1号深基坑顺利封底。孙业国 供图
参建单位在进行“内胆”下沉作业。张冶 供图
智能监测预警系统实时监测铁路桥墩和基坑变形情况。张冶 供图
孙业国张冶
仲夏时节，在长江入海口，世界上首座主跨为千米级的公铁两用斜拉桥——沪苏通长江公铁大桥宛若长龙飞渡。在大桥北侧临江墩柱不远处，两座超深基坑完成施工。
在探索中创新，在创新中超越。中国铁路上海局集团有限公司加大科研力度，打造“智慧工地”，运用物联网、北斗定位、AI等信息技术，提升施工作业管控智能化和精准度，确保了基坑开挖工程和沪苏通长江公铁大桥并行区段的安全，为国内邻近运营高铁深基坑施工积累了宝贵经验。
智能监测全天候守护桥墩
2020年7月1日，沪苏通长江公铁大桥与沪苏通铁路同步开通运营，南通从此拉开了跨江融合发展的序幕。如今，这座大桥日均通过高铁列车和货物列车200列左右。
随着南通城市规模不断发展，一座临江“穿铁”的自来水厂正式开建，需要紧邻沪苏通长江公铁大桥两侧开挖两座大直径超深基坑，其中1号井内径16.2米、深20.5米，2号井内径18.4米、下沉深度48.4米。为确保施工中列车安全运行，大桥桥墩的位移量务必控制在3毫米以内。
长江沿岸沙土松软，地下水丰富。面对苛刻的变形量控制标准，中国铁路上海局集团有限公司组织中铁二十四局集团有限公司细化安全措施，采取分单元、分类型、分阶段审查方式，逐点、逐段、逐项评估每个施工点给高铁运营安全带来的风险。他们对施工过程中支护结构水平、竖向位移进行有限元模拟，并与实际监测数值进行数值拟合，参数化分析不同开挖深度、围檩尺寸、间距和个数对基坑周边土体水平、竖向位移的影响，先后组织完成施工图、方案审查20余次，开展各类优化10余项。
上海局集团公司加大安全技防投入，动态监测桥墩周边环境。为了做好深层土体位移监测，参建单位提前谋划，加大科研力度，利用5G、物联网、数据分析等信息技术，自主开发基于地理信息系统的高铁与深基坑智能监测预警系统，对高铁线路状态盯控做到全天候、毫米级、智能化。
参建单位在大桥周边2万平方米范围内安装100个路基位移监测点，高频率采集现场监测数据，集成至智慧数据中心，结合“建筑信息模型技术（BIM）+地理信息系统（GIS）”场景，通过不同颜色的图标实时显示铁路桥墩和基坑周边情况。一旦触发报警，变形地段、变形量等数据图片信息将会第一时间“点对点”传给管理人员。
两座基坑开挖期间，该系统共处理7类监测点数据共3.07万条，桥墩周边土体位移量均小于1毫米。
地下连续墙破解施工难题
工程不仅涉铁，而且临江，两座深基坑离江堤仅5米，地下水丰富，承压水头较高，潮汐落差超过3米。在确保高铁线路安全运营的前提下，基坑能否成功开挖，降水至关重要。
降水量太大，对大桥稳定不利；降水量太少，对基坑开挖不利。参建单位做足准备，查阅当地水文资料，做实做细地质补充勘察，总结江水潮汐变化规律，并采用自动化设备开展抽水试验，确保数据更为精准。
让松软的坑壁变“硬”，需要在开挖前新建一道1.2米厚的钢筋混凝土地下连续墙，将基坑周围先围成一个围栏结构。参建单位与同济大学联合开展临江涉铁富水砂层环形地下连续墙和超深沉井结构施工关键技术研究。施工地点紧邻大桥，对施工机械的高度有着严格限制，钢筋笼吊装入槽成为一大难题。参建单位经过测算，将吊机吊臂长度严格限制在40米以内，把地下连续墙钢筋笼一切为二，从方案源头确保线路安全，并通过100%超声波成槽检测，成功将26个巨型钢筋笼安全快速吊入地下连续墙槽。
开挖过程中如何实现基坑不漏水、坑内降水、坑外不降水？他们引进适合坑底砂层的超高压喷射搅拌桩工法，在地下连续墙形成的围栏内，将地面以下60多米处的8米厚土壤切碎成浆抽出，再从地面泵入水泥砂浆，共“摊”了360个边缘无缝叠加的“大饼”，形成人工隔水层。现场施工负责人介绍，为了确保地下连续墙与“大饼”接口处新老混凝土无缝衔接，临近地下连续墙的“大饼”边缘必须压在地下连续墙下侧，与地下连续墙一起形成封闭的“方桶”结构，成功破解了施工难题。
为了严格施工过程管控，参建单位将BIM模型与既有物资数据、测绘数据、移动端工序报验数据、隐蔽工程影像资料等多源数据进行整合，实现工程本体质量可追溯，并以BIM报验App指导现场施工，确保人员严格履职、从严管控施工质量。
万吨“内胆”水下误差仅4厘米
作为江中取水的容器，在2号井内要安装一个混凝土“内胆”，直径18.4米、深近50米、总重1.8万吨，与外侧地连墙之间存在4米厚夹芯土。如此庞然大物的下沉时间一共需要上百天，稍有不慎就可能造成偏位、扭转。
“内胆”在从地面下沉近50米的过程中，水平误差必须小于10厘米，垂直度误差不超过30厘米，挑战不言而喻。参建单位在确保结构安全的条件下，将“内胆”结构变为台阶型，直桶形状改成底大上小，减少下沉摩擦。
“内胆”体型庞大，下沉作业没有现成经验可以借鉴。为保障人员施工安全和下沉速率，参建单位根据地层水位和地质特点，采取预埋管路注浆减摩措施和高压射水清障减阻措施，联合设备厂家开发出新型绞吸设备，将4台绞刀均匀分布在渣浆泵上，并通过4台马达驱动绞刀刀头旋转绞松土体，把水下土体绞成液态后由主泵进行抽排，促进“内胆”下沉。
参建单位与高校联手，创新研发沉井外加压力自动监控系统，并在“内胆”上安装了8套该系统。现场施工负责人介绍，每套系统包括智能千斤顶、水平姿态监测传感器、深度传感器等，实时监测“内胆”下沉姿态及速度。他们早在“内胆”预制过程中就预埋了土压力计和加速度计，用以监测下沉过程中沉井侧壁受压情况以及姿态变化趋势，根据压力大小反推受阻轻重，一旦发现位移偏离规定数值，可通过自动纠偏，也可通过人工对自动监测数据进行复核，经分析研判后再利用智能千斤顶等工具，对“内胆”进行纠偏，做到精准控制、灵活调增。目前，参建单位已联合申报11项国家专利，其中4项为发明专利。
在历时112天的“内胆”下沉作业中，“内胆”共下沉48.4米，水平误差仅4厘米，实际倾斜误差9厘米，优于设计标准。