上海臨港地區緊鄰地鐵車站深基坑工程施工技術研究

姜 捷

上海建工集團股份有限公司 上海 200080

1 工程概況

1.1項目概況

臨港新城滴水湖站交通樞紐工程位于上海市臨港新城主城區，環繞上海軌道交通16號線（以下簡稱“軌交16號線”）滴水湖站呈對稱布置。本工程地下部分主體建筑為地下2層，局部1層，包括交通樞紐地下配套空間和下沉式廣場。地上部分主要為交通樞紐工程，包括1層公交樞紐站房和鋼結構網（殼）架屋蓋（圖1、圖2）。

圖1 工程周邊環境平面示意

圖2 工程剖面示意

1.2周邊環境

本工程基坑中間毗鄰軌交16號線滴水湖站，部分以原地鐵車站的地下連續墻作為圍護，施工區域緊靠車站已建結構，對車站結構應予以重點保護。基坑外東南角和東北角分別為國檢大樓和海關大樓，距基坑邊6.5 m，原大樓圍護采用的加筋水泥土錨樁侵入本基坑邊線，需在地下連續墻加固前予以清除。另外，場地周邊道路地下管線平面布局較復雜，部分地下管線緊貼基坑邊界位置。

1.3工程地質條件

本場地地貌單元屬長江三角洲入海口東南前緣的潮坪地貌類型，在地勘65.45 m深度范圍內的地層共劃分為5個主要層次，從上到下依次為：①填土、②3砂質粉土、④淤泥質黏土、⑤1黏土、⑤3粉質黏土、⑤4粉質黏土、⑦1砂質粉土、⑦2粉砂，上海地區常見的③、⑥層缺失。其中基坑淺部主要位于②3層，該層層厚10.20～14.60 m，層頂標高－0.27～3.07 m，中等壓縮性，搖振反應迅速，干強度、韌性低，土質不均，土體穩定性較差[1-2]。

本場地地下水主要由②3層潛水含水層和⑦層第一承壓含水層組成。其中②3層較厚，重力水含量大，滲透性較好，易液化，易受大氣降水和地表水補給，應保證足夠的抽水時間。對⑦層承壓含水層進行基坑底部抗突涌穩定性驗算，臨界開挖深度為16.46 m，遠大于本工程11.55 m的最大開挖深度，所以不需要考慮降承壓水。

2 基坑概況

本基坑環繞軌交16號線滴水湖站呈東西向對稱布置，基坑工程長約360.00 m，寬196.00 m，開挖深度11.03～11.55 m，總土方量約為690 000 m3。本工程屬于超大深基坑，采用分坑順作施工，分4個區域共7個基坑，Ⅰ區、Ⅱ區、Ⅲ區基坑緊鄰軌交16號線南段地鐵車站。Ⅰ區基坑長180.00 m，單側寬32.00 m，總寬64.00 m；Ⅱ區基坑呈半圓弧狀，長196.00 m，寬105.00 m；Ⅲ區基坑長115.00 m，單側寬88.00 m，總寬176.00 m；Ⅳ區基坑長180.00 m，單側寬46.70 m，總寬93.40 m。Ⅰ區、Ⅱ區、Ⅲ區基坑環境保護等級為一級，Ⅳ區基坑環境保護等級為二級（圖3）。

圖3 基坑分區示意

基坑圍護結構采用厚600 mm地下連續墻，墻深24～25 m，局部近鄰集水坑處的長度為26～27 m，地下連續墻墻趾進入⑤1層4 m，插入比1.16～1.22。地下連續墻接頭形式采用圓形柔性接頭，并采取墻底注漿工藝，每幅地下連續墻內安放2根注漿管，每根注漿管注漿量為1 m3。地下連續墻槽壁采用φ650 mm三軸水泥土攪拌樁進行預加固，加固深度為17.50 m。靠軌交16號線滴水湖站的基坑利用原車站圍護厚800 mm地下連續墻，墻深33.00 m。

基坑加固時，沿地鐵車站外側地下連續墻側設置了φ850 mm三軸水泥攪拌樁裙邊加固，寬8.05 m，深度為底板下4.00 m，水泥摻量20%。Ⅰ區基坑內設置了φ700 mm雙軸水泥攪拌樁裙邊和抽條加固，寬度分別為4.00 m和4.20 m，深度為底板下4.00 m，抽條間距10.00 m，水泥摻量14%。Ⅱ區、Ⅲ區、Ⅳ區基坑圍護內側還間隔設置了雙軸水泥攪拌樁墩式加固。對于電梯井、集水井等局部落深區域周邊，采用雙軸水泥攪拌樁加固和旋噴樁封底（圖4）。

圖4 圍護及加固平面布置示意

支撐采用2道鋼筋混凝土支撐，第1道900 mm×800 mm，第2道1 200 mm×800 mm，棧橋板厚300 mm。其中Ⅳ區局部1層結構，在第2道支撐拆除前應設置φ609 mm臨時鋼斜拋撐，間距4 m（圖5、圖6）。

圖5 支撐平面布置示意

圖6 Ⅰ區圍護剖面示意

3 施工過程控制

3.1總體流程

為保證已建地鐵車站結構的安全，基坑采用分區對稱開挖，總體流程為：Ⅰ-1和Ⅰ-2區基坑先同步對稱開挖；待Ⅰ區地下結構完成后，Ⅱ區、Ⅲ-1區和Ⅲ-2區基坑同步對稱開挖；待Ⅱ區、Ⅲ區地下結構完成后，Ⅳ-1區和Ⅳ-2區基坑同步對稱開挖，直至Ⅳ區地下結構完成；分隔墻待相鄰分區結構施工完成后鑿除并進行結構補缺。

