地鐵保護區(qū)域基坑圍護設(shè)計與施工

曹曉中 張鶴 肖明武

中建宏達建筑有限公司 上海 200050

隨著城市規(guī)劃發(fā)展需要和建筑功能多元化要求，地下結(jié)構(gòu)向著面積越來越大、層數(shù)越來越多的方向發(fā)展，深基坑圍護也越來越重要，但受到周邊環(huán)境、地質(zhì)條件等諸多因素制約，基坑圍護費用占整個工程造價比重越來越大[1]。本文結(jié)合工程實例，介紹了靠近運營地鐵的大面積基坑的分區(qū)、支護型式、施工措施等，可供類似工程參考。

1 工程概況

上海普陀區(qū)真如社區(qū)W060802單元E03-03地塊位于上海市普陀區(qū)真如副中心，總用地面積約為41862m2，總建筑面積約429890m2，地上建筑面積約3305650m2，地下3-4層，地下建筑面積約124239.44m2。本工程北至銅川路，南至南鄭路，西至曹楊路，東至真華南路，西側(cè)緊鄰軌道交通11號線，場地中部被軌道交通14號線穿過，為集購物中心、文化、商務(wù)辦公樓、地鐵接駁為一體的大型商業(yè)綜合體，包含T1和T2塔樓超高層辦公樓、裙房購物中心以及地下室。其中T1建筑面積為10.8萬m2，地上共47層，建筑高度為230m；T2建筑面積為7.7萬m2，地上共39層，建筑高度為200m；裙房購物中心建筑面積為8.8萬m2，地上共5層，建筑高度為41.5m；地下室總建筑面積為12.5萬m2，其中商業(yè)建筑面積為2.8萬m2，地下車庫和設(shè)備用房建筑面積為9.7萬m2，地下室共3層（局部4層），埋深16.5m。圖1為上海普陀區(qū)真如社區(qū)W060802單元E03-03地塊鳥瞰圖，圖中左側(cè)為東面。

圖1 上海普陀區(qū)真如社區(qū)W060802單元E03-03地塊鳥瞰圖

根據(jù)主體設(shè)計，基坑開挖深度最深為17.9m，地鐵14號線埋深14.8-15.3m，穿過地塊中間，地鐵11號線緊鄰地塊西側(cè)，地塊東側(cè)靠近綜合管廊，埋深約2-5m，地塊西南角有220kV高壓線路，最近距離8m，地塊西北角有天燃氣、電力、暖氣管道。

2 地質(zhì)情況

根據(jù)巖土工程勘察資料，擬建場地地基基礎(chǔ)影響深度范圍內(nèi)的地層屬第四紀全新世～中更新世長江三角洲濱海平原型沉積土層，主要由粘性土、粉性土以及砂土組成。按地基土層的成因類型、空間分布及土性特征，土層自上而下分為13個主要層次。場地地表由于人工活動的影響分布有厚度約1.30-4.20m 左右的第①1 層雜填土；除暗浜區(qū)域外場地淺部沉積有俗稱“硬殼層”的第②層褐黃～灰黃色粉質(zhì)粘土，其下為第③層灰色粘質(zhì)粉土夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、第④層灰色淤泥質(zhì)粘土，該三層土連同第⑤層灰色粘土、第⑥層暗綠～草黃色粉質(zhì)粘土、第⑦1層灰色砂質(zhì)粉土、第⑦2 層灰色粉砂及第⑧1 層灰色粉質(zhì)粘土為本工程基坑開挖主要涉及和影響土層。第⑧2 層灰色砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)粘土，其下為第⑨1 層灰～青灰色粉砂、第⑨2 層灰色粉砂、第⑩層灰色粉質(zhì)粘土、第（11）層灰色砂質(zhì)粉土、第（12）層灰綠色粉質(zhì)粘土夾粉砂，第（13）層灰色粉砂，本次勘察130.33m 范圍內(nèi)未揭穿第（13）層灰色粉砂。土層物理力學性質(zhì)成果如表1所示。

