知难而上,科研求解,苏州河深隧工程稳步推进

发布时间:2020年05月05日

为基本消除苏州河初期雨水污染,极大改善苏州河河道水质,同步提高苏州河沿线排水系统雨水设计标准和抵抗内涝风险能力,上海规划建设苏州河段深层排水调蓄隧道系统工程(以下简称“苏州河深隧工程”)。该项目工程规划于2016年3月获市政府批复。同时,苏州河深隧工程也纳入了市政府于2018年12月批复的《上海市污水处理系统及污泥处理处置规划(2017-2035)》。

苏州河深隧工程西起苗圃绿地,东至福建北泵站,服务苏州河沿线25个排水系统,总面积约57.9km2,涉及长宁、普陀、静安及黄浦四区。整体工程包含管径10m的一级深层调蓄管道约15km,配套8座综合设施,建设3~6m的二、三级管道约37.5km,1座规模15m3/s的提升泵站和管径3.5m外排管约700m。工程建成后将同步实现苏州河沿线地区雨水系统体标、内涝防治和面源污染控制三大核心目标。

受地铁、地下空间开发等因素影响,隧道需要深埋地下50~60米,全线开挖8座竖井。在软土层地基深挖60米基坑,上海尚属首次,此外,由于工程处于地下深层,在原有浅层管网与深隧的衔接、雨水调蓄过程中的流量控制、排气处理、隧道清淤以及安全保障等方面,也给设计施工提出了诸多难题和极高要求。

为满足深隧整体工程尽快启动、有序推进的需要,同时对整体工程土建施工风险进行管控,对工程投资合理控制的需要,苏州河深隧工程先行实施试验段,包括管径10m的一级调蓄管道1.67km和苗圃、云岭西2座综合设施。2017年6月28日,苏州河深隧试验段工程正式开工,目前云岭西和苗圃两座综合设施已完成地下连续墙的施工,正在进行超深竖井的开挖。苏州河深隧工程全线工程项目在稳步推进中。

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苏州河深隧系统试验段示意图

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苏州河深隧系统工程试验段工地现场

为确保工程的功能、质量和安全,上海城投水务(集团)有限公司作为苏州河深隧工程的建设单位迎难而上,紧密依靠科研技术专家,借鉴国内外隧道建设的已有经验,建立了专家科技咨询、交流平台。同时结合深隧试验段工程建设,会同上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司、同济大学等7家设计、科研及施工单位开展了市科委资助的重点课题《深层隧道调蓄工程建设关键技术与试验段示范研究》,针对深层隧道调蓄系统风险与安全保障、集约化布置与信息系统、浅层衔接与结构力学、软土地区特深圆形竖井力学性能分析及深层隧道防水、软土地区特深地下连续墙施工及深层承压水控制、深层盾构隧道施工、深层隧道调蓄系统节点等多项关键技术深入研究,召开近30余次国际、国内专题讨论会,邀请专家近200人次。

该课题紧密围绕海绵城市建设需求,为实现上海市中心城区排水系统提标、污染控制、内涝防治等多重目标,聚焦深层隧道调蓄工程建设的重大技术需求,针对多目标协同实现难度大、水力条件复杂多变等关键问题,重点攻关深层隧道与浅层排水系统衔接、集约化布置、风险安全保障等关键技术;针对特深圆形竖井开挖深度大、水土压力分布复杂、承压水影响程度深等关键问题,重点研究地下连续墙施工、深层承压水控制、微扰动施工与环境保护等关键技术;针对深层隧道内外高水压反复作用、超深覆土等关键问题,重点突破深层隧道进出洞施工、盾构法隧道防水、高精度管片拼装等核心技术。课题依托深层隧道试验段工程建设,系统提出适用于上海软土与水文地质条件下深层隧道调蓄工程的建设方法及施工措施,建立深层隧道调蓄工程建造成套新理论、新方法、新技术与新工艺,形成深层地下空间开发技术规范与标准,为完善城市排水防涝体系、实现径流污染控制、提升城市深层地下空间综合开发水平提供技术支撑。

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在关键技术研究方面,形成了六大创新点,一是创新了深层隧道与浅层排水系统协同提标控污衔接技术,提出4大运行调度模式和利用大数据分析及机器学习辅助深隧运行控制;二是提出了入流竖井的新型结构形式及深隧系统的运行调控技术;三是提出了深隧集约化技术重要控制要素和原则,布置方案相比国外工程案例节地50%以上;四是形成了软土地区地下连续墙和特深竖井施工的成套工艺技术;五是建立了内外水压下超深软土隧道衬砌的设计方法,完善了双道防水体系,研发了新型密封垫,创新了新型高精度管片制备与优化体系;六是形成了适应特深覆土及高内水压的盾构法隧道施工技术。

2019年4月18日该课题顺利通过上海市科委的验收。课题研究内容及成果,经中科院上海科技查新咨询中心查新,综合技术均达到了国际先进水平,为深隧其余段工程设计及施工奠定了坚实的基础。

截至目前,深隧项目共形成标准3项,申请专利33项,其中发明专利26项,实用新型7项。共已授权15项,发明专利8项,实用新型7项。在核心期刊发表论文27篇。

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项目主要成果——技术标准

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项目主要成果——专利(已授权)

与此同时,2019年7月15日,上海土木学会组织了上海盾构隧道领域的知名专家对苏州河深隧第一阶段的设计及试验结果进行了评审。专家一致认为研究成果条理清晰、内容翔实、结论可信,可作为下一步设计和进一步研究的依据,标志着苏州河深隧将进入第二阶段试验。基于上海深隧覆土厚度大、内水压力高、内部为腐蚀性污水的特点,与会专家提出了除钢纤维意外,可以考虑耐久性更好的粗合成纤维。在苏州河深隧第二阶段试验中,将根据专家的意见,开展合成纤维用于深层排水调蓄隧道衬砌结构的可行性,不同纤维对混凝土梁刚度与裂缝开展的影响,纤维混凝土对管片接头的受力机理及破坏模式及不同纤维条件下手孔周围混凝土的抗裂性能等系列试验研究。