地鐵深基坑施工時對鄰近污水箱涵的保護

瞿英軍

上海建工一建集團有限公司 上海 200120

軌道交通作為有效緩解路面交通堵塞的出行方式，正越來越多地被各大城市所采用。而在大量的地鐵車站建設過程中，為了保護基坑周邊重要的管線設施，在基坑設計過程中應重點關注變形控制[1-2]。同時，研究深基坑施工對于周邊建（構）筑物的影響以及探索出降低其影響的方法也至關重要[3]。在參考了王成華等[4]、蔡建鵬等[5]、張陳蓉等[6]采用的整體有限元分析方法（FCFEM）、位移控制有限元方法（DCFEM）、三維DCFEM法等分析方法，以及周亮[7]的關于基坑開挖對鄰近箱涵影響的數值模擬后，本文以上海市軌交18號線復旦大學站的建設為主體，研究了基坑開挖對污水箱涵的影響。

1 工程概況

1.1 結構及圍護概況

復旦大學站為地下3層島式標準車站，地下1層為站廳層、地下2層為設備層、地下3層為站臺層，車站外包總長169.1 m，標準段外包寬度24.3 m。車站主體基坑與附屬基坑皆采取明挖順作法施工。

車站主體圍護結構采用地下連續(xù)墻，厚度為1 200 mm（局部1 000 mm），南端頭井處墻深48 m，標準段深45 m，北端頭井深48 m；附屬區(qū)域基坑圍護結構選用厚800 mm地下連續(xù)墻，墻長25～39 m，車站附屬基坑分為6個部分，為1-1區(qū)、1-2區(qū)、2-2區(qū)、1-3區(qū)、2-3區(qū)及2b區(qū)，深度為6～19 m。

標準段基坑深度約24.69 m，圍護結構選用厚1 200/1 000 mm地下連續(xù)墻（采用鎖口管接頭），墻長45 m。

南端頭井基坑深度約26.44 m，圍護結構選用厚1 200 mm地下連續(xù)墻（采用鎖口管接頭），墻長48 m。

北端頭井基坑深度約26.77 m，圍護結構選用厚1 200 mm地下連續(xù)墻（采用鎖口管接頭），墻長48 m。

部分附屬結構采用鉆孔灌注樁＋三軸攪拌樁止水帷幕的圍護形式。其中，1-1區(qū)、1-2區(qū)各設置5道支撐，1-3區(qū)、2-3區(qū)及2b區(qū)各設置3道支撐，2-2區(qū)設置1道支撐。6個分區(qū)第1道支撐皆為混凝土支撐，截面為800 mm×800 mm；其余均為φ609 mm鋼支撐并附加伺服系統(tǒng)。

1.2 周邊環(huán)境

復旦大學站位于復旦大學校園西南角，邯鄲路北側。主體深基坑東側毗鄰復旦校史館及蔡冠生人文館，西側毗鄰走馬塘合流污水箱涵，周邊建（構）筑物保護要求均非常嚴格（圖1）。

圖1 基坑與周邊建筑位置關系

關于復旦大學站西側的走馬塘合流污水箱涵，其中內徑4.25 mm×3.50 mm箱涵兩路，5.00 mm×3.50 mm箱涵一路，共三路箱涵并行，箱涵頂埋深為1.50～1.80 m。箱涵結構為混凝土結構，為20世紀80年代建造。沿車站長度方向設置，在距離南端頭井最近處3.40 m。

1.3 水文地質情況

擬建場地位于上海市楊浦區(qū)復旦大學校區(qū)內，擬建場地內原建（構）筑物較多。場地地勢較為平坦，現(xiàn)自然地面標高為3.2～4.0 m。

擬建場地填土厚度普遍較厚，平均厚度約1.94 m，最大厚度3.20 m。填土厚度較大，且土質松散，尤其是雜填土含較多碎石、三合土等大塊硬雜質，會對基坑圍護體施工及樁基施工產生不利影響。

場地分布有第⑦層粉性土，為上海地區(qū)第Ⅰ承壓含水層，賦存地下水水量豐富。據上海地區(qū)已有工程的長期水位觀測資料，承壓水含水層水位呈周期性變化，一般均低于潛水位，承壓水水位埋深的變化幅度一般在3.0～12.0 m。

1.4 工程難、特點

車站主體基坑標準段開挖深度約24.99 m，端頭井開挖深度約26.77 m，基坑開挖深度較深；基坑開挖范圍內砂層厚度約19 m；走馬塘合流污水箱涵建造于20世紀80年代，三路箱涵中有兩路污水、一路河流，埋深較淺，一旦出現(xiàn)滲漏將對上海市供水系統(tǒng)產生巨大影響。

2 施工對策

2.1 探明保護對象現(xiàn)狀

為了有效保護合流一期污水箱涵，項目部在施工開始前聯(lián)系相關權屬部門獲得箱涵設計圖紙，并且將項目施工影響范圍內箱涵上方覆土清理出來，探明范圍內共11條接縫，在每條接縫兩邊上、下共設置4個監(jiān)測點位用于施工時監(jiān)測。探明箱涵結構如下：