表1 土層物理力學性質(zhì)成果表

3 軌道交通管理規(guī)定

根據(jù)《上海市軌道交通管理條例》（上海市人民代表大會常務(wù)委員會公告第5號）和《上海市地鐵沿線建筑施工保護地鐵》的要求，凡是地鐵沿線一定范圍內(nèi)的建筑施工，均需進行評估對軌道交通設(shè)施產(chǎn)生的影響，并應(yīng)采取相應(yīng)防護措施。本工程處于地鐵隧道外邊線外側(cè)30m軌道交通安全保護區(qū)范圍內(nèi)，所有施工引起地鐵結(jié)構(gòu)設(shè)施絕對沉降和水平位移不大于20mm，地下室防水等級達到一級。

4 基坑圍護總體設(shè)計

4.1 基坑分區(qū)

按照上海市地鐵管理部門要求及上海市建交委的基坑管理條文要求地下車站與隧道外邊線外側(cè)五十米內(nèi)實施分區(qū)開挖[2]。分區(qū)開挖是指將基坑劃分為若干區(qū)域，每個區(qū)域之間設(shè)置地連墻，各區(qū)域獨立設(shè)計、施工，且必須待前一分區(qū)的地下二層頂板澆注完成后，再開挖下一分區(qū)的土方。研究和實踐均表明，分區(qū)開挖對于限制深基坑的“時空效應(yīng)”有非常顯著的作用[3]。這是由于：1）基坑平面尺寸的減小，單次土方卸載減少，開挖的影響范圍減小；2）平面尺寸小，支撐的剛度增大，變形減小；3）從施工角度而言，大基坑劃分為若干小基坑后，工作展開面小，工效提升，因此基坑暴露時間縮短，阻止了圍護體系變形隨土體蠕變的進一步發(fā)展。截至目前，分區(qū)施工被認為是確保深大基坑安全、控制圍護變形及周邊環(huán)境影響最有效的手段[4]。

本項目基坑開挖總面積約 28645m2，基坑分為 11 個區(qū)先后交叉施工，其中 A 區(qū)、C1～C3 區(qū)、C6 區(qū)地下三層，B區(qū)、C4～C5 區(qū)地下四層，D 、E1區(qū)地下二層，E2地下一層。基坑信息匯總?cè)绫?所示。

表2 基坑信息匯總表

地塊基坑臨近地鐵一側(cè)留出15～20m 寬的區(qū)域作為加固緩沖帶后施工，各小分區(qū)沿地鐵方向的長度一般控制在50m左右，面積一般控制在1000m2左右，在小分區(qū)外側(cè)設(shè)置A 、B區(qū)，先進行基坑開挖。A區(qū)因面積太大，設(shè)置中隔墻。在14號地鐵兩側(cè)臨近區(qū)域分別設(shè)置C1～C6區(qū)，為降低基坑施工對軌道交通設(shè)施的影響，每個分區(qū)控制基坑面積在1200m2以內(nèi)，其它按施工進度設(shè)為D、E 區(qū)。基坑圍護分區(qū)如圖2所示。

圖2 基坑圍護分區(qū)示意圖

4.2 各分區(qū)支護體系

本工程采用1m、1.2m 厚地連墻，深度29m～45m，地連墻混凝土設(shè)計強度等級為C35，水下實際澆筑混凝土C40，抗?jié)B等級為P6，地連墻共計222幅，地連墻之間采用十字鋼板接頭和圓形鎖口管柔性接頭。地連墻內(nèi)、外側(cè)采用Ф850@600三軸水泥土攪拌樁進行槽壁加固。

各分區(qū)坑內(nèi)一定深度范圍內(nèi)采用Ф850@600三軸水泥土攪拌樁裙邊加固，搭接250mm，單樁水泥摻量20%，加固體以上土體采用單樁10%低水泥摻量對擾動土體進行補強。坑內(nèi)三軸攪拌樁加固體與地墻成槽加固體間留有400mm空隙，采用Ф800@600三重管高壓旋噴樁填充加固，單樁水泥摻量25%。

C1區(qū)～C6區(qū)地下連續(xù)墻與軌交區(qū)間原有圍護結(jié)構(gòu)空隙處采用5Φ2000MJS旋噴樁止水，樁長20m、45m。基坑圍護平面布置如圖3所示。

