上海地鐵M8線人民廣場站與已建車站
同站廳換乘深基坑施工方案研究
【摘 要】正建上海地鐵M8線人民廣場站與已建地鐵一號線人民廣場站采取同站廳平行換乘，施工過程中為保護(hù)周圍環(huán)境、尤其是確保地鐵一號線正常運營，施工方案中針對各技術(shù)難題提出了相應(yīng)的解決辦法．并擬定了一整套合理的施工工藝。為方案有效、安全地實施，提供了技術(shù)上的支持和保證。
【關(guān)鍵詞】換乘地鐵車站 環(huán)境保護(hù) 逆作法 深基坑 信息化施工
0引言
正在建設(shè)的上海地鐵M8線人民廣場車站為地下二層三柱四跨島式車站，外包長度329．5m，標(biāo)準(zhǔn)段內(nèi)凈寬26．48m，端頭井深15m，標(biāo)準(zhǔn)段深13．2m。車站主體西側(cè)緊貼一號線人民廣場車站東側(cè)地下墻布置。一號線人民廣場車站為地下二層二柱三跨的結(jié)構(gòu)，地下一層為站廳層，地下二層為站臺層。新老車站之間擬采取同站廳平行換乘。
1 工程概況
本站沿西藏中路布置于道路西側(cè)，車站主體基本位于路側(cè)人行道及綠化帶中。車站北起九江路(過九江路)，南至人民大道，車站主體平行于一號線人民廣場站。車站北端頭井位于精品商廈、音樂書店，南端頭井靠近人民大道路邊。西藏中路東側(cè)有保護(hù)性建筑沐恩堂、大光明電影院、來福士廣場、世貿(mào)國際廣場。周邊交通繁忙、重要管線眾多，施工場地狹小。工程環(huán)境條件如圖1所示。
圖1 M8線人民廣場站工程環(huán)境圖
擬建場地地基土在基坑開挖深度影響范圍內(nèi)，主要以飽和淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粘土為主，但局部夾有薄層粉細(xì)砂及貝殼碎屑，第③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土中夾薄層砂質(zhì)粉土。第③層和第④層淤泥質(zhì)粘土層厚度分別為5．5m和8．7m。
2 技術(shù)難點
M8線人民廣場車站建設(shè)的核心問題是不影響一號線車站的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，確保一號線的高度運營功能。施工過程稍有不當(dāng)，后果都將不堪設(shè)想。為了滿足以上原則，在設(shè)計和施工過程中，必須解決一下兩個技術(shù)難題。
2．1 新老車站之間差異沉降
為了滿足兩個結(jié)構(gòu)平行換乘的使用功能，最好是將新老結(jié)構(gòu)連為一個統(tǒng)一的整體。但是，目前一號線車站的沉降已經(jīng)基本穩(wěn)定，而新建車站的沉降肯定還有一段發(fā)展時間，如伺解決“一靜一動”兩個結(jié)構(gòu)的變形一致和變形協(xié)調(diào)，至關(guān)重要。因此，有必要采取針對性的措施確保新車站本身結(jié)構(gòu)的沉降穩(wěn)定，從而減小新車站施工和使用過程中對原車站產(chǎn)生的不必要的附加沉降。
2．2 新車站建設(shè)過程已運營車站和線路的位移控制
在已建地鐵車站的四周(包括兩側(cè)和頂、底部)從事的一切工程活動，包括地基加固、深基坑土方開挖、支撐軸力的施加、原車站附屬結(jié)構(gòu)施工等者附引起車站結(jié)構(gòu)的位移反應(yīng)。這種位移反應(yīng)如果太大，一方面將在原結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加內(nèi)力并在結(jié)構(gòu)內(nèi)產(chǎn)生裂縫；另一方面還將引起軌道道床的位移影響列車的正常運營。所以必須選用合理的施工方式、施工工藝和施工參數(shù)，將新車站施工對老車站的影響控制在最小程度。
3 設(shè)計思路
3.1主要控制參數(shù)
本工程的基坑本體和環(huán)境保護(hù)等級為一級，控制參數(shù)如下表
表1 設(shè)計主要控制參數(shù)表
3．2 方案要點
(1)逆作法施工，設(shè)置強有力的逆作立柱樁；加深樁基礎(chǔ)和樁底注漿，減小新建車站沉降對老車站的影響；中樓板和底板下實施高壓旋噴加固，減少樓板制作時車站位移。
