高密度建筑保護區(qū)施工超深基坑的技術(shù)對策

1、高密度建筑保護區(qū)施工超深基坑的技術(shù)對策摘要：上海軌道交通7 號線常熟路站周邊需保護建（構(gòu)）筑物密集，介紹了該工程主體基坑圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計方案及針對周邊建（構(gòu)）筑物所采取的一系列保護措施，包括兩層中板逆作的“兩明兩暗”施工方法、首道采用混凝土支撐兼作臨時路面體系橫梁、地墻分小幅、南端頭井增設(shè)封堵墻并提前進行出洞土體加固、在第四道支撐下增加旋噴抽條加固、加大地下墻的入土深度以減小降承壓水施工時對周邊環(huán)境的影響。以上綜合處理措施通過施工實戲證明了其有效性，保證了周邊建筑物的安全及1 號線區(qū)間隧道的正常運營，對今后類似工程具有一定參考價值。關(guān)鍵詞：地鐵車站；深基坑；建（構(gòu)）筑物；保護措施；土體加固摘自：地

2、下工程與隧道2008年第1期近年來，上海軌道交通網(wǎng)絡(luò)不斷密集，不少車站修建在城市繁華地段，周邊環(huán)境條件復(fù)雜。上海軌道交通7 號線常熟路站周邊既鄰貼歷史保護建筑、多層民宅，又有近距離已經(jīng)運營的地鐵線路，具有典型的代表性，其設(shè)計與施工對今后類似工程有借鑒作用。1 工程概況7 號線常熟路站位于上海市區(qū)繁華的淮海中路與常熟路交叉口北側(cè)，北段位于常熟路下，南段位于擬拆遷的上海市衛(wèi)生防疫站內(nèi)。車站為地下三層島式車站，站主體為雙柱三跨箱形框架結(jié)構(gòu)。車站結(jié)構(gòu)長155.2m ，標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)寬20.8m ，站臺寬度12 m ；站臺中心處頂板覆土厚度4.52m ，標(biāo)準(zhǔn)段基坑開挖深度約24.1m ，端頭井基坑開挖深度約

3、26m 。車站主體南端距離目前正在運營的1號線區(qū)間隧道13 . 818 . 6m ；車站周圍建筑物密集，近距離有保護建筑3處、保留建筑1處、影響建筑3處。車站主體東側(cè)距離賽華公寓（保護建筑，地面8層，框架結(jié)構(gòu)，1928年建）最近約3 . 6m ；距離淮海大樓（保護建筑，地面6層，無地下室，柱下獨立木樁基礎(chǔ)，1936年建）最近約10.8m ；在賽華公寓與淮海大樓之間，尚有一座3層別墅，建于20 世紀20 年代，與車站最近距離約16.2m 。 車站主體西側(cè)距離外貿(mào)局工藝品公司常熟路住宅（地面4 層，條形基礎(chǔ)，1962 年建）最近約4m ；距離中波海運公司職工住宅三號樓和二號樓（地面6 層，條形基礎(chǔ)

4、，1981 年建）最近分別約3 . 3m 和9 . 6 m ；距離上海市疾病預(yù)防控制中心三號樓（原劉公館，保留建筑，地面3 層，條形基礎(chǔ)）最近約14.2m 。7 號線常熟路站總圖如圖1 所示。圖1 7號線常熟路站總圖2 地質(zhì)情況擬建場區(qū)為古河道沉積區(qū)，缺失層硬土，沉積有厚層的溺谷相3、4層，土層自上至下可劃分為8大層12小層及一個夾層，其中除層為近代人工堆填外，層皆為全新Q4沉積層，層為上更新世Q3 沉積層，場區(qū)土層分布基本均勻。車站主體除南端頭井底板坐落在3層外，其余底板均坐落在1層。車站場地土情況見表1 。地下水有淺部薪性土中的潛水，部分地區(qū)淺部粉性土層中的微承壓水和深部粉性土、砂土層中的

5、承壓水。根據(jù)地質(zhì)報告，設(shè)計時潛水水位采用上海市年平均水位埋深0.5m ，場區(qū)分布的層黃綠色粉砂層為第一承壓含水層。本場地進行了兩個承壓水測試試驗，測得的承壓水頭埋深分別為為10.2m （標(biāo)高7.8m ）和9 . 5m （標(biāo)高6 . 58m ）。3 車站主體圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計方案常熟路現(xiàn)狀道路寬度為14m ，雙向4車道，地面交通十分繁忙。根據(jù)業(yè)主提供的由市交警部門確定的車站施工期間地面交通組織要求，常熟路需保留雙向4 車道通行能力。根據(jù)交通疏解方案及施工場地需要，常熟路站施工可在蓋挖逆作及蓋挖順作這兩種方法中進行比選，兩者的比較見表2 。常熟路站周圍近距離需保護建筑密集，且建筑年代已久，結(jié)構(gòu)條件較差，

