地鐵車站深基坑工程中的新技術應用

李 星

上海廣大基礎工程有限公司 上海 201114

1 工程概況

1.1 基本情況

上海軌道交通14號線云山路站呈南北向布置，為地下3層島式標準車站。車站共設4個出入口、1個換乘通道及2組風井?；用娣e4 842 m2，基坑圍護周長448 m；車站主體分為A區南端頭井和B區北端頭井及標準段，南端頭井挖深26.48 m，北端頭井挖深26.89 m，標準段挖深25 m。

1.2 周邊環境

車站周邊環境較為復雜：東南側為已建軌交6號線云山路站及其出入口，南側張楊路道路下方為共同溝和軌交6號線雙圓盾構區間，東側為居住小區，西側有花鳥市場3層建筑及朱塘浜（圖1）。其中軌交6號線云山路站距離軌交14號線云山路站基坑39.70 m，雙圓盾構區間距離基坑30.60 m；共同溝距離車站南端頭井最近8 m，埋深約6.25 m。居住小區及花鳥市場距離基坑最近為5.60 m。云山路及張楊路地下管線眾多，沿道路分布有電力、燃氣、上水、路燈、污水、雨水、電話、信息等市政管線需要翻交及監測保護。

1.3 地質情況

本場地自地表至深85 m范圍內所揭露的土層均為第四紀松散沉積物，所見土層自上而下依次為①層填土、③1層灰色淤泥質土、④層灰色淤泥質土、⑤1層灰色黏土、⑥層暗綠-草黃色粉質黏土、⑦1-1層草黃色黏質粉土夾粉質黏土、⑦1-2層草黃色砂質粉土、⑦2層灰黃-灰色粉砂、⑨層灰色粉砂。

圖1 車站周邊建筑物平面示意

對工程有影響的地下水主要為淺層的潛水；場地內有一條明浜朱塘浜，地表水與地下水可能有一定的水力聯系。承壓水主要為深部第⑦承壓含水層。

軌交14號線車站主體基坑坑底基本位于⑥層粉質黏土，圍護墻墻趾位于⑦2層粉砂。

2 圍護設計

基坑采用厚1 000 mm/1 200 mm的地下連續墻作為圍護結構，并作為使用階段側墻的一部分承受側向荷載，與內襯墻按照疊合墻設計，結構安全等級為一級。其中，A區南端頭井地下連續墻厚1 200 mm，深48 m；在地下連續墻外側設置1道封閉的TRD工法隔水帷幕，厚700 mm、深60 m，總延長155 m，樁身28 d無側限抗壓強度不小于1.0 MPa。

考慮對南側共同溝及軌交6號線車站、雙圓盾構區間的保護，在南端頭井外側與共同溝之間設置1排MJS工法隔離樁，樁身28 d無側限抗壓強度不小于1.25 MPa；同時沿基坑深度方向設置8道支撐，第1、5道為混凝土支撐，第2～4道和第8道為φ609 mm鋼支撐，第6、7道為φ800 mm鋼支撐，其中南北方向的支撐采用新型軸力伺服系統，避免鋼支撐軸力發生損失，控制圍護結構墻體側向變形（圖2）。

圖2 南端頭井基坑支護結構示意

3 技術簡介

3.1 TRD工法

TRD工法（鋸鏈式等厚度水泥土攪拌墻技術）[1]是一種新型水泥土攪拌墻施工工藝，廣泛應用于超深隔水帷幕、型鋼水泥土攪拌墻、地下連續墻槽壁加固等領域。

3.2 MJS工法

MJS工法（全方位超高壓噴射注漿技術）[2]可實現孔內強制排漿和地內壓力監測，能有效控制地表變形，減小對周邊環境的影響，適用于周邊環境復雜、保護要求高的地基加固工程及基坑工程隔水帷幕、隔離樁墻等。

3.3 新型軸力伺服系統

該技術將深基坑鋼支撐的軸力由被動受壓和松弛的變形轉變為主動加壓調控變形，根據緊鄰深基坑保護對象的變形控制要求，主動進行基坑圍護結構的變形調控，以滿足緊鄰深基坑保護對象的安全使用[3]。

4 實施情況

4.1 MJS工法

MJS工法隔離樁深27.3 m、φ2 200 mm、樁中心間距1 300 mm、呈半圓180°背向共同溝布置，共28根（編號M1～M28）。鄰近MJS工法樁周邊主要壓力管線為燃氣管（編號RQ、管徑250 mm）和上水管（編號SS、管徑700 mm），其中燃氣管距離MJS工法樁最近位置為2.5 m，上水管距離MJS工法樁最近位置為8 m。