圖3 基坑平面布置圖

A、B區(qū)基坑豎向分別設(shè)置4道、3道鋼筋混凝土支撐， C1～C5區(qū)設(shè)置1道鋼筋混凝土支撐，4道帶軸壓自動伺服系統(tǒng)的609鋼管支撐， D、E區(qū)分別設(shè)置2道、1道鋼筋混凝土支撐，圍檁截面1200 ×1000、1000×1000，主撐截面1000×1000，連桿截面800 ×800 ，棧橋梁截面1000×1000、1000×1200，棧橋板厚度300，混凝土強度等級C35。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計與基坑圍護設(shè)計單位對基坑荷載、變形、結(jié)構(gòu)受力復(fù)核后，底板后澆帶處設(shè)置H400×400×13×21型鋼換撐，間距3m。

在樓板缺失處需加設(shè)臨時支撐，設(shè)置在樓板梁處，臨時支撐采用截面700×400鋼筋砼支撐，待地下室全部完成后方可拆除。

5 基坑圍護重、難點分析及對策

5.1 緊鄰運營中地鐵保護

整個場地被地鐵14號線從中貫穿，盾構(gòu)區(qū)間寬度約52.6m，基礎(chǔ)埋深約23～24.2m，比本工程基坑深度深，地鐵保護要求嚴格。

施工順序為：緊鄰地鐵區(qū)域圍護→坑內(nèi)加固→樁基施工，控制攪拌樁提升、下沉速度和MJS/RJP工法樁引孔、提鉆噴漿速度，保證地墻成槽精度、泥漿性能、工藝連續(xù)性作業(yè)、承壓水頭控制，分區(qū)開挖，南北均衡，加強監(jiān)測。

5.2 場地西南側(cè)的高壓線保護

場地西南側(cè)存在一處220kV高壓電力線路，高壓線距離地面高度約32.6m，距離地塊開挖邊線最近約為9m。

施工前核實高壓線位置、走向及高度，合理規(guī)劃施工設(shè)備行進路線，設(shè)置限高架；施工臨近高壓線區(qū)域時，保證設(shè)備位置位于高壓線水平安全距離內(nèi)；高壓線下禁止大型車輛停留，在施工現(xiàn)場高壓線路地平面投影線處設(shè)置明顯的標志牌及限位器；不得在架空高壓線正下方搭設(shè)作業(yè)棚、生活設(shè)施或堆放架具、材料等；配備專職人員指揮大型施工機械轉(zhuǎn)場，配備足夠的干粉滅火器。

5.3 北側(cè)古樹保護

基坑北側(cè)有一古樹，距離E1區(qū)開挖邊線約30.78m，距離B區(qū)開挖邊線約30.94m，根據(jù)現(xiàn)場條件，采用柵欄隔離，協(xié)同園林管理部門共同保護，臨近區(qū)施工時，控制施工速率和設(shè)備施工角度。

5.4 南鄭路綜合管廊保護

地塊南側(cè)規(guī)劃南鄭路，下設(shè)綜合管廊，埋深約2.3～5.6m，采用單艙結(jié)構(gòu)，截面尺寸3.3×3.35m，內(nèi)含通信、電力、給水公用管線。

施工前摸清地下綜合管廊位置、埋深及結(jié)構(gòu)形式，基坑圍護及土方開挖采用合理分區(qū)施工，控制槽壁加固施工工藝參數(shù)、接縫處RJP及MJS施工質(zhì)量和降水，加強監(jiān)測。

5.5 地連墻轉(zhuǎn)角幅多，施工難度大

地連墻轉(zhuǎn)角幅多，異型槽段施工精度、鋼筋制作與安裝要求高。

大鈍角幅段導(dǎo)墻采用“蝴蝶結(jié)”形式，成槽渣土及時清場，及時安裝鋼筋籠、灌注砼，減少空槽時間，鋼筋籠吊裝時配備更多的輔助措施材料與人、機設(shè)備協(xié)同配合，及時安裝就位鋼筋籠體與進行混凝土澆筑工作，避免空槽時間過長及影響槽段質(zhì)量和后續(xù)工序銜接。

