明珠線二期宜山路車站標準段基坑施工技術

摘 要 明珠線二期宜山路車站為換乘樞紐中的后建車站，標準段區域深基坑的環境保護要求高，施條件復雜，由于在基坑施工過程中采用了多種施工技術，并充分利用了時空效應原理和信息化管理手段，從而取得了較好的施工效果。
關鍵詞 車站施工 深基坑 半逆筑法 環境保護

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終點站，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、標準段、北端井、存車段五大部分，其中標準段長314m(分為12段)，寬重3．2～20．2m(見圖1)。車站基坑圍護采用800mm地下連續墻，基坑開挖深度為17m。標準段為單柱雙跨鋼筋混攫土框架，局部加寬處為雙柱三跨結構；頂板厚900mm，中樓板厚550mm，底板厚1 000mm，內襯厚350mm。

圖1 車站標準段基坑平面示意圖

2 周邊環境及地質水文條件
2．1 周邊環境
車站標準段西側的明珠一期工程基礎采用PHC樁(樁徑為0．6m，樁長45m)分為3節，第1、2節接頭均在基坑深度范圍內。地下墻外邊線距車站承臺最近距離僅2．7m。根據地鐵運營公司提出的明珠一期運營要求，橋墩沉降的最大允許值為1cm，差異沉降最大允許值僅為2mm。
東側有14棟7層樓民宅(混合結構)，其中10棟民宅基礎為條形基礎，埋深2m，條形基礎下為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，距基坑3～4m。這些距離很近的7層樓房年代久遠，結構整體性差，差異沉降稍大即可造成房屋結構的破壞；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)筑物距離基坑很近，導致標準段區域東側無施工道路，西側也有將近150m的位置沒有施工道路。
2．2 地質水文條件
場區范圍內工程地質及水文地質復雜，主要為第③層淤泥質粉質粘土(含水量42％)，第④1層淤泥質粘土(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化和實施
3．1 施工方案的優化
原施工方案為顧筑法施工，基坑采用滿堂攪拌樁地基加固，設置5道鋼支撐。為保護鄰近的多棟7層民房和明珠線一期宜山路車站及其運營區間，根據上海地區基坑工程的長期實踐，證實了逆筑法施工或半逆筑法施工對減小圍護結構變形有很大作用。因此，我們考慮用逆筑法或半逆筑法代替常規的顧筑開挖，但逆筑樓板，從開始施工到達到強度時需要比較長的時間，時效性遠不如鋼支撐，故必須采取一些技術措施來減小施工時圍護結構的變形。
經過反復的理論計算和聽取專家意見，我們決定在施工難度最大的標準段采取下列技術措施：
（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周圍淺基礎結構的沉降；同時結合混凝土支撐構筑了架空施工便道，也解決了場地不足的問題。
(2)由顧筑法改為半逆筑法施工，即在中樓板下設置支承中樓板的立柱樁，并利用原設計的樓梯孔作為暗挖出土孔。
(3)為減小樓板施工時圍護結構的變形，施工時先在中樓板下設置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的基坑位移。
3．2 優化方案的實施
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，澆筑臨時素混凝土墊層。在墊層上搭設短排架，施工中樓板，待中樓板達到設計強度后，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，再開挖直至設計基底深度，施工底板，逆筑站臺層側墻，最后將站廳層側墻和頂板一次澆筑完成(見圖2)。

