地鐵車站施工對既有高架的保護技術研究

尚艷娜

上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司 上海 200092

1 工程概況

上海軌交15號線古北路站北端緊鄰延安高架，為地下3層島式站臺車站。主體規(guī)模160.00 m×21.30 m，站臺中心處頂板覆土約3.54 m，底板埋深約28.28 m。車站主體為雙柱三跨現澆鋼混凝土箱形結構，頂板厚900 mm，下一層板厚400 mm，下二層板厚500 mm，底板厚1 400 mm，側墻為疊合墻形式，采用明挖順作法施工。

2 本工程與延安西路高架橋的關系

2.1 主體工程

古北路站主體結構基坑位于古北路正下方，圍護結構為厚1 200 mm地下連續(xù)墻＋內支撐的形式，基坑深度為28.30～30.15 m。古北路規(guī)劃道路紅線寬度為32 m。北端頭井基坑深度約30.15 m，坑底位于第⑤3-1層灰色粉質黏土中，圍護結構選用厚1 200 mm地下連續(xù)墻（十字鋼板接頭），墻長59 m，其中7.5 m為構造配筋段，插入比約0.708，墻趾位于第⑧2-2層灰色粉砂、粉質黏土互層中。沿基坑深度方向設置8道支撐，其中第1、3、5道為鋼筋混凝土支撐，第2、4道為壁厚16 mm的φ609 mm鋼支撐，第6、7、8道為壁厚20 mm的φ800 mm鋼支撐。

2.2 附屬工程

古北路站主附屬結構4A、4B號出入口及2#、3#風亭位于地塊內，靠近延安西路高架側基坑深度為14.16 m，圍護結構為φ900 mm@1 050 mm鉆孔灌注樁＋φ850 mm@600 mm三軸攪拌樁止水帷幕＋內支撐的組合式圍護結構，沿基坑深度方向設置4道支撐，第1道為鋼筋混凝土支撐，第2、3、4道為壁厚16 mm的φ609 mm鋼支撐。

2.3 相對關系

兩處基坑北端緊鄰延安西路高架（圖1）。延安西路兩側4A和4B出入口以過街通道相連，為不影響延安西路交通，采用頂管方式，兩側工作井均位于地塊內。車站北側為延安西路高架橋，在此范圍內的橋梁采用簡支梁形式，橋墩基礎采用了φ550 mm預應力管樁，樁底標高為－48.5 m。高架橋墩距離北端頭井最近24.62 m，距離4A出入口約17.14 m，距離4B出入口約34.27 m，頂管通道距離最近橋墩樁基為3.50 m。

圖1 車站基坑與延安西路高架橋樁基平面位置關系

3 車站基坑方案及措施

為了保護延安西路高架，在本工程中采取了加深地下連續(xù)墻、坑內加固、伺服鋼支撐＋3道混凝土支撐、坑內降壓、加強監(jiān)測等措施[1-2]。

3.1 圍護和支撐體系

根據工程特點、場地條件、盾構籌劃和工期要求，結合管線搬遷和交通疏解需求及總體工程籌劃，車站主體基坑均采用局部蓋挖法＋明挖順作法施工，附屬基坑采用明挖順作法施工，一期圍擋范圍內先行施工主體車站基坑后繼續(xù)施工西側2#、3#風亭一期基坑。二期圍擋施工剩余附屬結構。

標準段基坑深度約28.28 m，坑底位于第⑤3-1層灰色粉質黏土中，圍護結構選用厚1 200 mm地下連續(xù)墻（十字鋼板接頭），墻長56 m，其中8 m為構造配筋段，墻趾位于第⑧2-2層灰色粉砂、粉質黏土互層中。沿基坑深度方向設置7道支撐，其中第1、3、5道為鋼筋混凝土支撐，第2、4道為壁厚1 mm的φ609 mm鋼支撐，第6、7道為壁厚20 mm的φ800 mm鋼支撐，北側13—20軸中第4、6、7、8道鋼支撐增加伺服系統(tǒng)。