5.6 地下水位條件復(fù)雜

基坑開挖深度約17.3～19.0m ， 場地存在第⑦層承壓水，最淺埋深約27.46m。當基坑開挖至13.2m時，坑內(nèi)地基土第⑦層承壓水穩(wěn)定性處于臨界狀態(tài)，外圍采用1m厚45m深地連墻，墻趾進入第⑧1層隔水層，隔斷了坑內(nèi)外第⑦層承壓水水力聯(lián)系，基坑開挖過程中僅需要針對第⑦層進行疏干泄壓。

布設(shè)坑內(nèi)外潛水水位觀測井和周邊管線、道路、建筑物等設(shè)施的沉降監(jiān)測點。各分區(qū)基坑地連墻及止水帷幕封閉后，在開挖前需進行潛水降水及預(yù)降壓試驗，以驗證地連墻及止水帷幕施工質(zhì)量及止水性能。如坑外潛水水位及承壓水位出現(xiàn)異常下降，則采取地連墻防漏措施，再進行試驗，驗證地連墻止水滿足設(shè)計要求后方可開挖基坑。當潛水降水和預(yù)降壓試驗結(jié)果很不理想時，則在基坑外圍布置必要的潛水及承壓水回灌井，以控制坑內(nèi)降水對周邊環(huán)境不利影響。回灌井設(shè)置在外圍地墻與用地紅線間，潛水回灌井和承壓水回灌井間距10m。基坑開挖過程中，坑外潛水水位下降1.0m時，啟動對應(yīng)范圍內(nèi)的潛水回灌井；坑外承壓水位下降2.0m時，啟動對應(yīng)范圍內(nèi)的承壓水回灌井，水位回灌至初始水位后方可暫停。

各分區(qū)底板完成后需保留部分降壓井，留作后續(xù)基坑開挖及中隔墻鑿除的應(yīng)急搶險設(shè)施，待中隔墻鑿除并連接兩側(cè)底板后，方可封井。

5.7 RJP、MJS的質(zhì)量保證措施

地連墻接縫處采用1500大直徑RJP高壓旋噴樁進行補強止水， 施工有效范圍為-27.60～-50.10m，與地塊軌交區(qū)地下保護設(shè)施原地連墻處采用2000大直徑MJS高壓旋噴樁止水，樁深45m，施工范圍內(nèi)的RJP、MJS主要需穿透⑦層砂層。

采用垂直度較好，鉆進能力較大的工程鉆機進行引孔，確保其垂直度和有效的引孔直徑。RJP 、MJS須待周邊地連墻施工結(jié)束并達到設(shè)計要求強度方可施工。施工前進行2根RJP、MJS高壓旋噴樁非原位試樁，以確定實際用的水泥摻量、水泥漿液水灰比、鉆機下沉與提升速度等施工參數(shù)和步驟，并根據(jù)試樁過程中出現(xiàn)的問題進行調(diào)整。

5.8 工序復(fù)雜、工期緊、工作量大、分區(qū)較多，施工相互制約

施工工序有三軸攪拌樁、地連墻、鉆孔灌注樁、高壓旋噴樁、MJS、RJP、管井、壓密注漿等，施工期間相互干擾大。本項目為深大基坑，鄰近地鐵車站、區(qū)間隧道、高壓輸電塔，為確保基坑、地鐵公共設(shè)施及周邊環(huán)境安全，合理利用場地，與樁基施工單位協(xié)調(diào)施工順序及場地交付，合理組織施工流程和選擇機械設(shè)備，以便合理銜接施工。

6 結(jié)語

基坑圍護屬于臨時性設(shè)施，在施工期間應(yīng)確保基坑自身安全和減少對周邊環(huán)境影響。本文通過工程實例，總結(jié)了緊靠地鐵大面積深基坑圍護的施工方法和措施：1）在靠近地鐵保護區(qū)內(nèi)的基坑應(yīng)采用分區(qū)及對稱開挖；2）在地鐵保護區(qū)范圍內(nèi)及周邊環(huán)境較差情況下，盡可能采用多種施工措施保護地鐵運行線路安全，同時方便施工，加快工期。