復雜環境下地鐵車站超深基坑的部分逆作法施工

張 敏

上海建工二建集團有限公司 上海 200080

在城市核心區進行地鐵車站基坑開挖施工時，其周邊環境地面建筑密集、車輛往來頻繁、地下管線錯綜復雜，對基坑開挖的變形保護要求極高，而且工期往往極為緊張。對于這類工程，有時采用單純的順作法或逆作法可能均難以同時滿足技術、工期及環境保護等多方面的要求。此時，如果采用部分逆作法施工技術，對順作、逆作區域進行合理劃分，充分結合順作法與逆作法各自的優勢，則往往可以取長補短，達到順利實現工程建設目標的效果[1-8]。

本文以上海市軌道交通12號線漕寶路站基坑工程為研究背景，針對復雜環境條件下地鐵車站超深基坑的部分逆作法施工技術開展探索研究，為今后類似工程提供可借鑒的技術經驗。

1 工程概況

1.1 工程簡介

上海市軌道交通12號線漕寶路站工程位于漕寶路北側地塊和道路接合部地下，沿漕寶路呈東西走向（圖1）。漕寶路站為地下4層島式站臺車站，車站地下1層為預留商業開發，地下2層為站廳層，地下3層為設備層，地下4層為站臺層。車站主體長約150.0 m，標準段寬約22.8 m，開挖深度為28.2～28.5 m。西端端頭井的開挖深度為30.1 m，東端端頭井的開挖深度為30.4 m。作為市政重點項目，本項目工期進度要求極為嚴格。

圖1 軌交12號線漕寶路站地理位置

1.2 地質條件

本工程場地屬第四系河口、濱海、淺海、沼澤、溺谷相沉積層，主要由飽和黏性土、粉性土、砂土組成。地基土可劃分為7個主要層次，其中①層分為2個亞層，③層局部地段分布有③夾層黏質粉土，⑤層可分為3個亞層，⑤3-3層下部可分出⑤3夾層砂質粉土夾粉質黏土。

本工程場地地下水類型有淺部土層中的潛水、⑤2層中的微承壓水，以及深部土層（⑤3-3層—⑨層）中的承壓水。據勘探揭示，微承壓水與其下的承壓水互相連通。

2 工程難點分析

2.1 周邊環境復雜

本工程北側地塊原為上海地毯總廠、上海玉石雕刻廠等；南側地塊為上海市第八人民醫院、漕寶路污水泵站、上海銀行等，西南側為和信商務大樓、和誠商務大樓；車站東側區間跨滬閔路下穿既有軌交1號線漕寶路車站，漕溪路上有滬閔高架路穿過。車站附近道路以漕寶路和漕溪路為主，漕溪路中為寬7 m綠化帶，沿路上方為滬閔高架路，車流、人流量均較大。

2.2 地下管線眾多

本工程周邊地塊下方管線眾多，且年代較為久遠，對于基坑開挖產生的土體變形極為敏感。管線翻交后，離車站地下連續墻最近的管線為車站主體南側1根1 200 mm直徑合流污水管，距離基坑僅4.5 m，為閔行、徐匯兩區污水輸送主干管線，日污水流量10萬 m3。該管線為混凝土承插管，鋪設于20世紀80年代，保護要求極高。此外，距離基坑1倍開挖深度范圍內還存在雨水、煤氣、給水等諸多管線。

2.3 地下承壓水對基坑開挖安全影響大

本工程范圍內分布有⑤2層微承壓水層、⑤3-3層承壓含水層及⑦2層承壓含水層，有潛在的基坑底部突涌風險。此外，本工程基坑開挖深度較深，已進入⑤2層微承壓水層。當基坑開挖至接近坑底時，坑內⑤2層水頭降深與坑外水頭高差極大，有可能產生流砂等危害。

3 支護方案選擇及優化

3.1 部分逆作方案確定

本工程基坑深度較深，若采用傳統順作法，則基坑變形難以控制。特別是離車站地下連續墻僅4.5 m的直徑1 200 mm合流污水管為混凝土承插管，鋪設于20世紀80年代，變形保護相求極高。順作開挖極有可能造成該合流污水管的損壞。

因此，綜合考慮工期、造價、保護要求等因素后，決定采用部分逆作法施工，并將逆作界面層選在與污水管標高接近的B2層。

沿基坑深度共設置9道支撐，9道支撐中心軸線分別位于地面以下5.3、8.2、11.8、13.6、17.6、19.6、23.8、26.2 m處。首道支撐為混凝土支撐，第2、3、6、8道于8—12軸間為混凝土支撐，其他均為鋼支撐。第5、7道即為地下2層和地下3層逆作板撐。此外在逆作法施工板下各增加1道臨時鋼支撐。