北端頭井基坑深度約30.15 m，坑底位于第⑤3-1層灰色粉質黏土中，圍護結構選用厚1 200 mm地下連續(xù)墻（十字鋼板接頭），墻長59 m，其中7.5 m為構造配筋段，墻趾位于第⑧2-2層灰色粉砂、粉質黏土互層中。沿基坑深度方向設置8道支撐，其中第1、3、5道為鋼筋混凝土支撐，第2、4道為壁厚16 mm的φ609 mm鋼支撐，第6、7、8道為壁厚20 mm的φ800 mm鋼支撐，北側第4、6、7、8道鋼支撐增加伺服系統(tǒng)。施工中通過適時調整伺服鋼支撐的軸力實現對地下連續(xù)墻位移的有效控制。

3.2 地基加固

根據基坑特點，周邊環(huán)境條件和工程地質情況，保護延安西路高架、控制基坑變形，對基坑進行一定范圍的地基加固。車站主體基坑坑底位于⑤1-2層粉質黏土中，為控制混凝土支撐綁扎鋼筋和養(yǎng)護混凝土期間基坑變形，標準段擬在第5道混凝土支撐下3 m、坑底下3 m均采用高壓旋噴樁抽條加固，并輔之以坑內降水，以提高土體被動抗力，有效控制基坑變形，抽條加固寬度3 m，間距3 m。北端頭井處，擬在第5道支撐至基坑底下3 m采用高壓旋噴樁抽條＋裙邊加固，抽條＋裙邊加固寬度6 m ，旋噴樁加固土體28 d無側限抗壓強度≥1.0 MPa。場區(qū)內淺層分布有厚層填土和黏質粉土，為防止槽壁坍孔，對地下連續(xù)墻兩側采用三軸攪拌樁槽壁加固。

地基加固所采用的水泥一般為強度不低于42.5級的普通硅酸鹽水泥，水泥摻量和水灰比應滿足高壓旋噴樁的水泥摻量不宜小于25%，水灰比宜為0.7～1.0。旋噴樁加固前，需在距離施工處20 m以內的圍護墻均達到設計強度后方可開始旋噴施工，且在基坑開挖期間不得進行旋噴樁施工。地基加固完成后需采用鉆孔取芯進行質量檢測，檢查點的數量不宜少于施工樁數的1%，并不應少于5點。

3.3 降水方案

為滿足基坑開挖施工要求，避免承壓水突涌風險，在施工過程中，除采用真空深井疏干坑內潛水外，還需對場地內的承壓水進行處理。

由于古北路站基坑開挖深度大，開挖過程中⑤3-2層、⑧2-2層（微）承壓水有突涌可能，應重視承壓水控制不當對基坑開挖以及周邊環(huán)境帶來的風險，⑤3-2層承壓水含水層頂最淺標高為－35.38 m，底部與⑧2-2層直接連通，⑧2-2層承壓水含水層頂最淺標高為－51.38 m，水頭標高最高為地面下3 m（標高約＋0.50 m），根據計算結果，基坑開挖至－14.4 m和－20.8 m時，需依次開始降⑤3-2層和⑧2-2層承壓水。承壓水降水時需根據實測承壓水水頭標高及基坑開挖深度按需降水。

針對⑤3-2層及⑧2-2層承壓水突涌風險，根據計算兩層均需降壓，兩層水位降深要求相差較大，⑤3-2層厚度較大，垂向滲透小，⑧2-2層向⑤3-2層補給緩慢，為確保基坑安全且減小降水對周邊環(huán)境的影響，針對該兩層進行分層降壓。同時結合基坑圍護的深度，將降壓井均設置于坑內，濾管底淺于地下連續(xù)墻墻底。井位在基坑范圍內基本均勻布置，并避開支撐及結構梁、柱等。