圖2 半逆筑法施工剖面圖

為進一步優化、細化施工工藝，確保方案能夠安全、優質、快速地實施，采取的具體措施有：
(1)基坑開挖分段(以設計分段為準)、分層、分單元實施，在每段開挖完成后立即澆筑300mm素混凝土墊層和底板；分層開挖以設計支撐位置頂部為層高，鋼支撐全部抽槽安裝。
（2）本工程東側是高架，西側是民宅，按“二十二條”要求，基坑兩側均必須留土堤護壁。
(3)采用小型液壓挖掘機在基坑內開挖、水平駁送，KH-180履帶吊在基坑中部取土，垂直運輸；小型挖掘機也可以直接抽槽開挖，為抽槽設置支撐創造了條件。
(4)以 6m為一個單元．開挖后立即安裝對應的2根支撐，并同時施加預應力。自開始開挖起至支撐安裝完畢的時間均控制在12小時內，一般作業安排夜間8點開始挖土，至次日凌晨4點挖土結束．8點前應施加預應力完畢，預應力均達設計軸力的70％，并要求復加預應力。
（5）設置穩定可靠的支承立柱樁，隨著基坑的開挖，隨時監測立柱樁的回彈，并及時調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空間狹小，支撐安裝后挖掘機往往無法作業。為不使開挖與支撐安裝發生沖突，延誤支撐安裝，因此將中樓板構筑前已經支撐到位的第四道下落形成第五道支撐，從而保證作業高度，并且采用自出土孔向外側退行挖掘，抽槽安裝支撐后應回填土方的方法。這樣鋪設鋼跑板后，挖掘機可以在中樓板下自由行走，保證了土方的水平運輸。中樓板以下土方開挖見圖3。

4 施工監測
4．1 東側建筑物的沉降監測
以具有代表性的混7A樓房2組監測點(測點布置見圖1)為例進行分析，混7A位于標8段，其中F184點是距離圍護墻(0．4m)最近的監測點，F185點距離圍護墻3．4m；F188點距離基坑最遠(30．2m)。圖4是基坑開挖過程中F188組的實測沉降曲線，圖5是基坑開挖過程中F184組的實測沉降曲線。

從圖4、5中可以看到，基坑圍護結構位移過程分為4個階段：中樓板以上顧筑開挖(至第四道支撐)、中樓板制作養護、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 西側明珠線一期宜山路車站的沉降監測

圖7為明珠線一期宜山路車站的沉降曲線。

位于標2段的F142、F172(見圖1)為車站南側同截面上的兩點，其中F142距離基坑圍護墻僅為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；中樓板以下開挖時各監測點的沉降斜率，均小于中樓板以上開挖時的沉降斜率，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F185點相比(F185最終沉降6．18mm)，沉降量更小，這是因為明珠線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 實測數據的分析
從以上監測數據的整理中，初步總結出下列規律：
(1)沉降過程可分為4個階段：①中樓板以上顧筑開挖(至第四道支撐)；②中樓板制作養護；③中樓板以下暗挖施工；④底板澆筑及后期沉降。那么可以發現幾乎所有的監測斷面均反映為“兩急兩緩”，即①、③階段沉降發展較為迅速，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段①、③階段的沉降速率相差并不大，甚至多次出現③階段沉降速率反而小的情況。這一點正證明了中樓板對控制位移有強有力的支撐作用，逆筑法施工階段產生的沉降比顧筑階段和中樓板構筑階段更小。
(3)所有測點在中樓板施工階段沉降變化均較小，最大變化值約2mm，有些測點只有1mm左右，這說明事先分層地基加固、預設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，由于條形復合基礎具有一定剛性，房屋沉降主要表現為整體、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，應高度重視差異沉降的發展。
(5)大部分監測數據表明，居民樓沉降的基本規律是離基坑越近，沉降就越大，圖6中顯示的“馬鞍狀”沉降分布，則是居民樓另一側頂管工程施工與本工程基坑開挖沉降疊加的結果。
施工過程始終安全、順利，鄰近建筑構物未發生任何實質性的沉降問題，證明了總體方案是非常成功的。

5 結 語
根據以往的施工經驗，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，在整個基坑開挖期間的最大沉降近10mm，差異沉降僅5．42mm，達到了一級基坑施工保護規范的要求，為深基坑工程保護周邊環境提供了一個成功的范例。“明珠線二期宜山路車站基坑施工技術研究”科研項目通過了上海市科學技術委員會的技術鑒定，達到國際先進水平。