6、適應(yīng)不均勻沉降的能力很差。因此，對基坑變形的要求非常高；且車站南端頭井離運營中的1 號線較近，對其保護要求也較高。綜合考慮施工進度、變形控制及永久結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，常熟路站主體結(jié)構(gòu)的施工應(yīng)綜合蓋挖逆作法與蓋挖順作法的優(yōu)點，確定采用蓋挖順作的“兩明兩暗”施工方法，即兩層中板逆作，底板、頂板順作，利用車站結(jié)構(gòu)的樓梯孔及電纜井作為施工期間的吊裝孔及出土孔。這樣既保證了基坑變形要求，又在一定程度上加快了施工進度，且避免因頂板逆作產(chǎn)生縱向施工縫，從而保證了車站頂板的施工質(zhì)量。對于蓋挖的臨時路面體系，經(jīng)過綜合比選，采用了具有一定模數(shù)可以重復(fù)利用的鋼蓋板臨時路面體系。根據(jù)常熟路站周邊環(huán)境的具體情況，確定車站基坑保

7、護等級為一級。標(biāo)準(zhǔn)段基坑開挖深度約24 . 1 m ，端頭井基坑開挖深度約26m ，均采用1000 厚地下連續(xù)墻作為圍護墻，首道支撐采用混凝土支撐兼作鋼蓋板臨時路面體系橫梁。標(biāo)準(zhǔn)段圍護結(jié)構(gòu)橫剖面圖及施工工序如圖2 所示。沿基坑深度方向除首道混凝土支撐外，另有七道鋼支撐，兩層中板逆作，相當(dāng)于又增加了兩道鋼筋混凝土支撐。根據(jù)施工過程和使用期間分階段進行結(jié)構(gòu)內(nèi)力計算。對于標(biāo)準(zhǔn)段沿車站縱向取單位長度按支撐在彈性地基梁上的平面框架進行內(nèi)力和變形分析，地層對地墻的作用采用一系列彈簧進行模擬，采用“增量法”原理，結(jié)構(gòu)計算模擬實際的施工順序后對不同工況內(nèi)力和變形進行綜合包絡(luò)。地下墻在基坑開挖施工過程中的變形及

8、內(nèi)力包絡(luò)圖如圖3 所示。圖2 標(biāo)準(zhǔn)段圍護結(jié)構(gòu)橫剖面圖及施工工序（mm）圖3 標(biāo)準(zhǔn)段圍護結(jié)構(gòu)變形及彎矩包絡(luò)圖4 對臨近建（構(gòu)）筑物的保護措施4 . 1 改進臨時路面體系鋼蓋板臨時路面體系在日本應(yīng)用的較為成熟，一般以橫梁為主梁，縱梁為次梁，均采用型鋼結(jié)構(gòu)。鑒于常熟路站在基坑兩側(cè)保護建筑多且距離較近的情況，本站采用了一種改進的縱橫梁體系方案，即鋼蓋板直接支承于縱梁上，縱梁為次梁，橫梁為主梁；縱梁采用鋼梁，橫梁采用混凝土梁兼作首道混凝土支撐。其優(yōu)點是對保護環(huán)境、減小基坑位移較為有利，且在采用剛度較大的混凝土橫梁的同時，承受路面動荷載及地層壓力，結(jié)構(gòu)受力較為可靠。鋼蓋板臨時路面橫剖布置圖見圖4 。圖4

9、臨時路面體系橫剖布置（mm）4 . 2 地墻分小幅本站北端頭井東西兩側(cè)距離賽華公寓及兩幢多層住宅距離僅34m 。為了減少該處地墻成槽期間對周邊環(huán)境的影響，設(shè)計中對該部分地墻的分幅寬度進行了調(diào)整，一般為33 . 6m ，這樣可以有效地利用土拱效應(yīng)的影響，減少槽壁坍方；同時，因為分幅較短，各道工序施工時間也相應(yīng)的縮短，有利于成槽的穩(wěn)定。4 . 3 南端頭井增設(shè)封堵墻 本站南端頭井距離運營中的1 號線區(qū)間隧道僅13 . 818 . 6m , 1 號線區(qū)間隧道中心埋深約12m 。為了保護1 號線，在本站19 軸處設(shè)置lm 厚地下連續(xù)墻封堵，使得南端頭井被分隔成一個尺寸較小的基坑，充分利用了結(jié)構(gòu)受力的空

