的安全。

5.高层住宅楼桩基托换工程

广州地铁1号线在长寿路站到中山七路站的转弯处,有四幢6~9层的住宅楼,盾构隧道中心线埋深14~16米,楼的桩基深16~22米,桩的受力钢筋为 14~ 16,盾构通过桩基群(共有140多根桩)时须事先做好桩基托换,把建筑荷载从原来的桩基转换到新的桩基上,然后再将盾构要切削的桩从根部用绳锯切断,以防止盾构在切桩时引起上层楼房晃动,惊扰居民。这个方案理论上是可行的,关键在于新桩基是否能实施,托换梁是否能形成,这需要根据盾构隧道边线、桩基的具体布置及原桩基的设置位置和施工方法进行具体分析,在招标时投标单位提出用钻孔桩,或用微型桩方案;转换系统可采用板式结构、梁式结构或箱式结构。托换这种类型的桩基础国内还没有成功的实例,在评标时专家们进行了理论分析,并根据自身的工程实践经验认为:树根桩(即微型桩)做新的桩基,实施灵活性强,能提供足够的承载力,但抗振能力低,在国内无实践经验,技术设备不落实,风险较大;钻孔桩施工工艺成熟,设备简单,受力明确,通过桩底压浆可以提高新桩的承载力并减少沉降,稳定性好,不需要专用设备,并有类似的工程经验,最后确定采用钻孔桩。转换系统采用箱式结构做转换层,安全、可靠,但地面板向外伸出2.6~4米,侵入了其他建筑物,难以实施,且要改变原楼房首层的功能,与招标文件要求不符,而板式结构则对断桩不利,最后决定选用梁式结构。

盾构通过时,其周围的地基土将受到较大扰动,地面会产生一定的沉降变形,这一沉降变形要求控制在3厘米以内,为此要对旧桩基进行补强处理,对转换梁要加强刚度。在实施过程中为了做到绝对可靠,要求对每个施工环节加强质量控制,及时监测建筑物的沉降与倾斜,新桩必须确保落在中风化层上,并采取桩底压浆,以减少桩的下沉量。在断桩工艺上采取荷载逐渐转移,也就是逐根桩转移,使新桩受力逐步过渡,以保证建筑物的安全。四幢楼房在基础转换过程中实际最大的沉降量为3.7毫米(允许最大沉降量为8毫米),确保了工程的安全。在施工过程中除1层住户需要搬迁外,其他均不需要搬迁。楼房中住的均为广东省林业厅的离退休干部,还有红军长征干部。他们不同意在他们楼房下推进盾构,工程实施前,我与住房代表进行座谈并详细讲解了盾构推进不会影响他们的生活,也不会发生安全问题,且除1层住户要暂时搬迁,工程完成后返回住处外,2层以上住户均不会受到影响,我们在盾构推进过程中将进行24小时的监测,及时通报楼房变形情况等。省林业厅的离退休干部均非常通情达理,经详细分析讲解取得了他们的谅解和支持,同意盾构推进。在盾构推进过程中,我还到住户家进行走访和了解施工过程中的振动与噪声情况,效果很好。这是我国地铁建设中第一次成功穿越了高层建筑的桩基础。

广州地铁1号线从可研报告评估、初步设计监理和审查、工程监理,直到1998年通车,我前后在广州工作5年,每年年终广州地铁公司都要评选“优秀地铁人”,以奖励对工程有贡献的员工。我有幸每年均被评为“优秀地铁人”。这是对我的鼓励和鞭策,使我为广州地铁多作贡献。

(六)主持广州地铁2号线可研报告的评估和初步设计审查——采取措施、降低造价

1998年,广州新市长林树森到任后即到地铁公司考察,提出1号线盾构要继续使用不能停止,且还提出1号线地铁造价高,要降低。1998年广州地铁2号线开始建设,地铁公司新总经理卢光霖到任,当时我们监理部已完成1号线的监理工作准备撤离,但卢总经理要我们留下来支持他的工作,于是我们继续在广州地铁担任顾问工作。

2号线工程可行性研究报告和评估意见中提出设备国产化率要大于70%,土建工程应由我国施工单位实施等要求,以降低造价。初步设计根据工程可行性报告意见,提出了一系列降低造价的措施,如车辆国产化率大于60%,设备国产化率达到70%以上等,具体工作如下。

1.越江隧道试验段招标

在1号线完成后,为了使盾构能继续推进,在广州地铁2号线尚未获得国家计委正式批复的情况下,我建议在此期间将2号线穿越珠江的隧道工程作为试验段工程先进行招标和开工,因为广州还没有盾构穿越江河的施工经验,后来我又主持了这次招标工作。这次招标采用国际和国内单位一起招投标,这是为了培养我国自己的盾构施工队伍,国外有日本青木建设等单位,国内有上海隧道公司等,最后是上海隧道公司中标。在越江隧道盾构推进过程中遇到刀盘结泥饼等很多难题,盾构很难推进,一天推进不了几厘米。上海隧道公司请我们一些专家多次开会研究,非常艰苦地完成了试验段任务,同时取得了在江底推进盾构的经验,这也为上海隧道公司到新加坡盾构施工投标积累了经验并创造了条件,且最后得以中标。

2.区间隧道国内单位施工,降低了造价

广州地铁2号线部分区间隧道采用的盾构由广州地铁公司、广州广重企业集团有限公司与德国海瑞克公司合作研制生产,施工由中铁隧道局担任,这样降低了造价,日本青木建设每延米单线隧道造价为1万美元,当时相当于8万元,而中铁隧道局施工不到4万元,这样每千米区间隧道由8000万元降低到4000万元。

3.暗挖车站采用单层车站

越秀公园站位于闹市区,在中国大酒店旁边,江南西站位于两边均为高楼的街道中间,都将采用浅埋暗挖法施工,北京地铁复八线的浅埋暗挖车站如西单站为三跨二层结构,造价超过1亿元,如何降低造价成了当时地铁公司关注的焦点,显然广州地铁2号线的浅埋暗挖车站不能照搬西单站的模式,必须有新思路,经深入研究讨论提出暗挖端头厅方案,即地铁车站中间站台层为1层,站厅层位于车站两端,这样大大减少了暗挖工程量,降低了造价。

4.车辆和机电设备国产化

国家计委成立地铁设备国产化领导小组,国家计委副主任包叙定任组长,并成立了专家组,由各个专业的13位专家组成,我也是其中之一,专家组建议地铁车辆指定长春客车厂、南京浦镇机车制造厂和四方机车车辆厂为指定的生产工厂,航天部南京14所为通信信号研发单位,且建议将广州地铁2号线作为国产化的依托项目。最终长春客车厂实现了车辆国产化率达到61.83%,每节车造价由1号线的1769万元降至988万元,下降了44.1%,成效显著。

由于采用了上述一系列措施,广州地铁2号线每千米造价由平均6.63亿元降至4.75亿元。

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