施工中采取了一定的改進措施，以減小MJS施工對外側管線、共同溝的影響。

4.1.1 ?對排泥閥門進行細微改進

由于MJS成樁深度范圍內地層以黏性土為主，且樁底位于⑥暗綠-草黃色粉質黏土中（黏聚力C值達40 kPa），在黏性土層內施工，MJS排泥閥門容易被黏土塊、夾水泥的硬土塊等糊住、卡住，造成排泥不暢、地內壓力增大等現象。通過對排泥口進行細微改進，適當加大排泥閥門內徑，并且當地內壓力增大時輔以鉆桿上下提升、動力頭旋轉等方式，可有效地減少排泥閥門堵塞現象，促進泥漿抽排。

4.1.2 ?加大MJS間隔跳樁距離

結合現場施工條件，將MJS間隔跳樁距離由2根樁加大至5根樁，一定程度上減小了MJS施工對外側管線、共同溝產生的應力集中（圖3）。

圖3 MJS間隔跳樁示意

4.2 TRD工法

TRD工法技術自2009年從日本引進以來，已成功應用于國內上百項基坑工程中，本次地鐵車站深基坑工程為首次采用TRD工法作為超深隔水帷幕的項目，深度達60 m。施工中對于TRD槽壁的穩定控制、切割箱垂直度及墻體搭接等控制要求非常高。

施工中采用了三步施工法（即先行挖掘、回撤挖掘、成墻攪拌），平均工效達6～8 m/d（圖4）。在先行挖掘及切割箱臨時停放區，采用鈉基膨潤土，摻量為100 kg/m3，水灰比5～20，可對槽段起到穩定、護壁作用；水泥漿液采用42.5級普通硅酸鹽水泥，摻量450 kg/m3，水泥漿液水灰比1.0～1.2。

圖4 TRD三步施工法示意

4.3 新型軸力伺服系統

支撐軸力伺服技術是一種主動控制技術，自2006年首次在大上海會德豐廣場項目中應用以來，至今已經歷了集中泵站供油控制、有線連接分布式泵站與無線傳輸分布式泵站3個發展歷程。

本項目南端頭井南北向指向共同溝及軌交6號線車站、區間盾構的第2、3、4、6、7、8道鋼支撐采用的是無線傳輸分布式泵站新型軸力伺服系統，每道支撐3套，共18套。

5 應用效果

5.1 強度檢測

在TRD隔水帷幕與MJS隔離樁實施完成后，分別進行了4根TRD、3根MJS現場鉆芯取樣無側限抗壓強度試驗，TRD強度平均值1.04～1.05 MPa，MJS強度平均值1.29～1.31 MPa，均滿足設計要求。

5.2 管線監測

車站施工期間對周邊地下管線進行了改排并布置了監測點[4-6]，所有測點均進行豎向位移觀測（圖5）。其中，上水管線布設23個變形監測點，編號為SS1～SS23，測點間距約為20 m；燃氣管線布設24個變形監測點，編號為RQ1～RQ24，測點間距約為20 m。

圖5 坑外管線部分監測點布置

管線位移變化速率報警值為2 mm/d，管線位移累計報警值為10 mm。

鄰近南端頭井外側的燃氣管（編號RQ19～RQ21）日變化量在－2～4 mm之間，最大上抬量3.28 mm；上水管（編號SS18～SS20）日變化量在－2～2 mm之間，最大上抬量1.98 mm。

5.3 降水試驗

在南端頭井坑外四周布置了7口承壓水回灌、觀測井，編號為H1～H7，深度48 m。在南端頭井內側分別布置了3口深48 m的減壓降水井，編號為WA1～WA3；4口疏干井，編號SA1～SA4，深27 m。為檢驗TRD工法隔水帷幕的隔水效果，在基坑開挖前進行了2次抽水試驗，坑外H1～H7水位降差0.31～1.22 m。

5.4 變形控制

南端頭井各道支撐規格、軸力值及分步開挖預警值如表1所示。

其中安裝了軸力伺服系統的鋼支撐對應測斜孔號為P18、P19和P22，自第1道混凝土支撐開始施工至土方開挖至坑底、底板澆筑完成階段，測斜數據顯示變形控制基本達到設計要求（表2）。

表1 南端頭井各道支撐

表2 各測斜孔最大水平位移

6 結語

在上海地區軌交車站深基坑工程中首次采用TRD工法鋸鏈式等厚度水泥土攪拌墻新技術，同時為了保護周邊已建成的軌交6號線云山路站、雙圓盾構區間和共同溝，又采用MJS全方位高壓噴射工法以及新型軸力伺服系統，控制了從圍護施工到基坑開挖全過程中坑外土體產生的變形，有效地保護了周邊環境和基坑施工安全，起到了示范作用。通過加固體強度檢測、管線監測、降水試驗及變形監測等數據驗證，TRD、MJS及新型鋼支撐軸力伺服系統等基坑支護新技術的成功應用能夠解決當下超大、超深基坑施工中面臨的深層承壓水隔斷及環境保護的難題，為同類基坑施工提供了參考。