軟土地段鄰近營業線大面積深基坑施工關鍵技術

張本章 中國鐵路上海局集團有限公司上海上鐵建筑工程（集團）有限公司

1 概況與難點

1.1 工程概況

張涇河南延伸整治工程為上海市重大工程，新建河道全長2.15 km，河口寬度50 m，主要承擔防洪排澇任務。下穿鐵路段作為整個張涇河南延伸整治工程的“咽喉”，建設標準高、工期要求緊、施工任務重、修建難度大、單位造價高。張涇河南延伸河道在金山鐵路支線金山衛站至金山衛西站間穿越，鐵路下河道由四孔凈寬11 m、凈高6.6 m 的分離式箱涵組成，箱涵長10 m，兩端分別連接6 m長U型槽一段。四孔箱涵采用在金山鐵路南側開挖頂進工作坑，在基坑內先預制再頂進就位的方法施工。

1.2 基坑概況

本工程頂進工作坑東西向長54 m、南北向由于受河道與鐵路斜交影響寬度從38 m～42 m 不等。平均開挖深度8.6 m，最深處達9.6 m。根據設計方案基坑東西兩側采用雙排φ 1.5 m鉆孔灌注樁加高壓旋噴樁止水帷幕，北側（鐵路側）為單排φ1.5 m 鉆孔灌注樁加攪拌樁止水帷幕，南側為單排φ1.8 m鉆孔灌注樁加高壓旋噴樁止水帷幕。基坑頂部設1.0 m×0.8 m 鋼筋混凝土支撐，頂支撐以下4 m 設20 道630 鋼管支撐及14道角撐（見圖1）。

圖1 內支撐平面布置圖

1.3 工程難點

（1）周邊環境復雜

本工程基坑北側8 m處為正常運營的金山鐵路，東側6 m為養路工區圍墻，西側15 m為石化治安派出所一幢的三層辦公樓，南側35 m 處為滬杭公路。基坑周邊環境十分復雜，特別是金山鐵路和石化派出所辦公樓均為重要敏感建筑，對基坑周邊變形和沉降的要求十分苛刻。這對基坑的支護和開挖施工提出了更高的要求。

（2）支撐密集施工難度大

由于基坑內外部環境十分復雜，加上基坑面積達2 000 m2、開挖深度超8 m，設計方案采用30根鋼格構柱支撐兩道縱橫向水平支撐和五排剪刀撐進行加固，基坑挖土的作業空間十分有限，在挖土作業過程中要嚴格防止機械碰撞格構柱和支撐，基坑開挖的功效低、施工難度和安全風險極高。

（3）所在區域地質條件差

本工程基坑位于杭州灣北側、長江三角洲下游上海湖沼平原Ⅰ2區，基坑及基地范圍內廣泛分布有大量淤泥質黏土，地基承載力不足60 kPa，屬于特別軟弱地基，場地地勢總體相對低洼，地表水難以及時排除。地下水位豐富、平均埋深僅0.5 m。基坑止水及開挖穩定控制難度非常大。

2 深基坑施工關鍵技術

2.1 圍護結構

基坑圍護結構主要包括鉆孔圍護樁和止水帷幕兩部分。綜合考慮基坑的周邊環境及地質水文條件，采用先施工止水帷幕，待止水帷幕形成一定強度后再施工鉆孔灌注樁的方案，以充分保證止水帷幕的有效性。鉆孔樁施工時在樁長的基坑深度范圍內埋設鋼護筒，采用旋挖鉆孔、泥漿護壁、水下混凝土灌注的施工工藝。高壓旋噴樁、水泥攪拌樁施工要做到全要素全過程嚴格控制。對施工作業人員進行教育培訓和安全技術交底，對施工機械進行查驗、確保狀態良好，采用優質的海螺牌普通硅酸鹽水泥，在使用前進行復測、確認合格。混凝土灌注樁施工技術有兩個關鍵：一是合理鉆孔，鉆孔前需要根據圖紙對樁位進行精準定位，并合理安排孔洞間距，相鄰鉆孔位置嚴格按照大于2 倍樁徑來控制（淤泥質土層，嚴防塌孔、串孔），確保樁位完全正確之后，才能正式開鉆；二是施工人員的專業素質。混凝土灌注樁的施工需要非常專業的技能操作才能實現整體施工的安全性和穩定性。尤其是在清孔、鋼筋籠吊放、焊接、水下混凝土灌注等關鍵工序特別需要施工作業人員的專業素養和責任心，孔深、孔徑要符合設計要求嚴格按照三檢制進行復核，鋼筋籠焊接要到位，水下混凝土灌注保證導管埋深在2 m～8 m 內。只有這樣才能保證基坑支護結構的穩固性和整體有效性，保證基坑安全穩定、保證基坑周邊各類復雜的建筑物、構筑物安全穩定。