在基坑外側布設觀測兼?zhèn)溆镁皶r監(jiān)測坑外水位和沉降量的變化，發(fā)現問題及時處理，調整抽水井及抽水流量，指導降水運行和開挖施工。

3.4 施工監(jiān)測

本基坑施工監(jiān)測應涵蓋地下工程施工的各個階段，從基坑圍護結構施工前2周測定初始值開始，直至施工至回填土結束、數據收斂為止，實施全過程信息化施工監(jiān)測監(jiān)控，嚴格控制鄰近地上建（構）筑物，地下管線變形和滲漏情況。如果發(fā)現圍護墻變形超過控制值，應予以重視，必要時采取主動跟蹤補償注漿，控制基坑變形。基坑開挖中必須嚴格進行監(jiān)測并及時提供各項數據。

4 本工程施工對延安西路高架的影響分析

4.1 主體基坑開挖對延安西路高架的影響分析

為了較準確地反映基坑開挖卸載對周邊設施產生的附加變形影響，計算分析采用了Midas NX平面彈性有限元軟件，以便模擬基坑圍護體系與土體間的相互作用，土體自身的彈性特點，以及實際開挖工況等非線性因素。以基坑中部剖面的計算結果來評估附加影響。建模范圍為基坑及周圍約5倍開挖深度范圍內的土體，根據以往工作經驗和實測數據，以及工程的規(guī)模，此范圍已基本滿足模擬土體的半無限體特性。

用連續(xù)介質有限元法計算時，為簡化計算，巖土介質可根據不同情況和不同要求選擇不同的本構模型。在本工程的計算中，環(huán)境要求地基的沉降很小，由土體塑性而引起的塑性應變也很小，故本文計算采用的模型為小應變土體硬化模型。高架橋樁基距北端頭井基坑最近距離24.6 m，為φ550 mm預應力管樁、樁底標高為－48.5 m。

計算結果顯示，主體結構基坑圍護結構水平位移最大值為29.5 mm≤0.14%H＝42.2 mm（H為基坑開挖深度），滿足一級基坑變形控制要求；地面沉降最大值為27 mm≤0.10%H＝30 mm，滿足GB 50911—2013《城市軌道交通工程監(jiān)測技術規(guī)范》第9.3.1條的相關規(guī)定。根據上海市市政行業(yè)標準《城市橋梁隧道安全保護區(qū)域技術標準》中的規(guī)定，墩臺均勻總沉降值需小于10 cm，相鄰墩臺總沉降差值為5 cm，墩臺頂面水平位移為2.5 cm。根據計算結果，延安西路高架橋樁基礎最大沉降為4.45 mm＜100 mm，水平最大位移為7.2 mm＜25 mm，故基坑開挖對高架橋樁基礎的影響可控。

4.2 主體基坑降水對延安西路高架的影響分析

根據詳勘報告和抽水試驗獲取的參數進行理論分析計算，得出降水引起的地表沉降。將基坑開挖和降水引起的地表最大沉降進行疊加，得到延安西路高架橋樁基附近地表產生的最大沉降預估值為29.6 mm≤0.10%H＝30.15 mm，滿足要求。

5 結語

既有建（構）筑物附近的深基坑施工是多見的，保護措施因各種因素而不同。如何選擇最有利、最合適、最安全有效的保護方案，是設計和施工的一大考驗，也是一個討論、驗證和不斷探索的過程。這類工程的共同核心要素是最大限度地保證既有建（構）筑物的安全，減少變形。筆者借鑒在建工程中的實際案例，在解決難點的過程中不斷探討和研究。總結了既有建（構）筑物周邊深基坑施工中應注意的細節(jié)和事項，希望能為類似工程提供參考。

[1] 中華人民共和國建設部.建筑基坑支護技術規(guī)程:JGJ 120—1999[S].北京:中國標準出版社,1999.

[2] 李果.深基坑近接施工技術研究[D].重慶:重慶交通大學,2018.