既有暗挖車站上蓋明挖増層施工關鍵施工技術研究及應用

鄭 凱

(中鐵十四局集團有限公司,山東 濟南 250000)

0 引 言

近年來，隨著城市軌道交通建設的快速發展，在運營地鐵隧道上方進行基坑開挖卸載的工程不斷出現。新建明挖基坑的施工會對既有結構周圍地層產生連續、多次擾動，帶動下方地鐵既有結構產生隆起，從而對地鐵車站或隧道使用功能和安全性產生影響甚至造成嚴重危害。因此，對豎向明挖増層施工關鍵技術研究、確保既有結構使用安全具有相當的適用性和緊迫性。

北京地鐵6號線西延工程蘋果園站地下一層換乘大廳為在先期PBA法暗挖完成的地下二/三層頂板結構上方修建，該換乘廳采用明挖法施工，基坑開挖在已運營的車站結構上方進行，屬于典型既有暗挖車站上蓋明挖増層施工工程案例。

1 工程概況

新建地鐵6號線蘋果園站為換乘車站，分別與M1線蘋果園站和S1線蘋果園站換乘，如圖1所示。車站全長324.4 m，標準段寬度23.0 m，最大斷面寬度23.5 m。主體結構采用暗挖PBA工法+明挖法施工。

圖1 地鐵6號線蘋果園站平面布置示意圖

蘋果園站三層段分東西兩部分，每段長37.4 m，分別位于下穿段與兩端標準段之間，斷面為三層三跨結構，如圖2所示，寬23.1 m，高22.50 m，覆土厚度為4.31～4.83 m，底板埋深約27.5 m。受交通導改、施工場地及工期控制，蘋果園站三層段分兩期實施，地下二層、三層段采用PBA工法暗挖完成，初支導洞均為直墻拱形結構，初支扣拱為平頂結構，臨時結構頂板為平頂結構；地下一層在6號線通車后采用明挖法上蓋增建，完成兩個換乘大廳施工。

本工程沿線勘探范圍內地層可分為人工堆積層、新近沉積層、第四紀晚更新世沉積層三大層。車站范圍內存在一層地下潛水，水位埋深為39.76 m，位于車站底板以下10.4 m左右。

圖2 主體結構三層段結構橫剖面圖

2 工程重難點

本工程為在既有地鐵車站結構上方明挖增層拓建，兩個明挖基坑位于1號線車站東西兩側，鄰近1號線車站結構，最小近距僅0.414 m。基坑尺寸均為長33.8 m、寬26.9 m，開挖深度12.2 m，圍護結構采用樁加內支撐體系。部分圍護樁為“吊腳樁”形式，且明挖基坑鄰近地鐵1號線南端主體結構及軍事通道結構。施工過程中明挖基坑圍護結構變形控制、臨近地鐵1號線結構保護、下方運營地鐵6號線的保護及變形控制是本工程施工重難點。

3 明挖上蓋増層施工關鍵技術

3.1 上蓋基坑安全施工關鍵技術

為控制換乘廳明挖基坑變形，保護相鄰及下方結構，圍護結構采用剛度較大的φ1 000@1 600 mm人工挖孔樁；豎向三道支撐，除第一道角部為鋼筋混凝土支撐外，其余部分均采用Φ800、t=16 mm鋼支撐，如圖3所示。南北兩側樁身緊貼下方小導洞側壁布置，充分利用下方車站結構嵌固作用，東西兩端圍護樁底位于暗挖車站初期支護頂面，呈“吊腳樁”狀態。

圖3 上蓋基坑圍護結構剖面圖

3.1.1 無嵌固圍護結構施工技術

本工程圍護樁施工時需準確定位，樁定位中心線縱橫向偏差不應超過50 mm，不得向基坑內傾斜；按照“隔三挖一”跳樁施作原則，要求最小施工間距不得小于4.5 m；每次挖深不大于1 m，及時澆筑C30鋼筋混凝土護壁。

暗挖車站上方的無嵌固圍護樁挖孔至初期支護結構后，在保證成孔安全的情況下，采用風鎬鑿除小導洞或頂板的部分初期支護噴射混凝土，鑿除深度20 cm，保留格柵鋼架主筋，與護壁豎向鋼筋焊接為整體，護壁底部同時設置2根φ25 mm環向鋼筋與露出的格柵主筋可靠焊接加強，利用護壁結構及樁底鑲嵌作用，對“吊腳樁”樁底形成一定的嵌固效果。

施作基坑圍護結構時，做好端部圍護樁與既有車站頂板初支的可靠連接，如圖4所示；圍護樁主筋水平向內彎折200 mm，鋼筋籠底部直接下至鑿除后的初期支護面。

圖4 無嵌固圍護樁詳圖

3.1.2 圍護樁后地層注漿加固技術

為保證明挖基坑無嵌固樁一側樁體穩定性，在施作無嵌固樁后、基坑開挖前，采取地表深孔注漿對基坑東西兩端樁后土體進行加固處理，改善土體性能，增加土體抗變形能力，提高變形模量，從而防止基坑圍護樁向內傾斜。

