明珠線二期宜山路車站標(biāo)準(zhǔn)段基坑施工技術(shù)

摘 要 明珠線二期宜山路車站為換乘樞紐中的后建車站，標(biāo)準(zhǔn)段區(qū)域深基坑的環(huán)境保護(hù)要求高，施條件復(fù)雜，由于在基坑施工過程中采用了多種施工技術(shù)，并充分利用了時(shí)空效應(yīng)原理和信息化管理手段，從而取得了較好的施工效果。
關(guān)鍵詞 車站施工 深基坑 半逆筑法 環(huán)境保護(hù)

1 工程概況
明珠線二期宜山路站是明珠線二期工程的臨時(shí)終點(diǎn)站，也是與明珠線一期、R4線的換乘樞紐站。車站全長617．79m，分為南端井、穿越段、標(biāo)準(zhǔn)段、北端井、存車段五大部分，其中標(biāo)準(zhǔn)段長314m(分為12段)，寬重3．2～20．2m(見圖1)。車站基坑圍護(hù)采用800mm地下連續(xù)墻，基坑開挖深度為17m。標(biāo)準(zhǔn)段為單柱雙跨鋼筋混攫土框架，局部加寬處為雙柱三跨結(jié)構(gòu)；頂板厚900mm，中樓板厚550mm，底板厚1 000mm，內(nèi)襯厚350mm。

圖1 車站標(biāo)準(zhǔn)段基坑平面示意圖

2 周邊環(huán)境及地質(zhì)水文條件
2．1 周邊環(huán)境
車站標(biāo)準(zhǔn)段西側(cè)的明珠一期工程基礎(chǔ)采用PHC樁(樁徑為0．6m，樁長45m)分為3節(jié)，第1、2節(jié)接頭均在基坑深度范圍內(nèi)。地下墻外邊線距車站承臺最近距離僅2．7m。根據(jù)地鐵運(yùn)營公司提出的明珠一期運(yùn)營要求，橋墩沉降的最大允許值為1cm，差異沉降最大允許值僅為2mm。
東側(cè)有14棟7層樓民宅(混合結(jié)構(gòu))，其中10棟民宅基礎(chǔ)為條形基礎(chǔ)，埋深2m，條形基礎(chǔ)下為14m深的攪拌樁(加固地基)，距基坑0．27～6m；另4棟為半地下室的箱形基礎(chǔ)，距基坑3～4m。這些距離很近的7層樓房年代久遠(yuǎn)，結(jié)構(gòu)整體性差，差異沉降稍大即可造成房屋結(jié)構(gòu)的破壞；況且這些樓房中，除了距離最近的3棟樓(圖1陰影部分)中的居民已搬遷外，其余的均未搬遷。
由于周邊的建(構(gòu))筑物距離基坑很近，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)段區(qū)域東側(cè)無施工道路，西側(cè)也有將近150m的位置沒有施工道路。
2．2 地質(zhì)水文條件
場區(qū)范圍內(nèi)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)復(fù)雜，主要為第③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土(含水量42％)，第④1層淤泥質(zhì)粘土(含水量51．5％)和第⑤1—1層粘土層，地下水位高，常年平均水位在0．5m左右。

3 基坑開挖施工方案的優(yōu)化和實(shí)施
3．1 施工方案的優(yōu)化
原施工方案為顧筑法施工，基坑采用滿堂攪拌樁地基加固，設(shè)置5道鋼支撐。為保護(hù)鄰近的多棟7層民房和明珠線一期宜山路車站及其運(yùn)營區(qū)間，根據(jù)上海地區(qū)基坑工程的長期實(shí)踐，證實(shí)了逆筑法施工或半逆筑法施工對減小圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形有很大作用。因此，我們考慮用逆筑法或半逆筑法代替常規(guī)的顧筑開挖，但逆筑樓板，從開始施工到達(dá)到強(qiáng)度時(shí)需要比較長的時(shí)間，時(shí)效性遠(yuǎn)不如鋼支撐，故必須采取一些技術(shù)措施來減小施工時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形。
經(jīng)過反復(fù)的理論計(jì)算和聽取專家意見，我們決定在施工難度最大的標(biāo)準(zhǔn)段采取下列技術(shù)措施：
（1）將第一道鋼支撐改為鋼筋混凝土支撐，支撐位置抬高到與地面平齊，這樣可以大大減小淺部開挖時(shí)周圍淺基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的沉降；同時(shí)結(jié)合混凝土支撐構(gòu)筑了架空施工便道，也解決了場地不足的問題。
(2)由顧筑法改為半逆筑法施工，即在中樓板下設(shè)置支承中樓板的立柱樁，并利用原設(shè)計(jì)的樓梯孔作為暗挖出土孔。
(3)為減小樓板施工時(shí)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，施工時(shí)先在中樓板下設(shè)置1道鋼支撐(第四道鋼支撐)，然后再澆筑中樓板。
(4)在中樓板、底板以下分別采用抽條震沖注漿加固，以減少澆筑中樓板和底板時(shí)的基坑位移。
3．2 優(yōu)化方案的實(shí)施
基坑開挖前先抽條開挖出第一道支撐位置，在素混凝土底模上澆筑第一道鋼筋混凝土支撐，然后開挖至第四道鋼支撐位置，澆筑臨時(shí)素混凝土墊層。在墊層上搭設(shè)短排架，施工中樓板，待中樓板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，開挖中樓板以下土體，將第四道支撐下移到第五道支撐位置，再開挖直至設(shè)計(jì)基底深度，施工底板，逆筑站臺層側(cè)墻，最后將站廳層側(cè)墻和頂板一次澆筑完成(見圖2)。