10、間效應(yīng)，從而降低基坑開挖的風(fēng)險。4 . 4 提前進行南端頭井盾構(gòu)出洞土體加固按照7 號線盾構(gòu)施工籌劃，本站南端頭井為單圓盾構(gòu)始發(fā)井。按照常規(guī)，端頭井出洞加固一般在端頭井土建完成后進行，而針對本站南端頭井距離1 號線較近的現(xiàn)實情況，在基坑開挖前即進行出洞加固。 南端頭井出洞加固寬度6m ，加固深度為地面至基坑地下4m 的范圍。土體加固分兩次進行，先加固外側(cè)3m ，然后施工連續(xù)墻，接著再加固內(nèi)側(cè)3m 。這樣，既可以減小南端頭井連續(xù)墻成槽對l 號線區(qū)間隧道的影響，又可以減少南端頭井基坑開挖施工時對1 號線區(qū)間隧道的影響。南端頭井出洞加固示意圖見圖5 。4 . 5 基坑坑底地基加固本站基坑坑底位于第1

11、層粉質(zhì)豁土中，物理力學(xué)性質(zhì)較差，坑底采用“裙邊” 抽條的旋噴加固方式，加固深度為坑底以下4m 。4 . 6 第四道支撐下增加旋噴抽條加固 本站第四道支撐及下一層中板均處于物理力學(xué)性質(zhì)較差的第層淤泥質(zhì)豁土中，下一層中板逆作相當(dāng)于增加了一道混凝土支撐。為了減小下一層中板混凝土澆筑和養(yǎng)護期間對基坑變形的不利影響，保證基坑穩(wěn)圖5 南端頭井出洞加固示意圖（mm )定和減小變形，針對常熟路站周邊建（構(gòu)）筑物密集的情況，除在坑底進行地基加固外，另在北端頭井及標(biāo)準(zhǔn)段第四道支撐底2m 范圍內(nèi)增加了旋噴抽條加固，加固條寬2m 、間隔2m ；在南端頭井第四道支撐底以下2m 范圍進行旋噴樁網(wǎng)格式加固，加固條寬2m 、

12、間隔2m 。5 承壓水治理本站標(biāo)準(zhǔn)段基坑開挖深度約24.1m ，端頭井基坑開挖深度約26m ，場地缺失層土，且層各亞層交錯復(fù)雜，基坑北端4層土局部缺失，即缺失相對隔水層。根據(jù)計算，北端頭井及標(biāo)準(zhǔn)段基坑抗承壓水安全系數(shù)僅0 . 74 ，南端頭井抗承壓水安全系數(shù)僅0 . 58 。為確?；臃€(wěn)定和支護體系安全，并滿足抗隆起、抗?jié)B流、抗傾覆等穩(wěn)定性要求，經(jīng)計算，標(biāo)準(zhǔn)段地墻深度44m 、端頭井地墻深度46m 即可滿足要求。為了滿足基坑開挖后坑內(nèi)地基土抗承壓水頭的穩(wěn)定性，承壓水降深較大，濾管深度將超出上述地墻計算深度。經(jīng)基坑降水三維數(shù)值計算及沉降分析，坑內(nèi)降水在坑外產(chǎn)生較大的水位降落，將導(dǎo)致基坑周邊建筑和

13、1 號線均產(chǎn)生超過60mm的沉降，會對周邊建筑物的保護和1 號線的正常運營產(chǎn)生極大的影響。 對于7 號線常熟路站這樣周圍環(huán)境保護要求嚴格的深基坑，要減少降承壓水對周邊環(huán)境的影響，必須減少抽水量，盡量將降水曲線封閉在基坑內(nèi)。經(jīng)過多方論證，本站加大了圍護墻體的插入深度，標(biāo)準(zhǔn)段及端頭井地墻深度均達52m ，使其超過降水井井點深度2m ，以減少坑內(nèi)降水造成的坑外水位降落，從而減小由于降承壓水對坑外環(huán)境的影響。6 工程實施效果目前，7 號線常熟路站南端頭井主體結(jié)構(gòu)已經(jīng)完成并已交付盾構(gòu)施工單位，其余部分地墻已經(jīng)完工，剩余基坑尚未開挖。在整個南端頭井施工期間，1 號線最大變形量為+ 6 . 04mm和1 . 95mm，地墻變形的最大值在地下23m 處，北側(cè)封堵墻變形最大值約29 mm，南端頭53 井周邊建筑物（淮海大樓）最大沉降6 . 5 mm，均滿足基坑一級保護的相關(guān)要求。從實施效果看，所采取的基坑總體設(shè)計方案及對臨近建（構(gòu)）筑物的保護措施確保了1 號線運營和周邊建筑物的安全。7 結(jié)語針對本工程周邊建（構(gòu)）筑物密集的情況，設(shè)計時采取了一系列針對性措施，包括： 兩層中板逆作的“兩明兩暗”施工方法；首道采用混凝土支撐兼作臨時路面體系橫梁；地墻分小幅；南端頭井增設(shè)封堵墻并提前進行出洞土體加固；在第四道支撐下增加旋噴抽條加固