2.2 支撐結構

本工程基坑共設兩道內支撐結構。第一道支撐為鋼筋混凝土結構支撐，在圍護結構施工完成后施作。第一道支撐達到設計強度后進行基坑土方開挖，開挖至低于第二道支撐1.0 m 時安裝雙拼工字鋼圍檁及第二道鋼管支撐。繼續開挖土方至基坑設計標高，澆筑50 cm 厚鋼筋混凝土滑床板封底。滑床板混凝土達到設計強度后拆除第二道鋼管支撐開始箱涵預制施工。本工程設計箱涵頂標高高于地面且需要在保留基坑第一道鋼筋混凝土支撐的工況下預制箱涵。為保證基坑內箱涵預制有足夠的空間，本工程采用將基坑四周本來2 m 高的圈梁加高至4.6 m，然后在加高梁和已設置的30根格構柱上施工第一道鋼筋混凝土支撐的方案。考慮到基坑支撐受力主要是南北向，鋼筋混凝土支撐施工時自西向東分成①②③三個部分進行施工，所有施工縫避開南北向支撐，以確保鐵路路基安全穩定（如圖2）。

圖2 鐵路路基情況

待鋼筋混凝土支撐強度達到設計值后進行基坑第一層土方開挖。開挖至0.5 m 高（低于第二道鋼管支撐1 m）后在基坑圍護鉆孔灌注樁上設置牛腿和雙拼H40 工字鋼圍檁、在五排格構柱上分別設置兩道H40型鋼橫梁，安裝16道角撐和20 道南北向的630 鋼管對撐。支撐由長度3 m、5 m 兩種類型的鋼管用法蘭拼裝而成。單根支撐安裝完成后臨時用伸縮頭將兩側圍檁頂緊。全部鋼管角撐、對撐安裝完成后統一施加預應力。每道角撐施加軸力按照220 kN 控制、對撐240 kN。

2.3 土方開挖施工技術

頂進工作坑按照“分層開挖，先撐后挖”及“大基坑，小開挖”的原則。挖土過程中嚴禁挖機碰撞支撐、圈梁及格構柱。在第二層土方開挖過程中挖機及卡車在越過支撐時必須用土上下墊實并鋪設鋼板，保證支撐不受彎。每層土方開挖前要保證將地下水降到本層開挖面以下0.5 m～1.0 m。根據基坑尺寸和形狀以及現場的實際情況，基坑開挖依次從北至南，分四層逐步開挖：

第一層：第一次挖土至冠梁、支撐梁底墊層處并找平；（已經施工完成）

第二層：待鋼筋混凝土支撐達到設計強度C30后，從后靠北側修筑兩條便道（便道與支撐頂保持60 cm 安全距離并鋪設鋼板）至基坑北部，分別由兩臺130 型挖機配合兩臺200 型挖機，從北向南挖土，土從便道裝車向后靠背方向外運，第二層土方開挖至能安裝第二道鋼管支撐處（標高0.5 m)，開挖深度4.7 m；第二層土方開挖詳見圖3。

圖3 頂進工作坑第二層土方開挖示意圖

第三層：先利用第二道支撐東西兩側的間隙挖土，然后由4 臺130 型挖機分別從第二道支撐底部向東西兩側翻土，兩臺200 型挖機在基坑底部鋼管支撐東西側間隙處配合，兩臺360型挖機在基坑頂部東西兩側將坑內土方垂直運輸至坑頂并裝車，第三層土方開挖至-3.2 m，開挖深度3.7 m。開挖過程中嚴禁挖機碰撞支撐、格構柱，同時做好對降水井的保護。第三層土方開挖詳見附圖4。

圖4 頂進工作坑第三層土方開挖示意圖

第四層：人工找平開挖至-3.4 m,由挖機配合開挖至基坑設計標高。

在基坑開挖過程中安排工程技術人員密切關注基坑頂部位移、鐵路等周邊敏感建筑物位移、全部支撐軸力、地下水位等參數的變化情況，均未發現任何異常。

3 結論

張涇河項目深基坑工程通過認真分析工程難點，準確把握和應用一系列關鍵施工技術，截止箱涵預制頂進完成、河道鋪砌完成，坑頂位移、地表沉降等各項監測指標均在設計允許范圍內，未產生任何報警，基坑及周邊環境整體安全穩定，取得了預期效果。但不同的工程其地質條件及周邊環境都存在著很大的差異，施工技術也會有很大不同。隨著人們對美好生活需求的不斷提高，施工過程中遇到各項問題也更加突出。工程技術人員要針對這些問題，結合具體設計方案和基本力學理論制定科學可行的解決對策，使深基坑施工技術得到更高層次的發展，最大程度避免深基坑施工出現安全質量問題，使工程經濟效益及社會效益得到更大提升。