圖2 半逆筑法施工剖面圖

為進(jìn)一步優(yōu)化、細(xì)化施工工藝，確保方案能夠安全、優(yōu)質(zhì)、快速地實(shí)施，采取的具體措施有：
(1)基坑開挖分段(以設(shè)計(jì)分段為準(zhǔn))、分層、分單元實(shí)施，在每段開挖完成后立即澆筑300mm素混凝土墊層和底板；分層開挖以設(shè)計(jì)支撐位置頂部為層高，鋼支撐全部抽槽安裝。
（2）本工程東側(cè)是高架，西側(cè)是民宅，按“二十二條”要求，基坑兩側(cè)均必須留土堤護(hù)壁。
(3)采用小型液壓挖掘機(jī)在基坑內(nèi)開挖、水平駁送，KH-180履帶吊在基坑中部取土，垂直運(yùn)輸；小型挖掘機(jī)也可以直接抽槽開挖，為抽槽設(shè)置支撐創(chuàng)造了條件。
(4)以 6m為一個(gè)單元．開挖后立即安裝對應(yīng)的2根支撐，并同時(shí)施加預(yù)應(yīng)力。自開始開挖起至支撐安裝完畢的時(shí)間均控制在12小時(shí)內(nèi)，一般作業(yè)安排夜間8點(diǎn)開始挖土，至次日凌晨4點(diǎn)挖土結(jié)束．8點(diǎn)前應(yīng)施加預(yù)應(yīng)力完畢，預(yù)應(yīng)力均達(dá)設(shè)計(jì)軸力的70％，并要求復(fù)加預(yù)應(yīng)力。
（5）設(shè)置穩(wěn)定可靠的支承立柱樁，隨著基坑的開挖，隨時(shí)監(jiān)測立柱樁的回彈，并及時(shí)調(diào)整立柱樁與支撐的抱箍、楔子。
（6）采用適度降水措施。
（7）由于逆筑法施工作業(yè)空間狹小，支撐安裝后挖掘機(jī)往往無法作業(yè)。為不使開挖與支撐安裝發(fā)生沖突，延誤支撐安裝，因此將中樓板構(gòu)筑前已經(jīng)支撐到位的第四道下落形成第五道支撐，從而保證作業(yè)高度，并且采用自出土孔向外側(cè)退行挖掘，抽槽安裝支撐后應(yīng)回填土方的方法。這樣鋪設(shè)鋼跑板后，挖掘機(jī)可以在中樓板下自由行走，保證了土方的水平運(yùn)輸。中樓板以下土方開挖見圖3。

4 施工監(jiān)測
4．1 東側(cè)建筑物的沉降監(jiān)測
以具有代表性的混7A樓房2組監(jiān)測點(diǎn)(測點(diǎn)布置見圖1)為例進(jìn)行分析，混7A位于標(biāo)8段，其中F184點(diǎn)是距離圍護(hù)墻(0．4m)最近的監(jiān)測點(diǎn)，F(xiàn)185點(diǎn)距離圍護(hù)墻3．4m；F188點(diǎn)距離基坑最遠(yuǎn)(30．2m)。圖4是基坑開挖過程中F188組的實(shí)測沉降曲線，圖5是基坑開挖過程中F184組的實(shí)測沉降曲線。