3.2 支撐位置優化及取土口布置

若按常規方式布置支撐，本項目混凝土支撐間距為8 m，鋼管支撐間距為3 m，間距模數的不匹配給取土帶來了極大的不便。此外，由于本項目采用部分逆作法施工，逆作界面層下的取土需通過取土口完成，取土點的布設難度更加突出。

為避免上述問題，本項目對支撐間距進行了微調，并對圍檁進行了放大增強，從而實現了混凝土支撐、鋼支撐以及逆作取土口的位置統一，確保了挖土效率。

4 部分逆作關鍵施工技術研究

4.1 部分逆作法施工工序

樁基施工→地下連續墻施工→開挖地下1層和地下2層土方至設計標高→施工混凝土支撐及鋼支撐（隨挖隨撐）→施工B2逆作板→暗挖地下3層土方至設計標高→施工B3逆作板→暗挖地下4層土方至設計標高→施工大底板→施工地下4層逆作墻、柱→施工地下3層逆作墻、柱→施工地下2層墻、柱及B1板→施工地下1層墻、柱及頂板→主體結構完成

4.2 地下連續墻施工

為加強基坑開挖安全性，降低圍護地下連續墻接頭滲漏水風險，設計決定南側地下連續墻采取接縫止水措施。通過分析研究，最終采取了地面至地面下18 m范圍內采用三軸水泥土攪拌樁加固，接縫處地面下17 m至地面下35 m范圍內采用3根直徑1 000 mm的三重管高壓旋噴樁止水加固的方案，可在地下連續墻成槽過程中對槽壁起到有效保護作用，避免對污水管造成影響。

此外，本工程地下連續墻最深達56 m，成槽機選擇至關重要。普通型號的成槽機難以適應超深地下連續墻地下區域土質較硬，難以順利成槽。為確保施工效果，本項目在上海首次引進了德國進口的利勃海爾HS885型成槽機，擺脫以往“兩鉆一抓，抓銑結合”的復雜工藝，可直接垂直取土。

4.3 土方開挖及支撐施工

本工程支撐形式復雜，除首道支撐為混凝土支撐外，8—12軸間還設置4道混凝土支撐。挖土進度安排不僅需要考慮B2、B3逆作板撐下出土量，還需要考慮混凝土支撐的養護時間，施工難度較高。經研究論證，最終確定了如下方案。

4.3.1 車站端頭井

首先施工標準段的2根對撐，再開挖斜撐范圍內的土方，最后挖除其余土方。斜撐范圍內的土方，應從基坑角點沿垂直于斜撐方向向基坑內地開挖，確保分層、分段、限時并及時架設支撐。對長度大于20 m的斜撐，應先挖中間再挖兩端。

4.3.2 車站主體

第2道支撐首先施工8—12軸間混凝土支撐，再向兩端開挖，安裝鋼支撐。而第3道支撐施工時，由于第2道8—12軸間混凝土支撐因在養護期，因此需要利用時間差，采用由兩端向中間開挖的方式挖土，確保第2道混凝土支撐完成養護后開挖其下部土方。第4道支撐由兩端向中間開挖。

逆作B2、B3板采用短排架施工。由于土挖深度較深，故在開挖面以上800 mm處架設1道臨時鋼支撐，以確保基坑穩定性不受影響。板下采用分層分塊開挖。大底板由兩端向中間挖土施工。

4.4 基坑降水

對現場降水詳勘報告進行分析，⑤2、⑤3-3、⑦2層三者間存在明顯的水力聯系，因基坑開挖深度深，受到⑦2層承壓水影響，如何處理⑦2層降水問題是本工程降水成功與否的關鍵。本項目降水主要有如下難點：

1）在基坑開挖至⑤2層頂的過程中，針對⑤2微承壓水的基坑降水將按先降壓后疏干模式進行。如采用普通管井則必須加長濾管或加密布置管井。由于⑤2層下部為滲透系數更大的含水層，地下連續墻深度有限，如加長濾管，坑外水位必然受到較大影響。而縮短井間距，必然造成井數量過多，導致施工不便及過多的成本支出。

2）地下連續墻位于⑤3夾層，該層垂向滲透系數較大，因此若對該層降水時，繞流效應明顯，必然對坑外水位產生較大影響。

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3）⑦2層和⑤3-3、⑤3夾層的水位恢復速度快，對基坑安全存在一定隱患。