1）污水箱涵接縫為25 m一段。

2）污水箱涵埋深2 400 mm。

3）污水箱涵接縫寬3 cm，其中包括止水帶及聚苯乙烯泡沫板。

4）污水箱涵接縫處底部配有600 mm×350 mm矩形枕梁。

5）透氣孔與污水箱涵整體連接，一次性澆筑完成。

6）污水箱涵弧線段與直線段存在配筋差異，枕梁沿弧線段設置300 mm高翻口。

同時為了有針對性地保護污水箱涵，在高危時間段減少施工活動對箱涵的擾動，施工前經與相關部門溝通，還了解了箱涵近年來大致的運營情況：

2018年：汛期（6—9月）平均日輸送量178.76萬 m3，非汛期平均日輸送量171.00萬 m3。

2019年：汛期（6—9月）平均日輸送量190.32萬 m3，非汛期平均日輸送量155.97萬 m3。

2.2 隔離樁施工

按照圖紙設計，項目圍護結構施工之前，在車站基坑與合流一期污水箱涵之間打設隔離樁，以減小基坑圍護施工及土方開挖對箱涵的影響。隔離樁采用樹根樁形式，隔離樁直徑400 mm、樁深30 m，雙排排列，樁頂設置1 000 mm×1 000 mm頂圈梁。隔離樁施工垂直度允許偏差應不大于1/200。樁徑允許偏差0～30 mm，樁位允許偏差±30 mm。隔離樁樁體成形直徑為400 mm，水泥砂漿強度≥M20，粗骨料粒徑10～25 mm。鋼筋籠外徑小于樁徑40～60 mm。樁身強度等級不應小于C20。同時應抽取不少于總樁數50%的樁進行低應變動力試驗，以檢測樁身的完整性。

為了減少施工隔離樁對污水箱涵的影響，施工時采用跳打的方式并合理安排施工順序，防止因隔離樁集中施工造成的建筑物某一側集中沉降。

2.3 周邊變形動態(tài)監(jiān)測

為了得知除箱涵沉降數據以外的箱涵接縫實際的結構情況，并能對箱涵接縫變形導致的滲漏問題及早發(fā)現(xiàn)、及早采取補救措施，經各方討論決定，在保證箱涵接縫安全的情況下，于車站主體結構回筑過程中，在箱涵變形較大的7條接縫位置處設置觀察井（圖2），并每天安排專人檢查接縫情況，防患于未然。

圖2 污水箱涵上方監(jiān)測點及觀察井開設位置

2.4 附屬圍護結構施工優(yōu)化

考慮到車站主體結構施工已經對周邊環(huán)境產生影響，為了減少后續(xù)施工帶來的環(huán)境風險，經相關人員提出并與業(yè)主方溝通后，對附屬圍護結構圖紙進行相應修改（圖3），修改內容如下：

圖3 附屬結構變化前后對比

1）將車站原整體實施的西側附屬圍護結構分為3個獨立的建筑，即南段頂管接收井、中段的地下3層風道北出入口及風井。

2）3個獨立的建筑分坑開挖。南段為其中1個基坑，中、北基坑各自再細分為2個基坑，先開挖鄰車站側，再開挖箱涵側。

3）原西側已實施的附屬圍護地下連續(xù)墻，在新方案中盡量利用。對于新增的圍護接縫及新老接頭，采用MJS止水措施。

4）本場地砂層厚，降水對周邊環(huán)境影響大，坑底以下采用三軸攪拌樁滿堂加固。

5）基坑頭道支撐采用混凝土支撐，其余采用帶軸力伺服系統(tǒng)的鋼支撐。

通過更細部的基坑分化，增加基坑中的地下連續(xù)墻以分割土體，增加止水措施以減少開挖對基坑外水位的影響，達到了控制周邊變形的效果。

3 效果分析

根據施工前在箱涵上方布設的44個點位（圖4）的數據監(jiān)測情況顯示，從2017年12月18日車站主體地下連續(xù)墻開始施工至2020年7月10日附屬結構施工為止，箱涵累計沉降量最大達到－22.30 mm（W2），箱涵接縫差異沉降最大為－4.64 mm（W11—W13），經權屬單位確認尚處于可控范圍。根據數據分析，沉降變化集中在主體圍護結構施工及挖土、附屬圍護結構施工及挖土階段。

圖4 W1—W44污水箱涵變形監(jiān)測點布置

4 結語

本工程從2017年12月項目動工到2020年7月主體結構及附屬結構完成為止，2年多的時間里基本保證了箱涵的安全，到目前為止周邊未發(fā)生重大險情。總結的深基坑施工及周邊箱涵沉降控制經驗如下：

1）充分意識到項目的潛在危險性與污水箱涵的重要性，在工程開始之前對周邊環(huán)境作出準確評估并制定相應措施。

2）對保護對象現(xiàn)狀進行前期勘察，可以使得工程施工中對其保護更具有針對性，可進一步提升保護效果。

3）優(yōu)化深基坑施工流程，減少施工時間，基坑開挖速度越快，基坑暴露的時間越短，越有利于周邊環(huán)境的沉降控制。

4）應對圍護結構的施工質量進行控制，及時對圍護出現(xiàn)的滲漏問題進行堵漏修補，有助于減少周邊環(huán)境的變形。

總之，對污水箱涵的保護是一項艱巨的任務，需要相關人員及機構從工程伊始便進行規(guī)劃，充分準備，并將措施貫徹到工程全流程中，這樣才會取得比較良好的效果。