從圖4、5中可以看到，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移過程分為4個(gè)階段：中樓板以上顧筑開挖(至第四道支撐)、中樓板制作養(yǎng)護(hù)、中樓板以下暗挖施工、底板澆筑及后期沉降。 F184一邊墻體最大沉降為9．76mm，差異沉降為7．09mm，差異沉降率為0．25‰；F185一邊墻體最大沉降為6．18mm，差異沉降為1．84mm，差異沉降率為0．07‰；房屋對角的差異沉降分別為5．42mm和3．46mm，有一定不均勻沉降。圖6為7層民房的沉降曲線和地下墻位移圖。

4．2 西側(cè)明珠線一期宜山路車站的沉降監(jiān)測

圖7為明珠線一期宜山路車站的沉降曲線。

位于標(biāo)2段的F142、F172(見圖1)為車站南側(cè)同截面上的兩點(diǎn)，其中F142距離基坑圍護(hù)墻僅為2．7m。從圖7中可以看出：隨著基坑的開挖，車站開始沉降，但自中樓板澆筑以后，沉降趨緩；中樓板以下開挖時(shí)各監(jiān)測點(diǎn)的沉降斜率，均小于中樓板以上開挖時(shí)的沉降斜率，最大沉降為5．66mm，差異沉降為2．84mm，差異沉降率僅為0．14‰；車站對角的差異沉降分別為3．96mm和0．7mm，相對于約200m長的車站是很小的。與距離相近的民房測點(diǎn)F185點(diǎn)相比(F185最終沉降6．18mm)，沉降量更小，這是因?yàn)槊髦榫€一期宜山路車站的樁基形式較民房的樁基形式好的緣故。
4．3 實(shí)測數(shù)據(jù)的分析
從以上監(jiān)測數(shù)據(jù)的整理中，初步總結(jié)出下列規(guī)律：
(1)沉降過程可分為4個(gè)階段：①中樓板以上顧筑開挖(至第四道支撐)；②中樓板制作養(yǎng)護(hù)；③中樓板以下暗挖施工；④底板澆筑及后期沉降。那么可以發(fā)現(xiàn)幾乎所有的監(jiān)測斷面均反映為“兩急兩緩”，即①、③階段沉降發(fā)展較為迅速，②、④階段較為平緩，底板澆筑后周邊建筑物沉降即趨于穩(wěn)定。
(2)一般明挖法基坑隨著開挖深度的加大，沉降速率會逐漸加大，而在半逆筑法施工的區(qū)段①、③階段的沉降速率相差并不大，甚至多次出現(xiàn)③階段沉降速率反而小的情況。這一點(diǎn)正證明了中樓板對控制位移有強(qiáng)有力的支撐作用，逆筑法施工階段產(chǎn)生的沉降比顧筑階段和中樓板構(gòu)筑階段更小。
(3)所有測點(diǎn)在中樓板施工階段沉降變化均較小，最大變化值約2mm，有些測點(diǎn)只有1mm左右，這說明事先分層地基加固、預(yù)設(shè)鋼支撐的措施對控制中樓板施工階段基坑位移取得了很好的效果。
（4）基坑開挖的早期，由于條形復(fù)合基礎(chǔ)具有一定剛性，房屋沉降主要表現(xiàn)為整體、均勻沉降，隨著開挖深度的加大，差異沉降逐漸加大。因此，在以后類似工程中，對基坑開挖的后期，應(yīng)高度重視差異沉降的發(fā)展。
(5)大部分監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，居民樓沉降的基本規(guī)律是離基坑越近，沉降就越大，圖6中顯示的“馬鞍狀”沉降分布，則是居民樓另一側(cè)頂管工程施工與本工程基坑開挖沉降疊加的結(jié)果。
施工過程始終安全、順利，鄰近建筑構(gòu)物未發(fā)生任何實(shí)質(zhì)性的沉降問題，證明了總體方案是非常成功的。

5 結(jié) 語
根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，類似的基坑開挖，造成間距在3m左右的周邊民房的沉降一般在30～40mm，而本工程中，樓房距基坑最近處僅0．27m，在整個(gè)基坑開挖期間的最大沉降近10mm，差異沉降僅5．42mm，達(dá)到了一級基坑施工保護(hù)規(guī)范的要求，為深基坑工程保護(hù)周邊環(huán)境提供了一個(gè)成功的范例。“明珠線二期宜山路車站基坑施工技術(shù)研究”科研項(xiàng)目通過了上海市科學(xué)技術(shù)委員會的技術(shù)鑒定，達(dá)到國際先進(jìn)水平。