注漿加固區域寬度3.0 m，深度自地面下3.7 m位置至下方車站初期支護，如圖5所示。采用地面垂直鉆孔、后退式注漿方式，選用水泥-水玻璃雙液漿，要求注漿壓力0.5～0.8 MPa，擴散半徑不小于0.5 m，注漿加固后土體無側限抗壓強度不小于0.5 MPa，滲透系數≤1.0×10-6cm/s。

圖5 深孔注漿加固示意圖

地面注漿孔間距0.8 m×0.8 m、梅花形布置，根據實際地面標高確定注漿孔的鉆孔深度，按照隔孔施工原則，避免注漿孔互相影響，保證漿液擴散均勻。由于部分注漿區臨近1號線既有車站及軍事通道結構，注漿過程中，堅持以注漿壓力控制為主、注漿量控制為輔的雙控原則嚴格管控，并做好實時監測，嚴防因壓力太大造成漿液滲入既有結構內。

3.1.3 基坑開挖技術

基坑開挖、支護按照“豎向分層、水平分區、對稱平衡開挖、先中間后兩側、先支后挖”的原則施工。每層土開挖深度不大于2 m，開挖至鋼支撐下方0.5 m時，及時架設鋼支撐；按要求預加軸力，根據監測數據復加軸力或采取加強措施，確保支撐安裝的及時性和有效性。

基坑開挖至第三道鋼支撐以下時，四個角部保留原狀土，輔助控制基坑變形。反壓土縱向長度8 m，橫向寬度6 m，高度2 m，臨時邊坡坡率不大于1∶1，并根據穩定性情況采用掛網噴錨防護，如圖6所示。反壓土范圍外底板回填混凝土澆筑且達到設計強度后，再開挖反壓土，完成剩余部分底板。

3.2 上蓋増層結構施工技術

3.2.1 明暗挖結構連接技術

為保證明、暗挖結構整體性，暗挖結構施作時，側墻及鋼管柱結構預留鋼筋甩頭及接駁器，預留鋼筋延伸至結構頂板上方導洞內，結構頂板與導洞初支間隙整體填充C20混凝土。明挖基坑開挖完成后，鑿除臨時頂板上方導洞初支結構及內部回填混凝土，剝離原預埋鋼筋及接駁器，綁扎地下一層側墻及頂板鋼筋并澆筑混凝土，使明挖結構與暗挖結構形成整體。

破除施工時，應特別注意預留鋼筋接頭的保護，嚴禁使用機械直接破除至鋼筋接頭位置，避免預留鋼筋接頭破壞。同時，應注意防水結構的保護，確保既有防水甩頭完好，滿足防水搭接長度要求。

為了緩解明、暗挖結構交界處應力集中，提高結構整體性能，取消如圖6所示的原方案中的換乘廳內夾層，直接采用C20素混凝土回填至増層底板高程；待混凝土達到設計強度后，順序施工剩余結構。同時，能夠加快増層結構施工進度、提高施工安全，更有效控制基坑變形。

圖7 換乘廳原夾層板方案

3.2.2 結構整體防水技術

先期施工的車站暗挖部分外包防水層為2 mm厚的ECB塑料防水板，在地下二層頂板(臨時頂板)外挑位置內附兩層SBS防水卷材，用于與增層明挖結構側墻外包SBS防水卷材搭接，重新形成地下三層結構的完整外包防水體系,如圖8所示。

圖8 增層節點防水做法示意圖

地下二層臨時頂板的ECB塑料防水板鋪設完成后，在冠梁以上沿導洞初期支護加鋪寬度2 m雙層SBS改性瀝青防水卷材。兩種防水卷材的搭接寬度為1 m，SBS防水卷材甩搓預留寬度為1 m；臨時頂板澆筑后，將預留的SBS防水甩搓平鋪在頂板上方、覆蓋350#紙胎油氈+1.5 cm厚竹膠板進行臨時保護，隔離頂板與回填混凝土。

增層結構側墻施工前，人工破除地下二層頂板以上的回填混凝土，拆除防護竹膠板及油氈，拉直固定于找平后的圍護結構上，增層結構選用相同的SBS改性瀝青防水卷材，加熱搭接。竹膠板自身較大的彈性和硬度能夠確保破除施工不會直接破壞預留防水甩搓。

3.3 明挖上蓋増層施工監測

本工程監測重點為明挖基坑吊腳樁變形、鄰近的1號線車站變形以及下方6號線車站結構隆起。監測項目包括地面沉降、樁頂水平位移、樁體變形、支撐軸力、既有結構上浮，均采用人工監測，具體要求見表1。

表1 監測對象、項目及精度表

其中，下方6號線結構變形監測測點布置于地下二層中縱梁底部，在變形縫兩側及增層段立柱部位布設，具體監測點布置及監測要求見表2。

表2 周邊環境監測頻率表

蘋果園站上蓋増層施工期間，整體施工情況較為平穩，無風險事件發生，無監測預警發生，整體變形平穩，安全風險可控。

4 工程實施效果及評價

蘋果園站三層段地下一層換乘廳上蓋増層工程已施工完成。施工期間，既有1號線、新建6號線正常運營，施工安全控制良好。施工完成后，換乘廳混凝土密實整潔，防水質量良好，未出現裂縫、滲漏水現象。為類似工程提供成套施工經驗，具有較好的推廣應用價值。

圖9 蘋果園站上増層施工效果圖