3.2基坑開挖

基坑開挖時嚴格遵循“分層、分塊、對稱、平衡、限時”的原則，Ⅰ區和Ⅳ區因基坑形狀狹長采用分段開挖，共分9段，從中間向兩側對稱進行，最后第3層土方按底板膨脹加強帶分3段，先兩端后中間進行挖土；Ⅱ區、Ⅲ區采用盆式開挖，由基坑中部開始，逐步形成對撐、桁架邊撐和角撐，最后第3層土方根據底板分區，挖土從基坑周邊向棧橋位置先遠后近進行。基坑施工重點注意事項如下：

1）基坑開挖必須在降水、土體加固、地下連續墻（包括墻頂圈梁）達到設計要求強度后，方可進行。

2）遵循“分層分段、留土護壁，限時開挖支撐”的原則，將周圍設施變形控制在允許范圍內。地鐵車站兩側Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ區基坑對稱開挖，20 m范圍內高差小于1.5 m。

3）在開挖過程中，每一級放坡不陡于1∶1.5，每級開挖面高差不得大于3 m，分級平臺寬度大于3 m。

4）混凝土墊層應隨挖隨澆，墊層必須在見底后24 h內澆筑完成，無墊層坑底最大面積不大于200 m2。

5）嚴禁挖土機械碰撞支撐、立柱和工程樁等，挖土時應先掏空立柱四周，避免立柱承受不均勻側向土壓力。

3.3環境保護和施工監測

根據本工程的基坑安全等級，確定監測項目主要為圍護墻頂部水平及豎向位移、圍護墻深層水平位移、支撐內力、立柱樁豎向位移、地表豎向位移、地下水水位、鄰近建筑物豎向位移和地下管線豎向位移[3]。

對地鐵站的監測項目和報警值主要為：地鐵結構設施絕對沉降量及水平位移量≤20 mm；隧道變形曲線和曲率半徑≥15 000 m，相對彎曲≤1/2 500；由于周邊施工因素而引起的地鐵隧道外壁附加荷載≤20 kPa[4]。

3.4施工應急處理

Ⅲ-1、Ⅲ-2區第3層土方按底板后澆帶共分6塊，因Ⅲ-1、Ⅲ-2為對稱同時開挖，發生險情的部位和情況類似，下面僅以圍護變形最大的Ⅲ-2區為例。當位于Ⅲ-2區東北部位，鄰近地鐵車站的2號塊第3層土方開挖至底標高時，東側圍護墻體CX42號測斜點顯示圍護墻地下14.5 m處變形速率迅速變大，達到27.13 mm/d，累計達到85.2 mm，另地鐵圍護墻轉角處第2和第3幅圍護墻接縫處有泥漿流出，位置在土方開挖面以上1 m左右，先期雖用聚氨酯封堵，但效果不佳。采取的應急處理措施如下：

1）立即進行堆載以阻止圍護墻變形進一步擴大，以漏漿接縫為中心沿圍護墻內側用袋裝水泥圍成一個長10 m、寬5 m、高2 m的圍堰，中間填充素混凝土。堆載完成后，圍護墻深層水平位移速率迅速回落，未再出現報警，最終變形累計達到87.6 mm，位置在圍護墻地下14.5 m處。

2）在堆載區基坑外側增設降水井，降水深度大于10 m。降水完成后對漏漿圍護墻縫采用雙液注漿封堵。

3）加快堆載區以外底板施工，完成后在堆載區上部增設φ609 mm鋼管水平支撐，牛腿設置在相鄰底板上。

4）與結構設計商定，取消堆載區域的底板落低深坑。

5）完成上述工序后，對堆載區域進行卸載并繼續進行后續底板施工，先采用2臺小型鎬頭機破碎堆載的混凝土及水泥袋，挖土收底完成后立即澆筑厚30 cm的C35早強混凝土墊層，底板鋼筋及混凝土及時跟進，墊層到底板完成時間控制在24 h以內。

6）Ⅱ、Ⅲ區在底板完成后、第2道支撐拆除前，增設φ609 mm鋼管斜拋撐換撐（圖7）。

圖7 應急處置區平面示意

4 分析與建議

1）Ⅰ區基坑形狀狹長，采用裙邊和抽條加固，挖土期間圍護墻深層水平位移速率和累計值均在控制值內。Ⅳ區同樣是狹長形狀基坑，僅在外側圍護墻體處采用間隔墩式加固，挖土期間圍護變形較大，特別是第3層底板土方施工時深層水平位移速率突變，累計最大水平位移達90 mm。建議對于狹長形狀基坑采用類似Ⅰ區的圍護加固形式。

2）Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區均采用了間隔墩式加固，在基坑第3層底板土方開挖期間圍護體均發生了較大變形，并發生了局部應急搶險的情況。Ⅱ區因基坑呈半圓弧狀，整體變形相對Ⅲ、Ⅳ區較小。建議該地區類似基坑采用連續裙邊加固，加固范圍可適當擴大，增加底板開挖面以上弱加固區，底板開挖面以下加固深度可適當增加，以利于減小開挖期間的圍護變形。同時一定要嚴控加固工程的水泥摻量、攪拌下沉和提升速度等施工要點，確保加固質量。

3）本工程厚600 mm地下連續墻縱向鋼筋在地下14～15 m有50%的減少，這也是Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區外側圍護墻累計水平位移最大的深度位置。建議圍護設計單位在該地區類似基坑圍護地下連續墻設計中予以考慮，加強鋼筋配置。

5 結語

本工程屬于上海臨港地區鄰地鐵車站的超大基坑，在基坑施工期間，作為重點保護對象的軌交16號線滴水湖站的結構變形均在控制值以內，未發生報警情況。在本工程分坑施工中，各區基坑變形情況不一，絕大部分處于受控狀態，但局部也發生了搶險應急處置情況。