4）周邊環境復雜，特別是存在運營中的地鐵站，環境保護與變形控制要求極高。

經過分析研究，最終形成了以下符合本工程復雜情況下的降水方案：

1）考慮到若將濾管插入微承壓含水層，必將存在先降微承壓水后降潛水的問題，且對環境的影響很大，因此下部土體疏干由微承壓井控制。疏干井深度不進入基坑底開挖面，避免觸碰微承壓水。

2）坑內微承壓降水采取先減壓后疏干形式進行。因地下連續墻對坑內外⑤2層微承壓水有較好的阻隔作用，減壓效果與疏干效果都較好，因此可顯著縮短降壓井開啟時間，降低對坑外水位的影響，確保對周邊環境的保護效果。

3）由于本工程圍護未隔斷承壓含水層，為控制基坑降水施工對周邊環境的影響，在后期⑦2層降壓井正式降水時應加快施工進度，防止基坑裸露時間及降水時間過長。

4.5 結構施工

4.5.1 逆作法柱節點施工技術

在柱結構施工時，針對逆作板上下柱截面變化的特點，分別在板梁上下留出一定距離插筋，從而解決了接駁器留置歪斜而無法使用的弊端，增加了接駁器方向變化余量，方便后續結構回筑施工。向下插筋模板按照設計鋼筋綁扎要求位置開洞，上下插筋均采用接駁器連接。結構板內柱四角預埋直徑150 mm的PVC螺紋管。

此外，逆作板施工完畢至全部結構完成時間一般較長，因此對逆作板插筋的質量控制及保護極為重要。本工程全部逆作板插筋均使用水泥漿涂刷保護。

4.5.2 逆作法墻節點施工技術

在逆作板與圍護地下連續墻連接節點處內襯墻上下設置水平施工縫，沿施工縫預埋連續封閉鋼板止水帶。內襯墻向上插筋采用焊接方式連接，長度滿足設計規范錯開及搭接長度要求。內襯墻向下插筋采用直螺紋鋼套管機械連接方式。

逆作結構板內沿內襯墻方向每隔1 500 mm設置直徑150 mm的PVC螺紋管澆筑口，用于澆筑下層結構內襯墻混凝土。鋼板止水帶內側預埋直徑50 mm的PVC注漿管，間隔2 000 mm距離設置。在逆作板下內襯墻施工時，注漿管一方面作為出氣孔，導引混凝土盡量充填止水鋼板內側空間，另一方面在內襯墻施工完畢后作為灌漿孔。內襯墻模板拆除前，使用水泥砂漿灌漿料填充注漿孔，有效保證了逆作法施工縫的密實度。

4.5.3 熱風道先做工藝

傳統方法一般是在板下預留熱風道側墻的倒插筋，待結構完成后再行施工。但本工程采用了熱風道先做工藝，即在結構板施工前先行完成熱風道，避免了二次支模、澆筑的煩瑣工序，同時可有效提高施工質量。

4.6 通風及照明措施

本工程采用逆作法施工，需考慮地下結構施工時的通風問題。經過系統分析，結合逆作板下施工實際安排，合理布置通風系統，配置4臺11 kW混流風機對基坑內空氣進行置換，保證了逆作板下通風流暢。

地下照明采用白熾燈，在施工完成B2板、拆除模板排架后即安裝逆作板下臨時照明設施。照明線路水平向通過在樓板中預埋角鋼掛設管路，豎向利用固定在立柱上的預埋管。在下層土方開挖時，燈具隨著挖土方向及時跟進安裝。

5 實施效果

本工程車站主體結構于2013年4月份順利完成，施工過程中基坑圍護變形和周邊環境沉降均較為穩定，最終控制效果也較為理想。地下連續墻變形約為70 mm，滬閔高架路累計沉降5 mm，污水泵站房屋差異沉降在0.2%以內。地表、管線沉降最大值未超過80 mm，且為均勻沉降，管線正常使用功能均未受到影響。

6 結語

本文以上海市地鐵軌道交通12號線漕寶路站基坑工程為研究背景，對復雜環境下地鐵車站超深基坑的部分逆作法施工技術開展了研究。研究結果表明，部分逆作法充分結合了順作法與逆作法各自的優勢，在節約工期、控制周邊環境變形方面表現出了獨特的優勢，可以作為復雜環境下地鐵車站超深基坑施工的優選方法。本研究為今后類似工程提供了可借鑒的技術經驗。