(2)地基加固：進(jìn)行攪拌樁裙邊地基加固、攪拌樁和地下墻之間采用旋噴樁地基加固；每次開挖前進(jìn)行井點降水。
(3)基坑開挖：采取“一明二暗”基坑開挖方式；基坑開挖時，其縱橫向邊坡放坡應(yīng)根據(jù)地質(zhì)、環(huán)境條件取開挖時的安全坡度；必須分段、分區(qū)、分層、對稱進(jìn)行，不得超挖；土方開挖的順序、方法必須與設(shè)計工況相一致，并遵循“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴(yán)禁超挖”的原則；嚴(yán)格控制挖土?xí)r間和支撐時間。
4 主要施32技術(shù)要點和措施
4．1地下墻施工
逆作法地鐵車站中地下連續(xù)墻及其施工極其關(guān)鍵，墻體適宜的厚度和人土深度對減少變形十分有利。在施工中護(hù)壁泥漿的陛狀、溝槽的穩(wěn)定、槽段的連續(xù)、連續(xù)墻清底質(zhì)量等也影響著周圍沉降的大小。
(1)地下墻設(shè)計參數(shù)：車站主體結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻厚度為800MM。內(nèi)襯墻的厚度：北端頭井600mm；南端頭井500mm；標(biāo)準(zhǔn)段靠一號線400mm。地下連續(xù)墻深度：端頭井處28m，標(biāo)準(zhǔn)段處25m。
(2)地下連續(xù)墻槽段連接：地下連續(xù)墻無論采用何種接頭形式，都需解決接頭處的地下水滲漏問題。漏水、甚至墻后細(xì)砂、泥向坑內(nèi)流人，都會影響基坑開挖，并且水土流失產(chǎn)生地層土體變形對周圍環(huán)境保護(hù)極為不利。本工程地下墻接頭形式為十字鋼板接頭。為防止接頭處滲水，采用坑外雙液跟蹤注漿的方法，進(jìn)行防滲漏。
(3)地下連續(xù)墻清底和墻趾注漿：為控制連續(xù)墻本身的豎向沉降量，嚴(yán)格連續(xù)墻清底質(zhì)量，并在連續(xù)墻混凝土大于設(shè)計強度70％后，進(jìn)行墻趾注漿。在每幅地下墻內(nèi)布置2根壓漿管，插入墻底下1m，壓漿范圍為地下墻底下1．5m。
4．2地基加固
4．2．1攪拌樁和旋噴樁加固
為減小M8線人民廣場站基坑施工中圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，減少對一號線車站及周邊其他管線建筑的影響，在坑底以下3m進(jìn)行攪拌樁格構(gòu)式裙邊加固。靠一號線一側(cè)裙邊加固寬度為8m，靠西藏路一側(cè)裙邊加固寬度為4m。在地下連續(xù)墻和攪拌樁之間用旋噴樁進(jìn)行加固。攪拌樁和旋噴樁施工過程中必須進(jìn)行地下連續(xù)墻尤其是一號線地下墻側(cè)向位移地監(jiān)測，選用合理的施工參數(shù)和施工工藝，控制樁體施工時對一號線結(jié)構(gòu)的擠壓效應(yīng)。
4．2．2深井降水施工
在挖土施工前，對基坑內(nèi)的地下水進(jìn)行預(yù)降水，以使土體固結(jié)密實，是基坑開挖時確保基坑穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素之一。本工程車站主體內(nèi)共設(shè)39口井，深井孔的成孔深度為23m(端頭井)和21m(標(biāo)準(zhǔn)段)，深井井管的布置為梅花形布置。本工程進(jìn)行深井降水的主要目的是為了疏干工作面，應(yīng)當(dāng)避免降水過深造成一號線車站的水平位移。
4．3基坑開挖與支撐
根據(jù)車站所處的工程環(huán)境條件，本工程擬定采用一明二暗挖土的逆作法施工，同時，基坑開挖施工中將采取一系列環(huán)境保擴(kuò)惜施和優(yōu)化施工工序，以達(dá)到安全、快速、優(yōu)質(zhì)的目標(biāo)。
4．3．1 鋼支撐平面布置及要求
控制變位最有效的方法就是及時可靠地架設(shè)支撐系統(tǒng)和對支撐系統(tǒng)施加預(yù)應(yīng)力，挖土和支撐是兩項不可分離的工作，挖土的成敗取決于支撐的施工，支撐架設(shè)的是否及時，直接影響到挖土的進(jìn)度，二者相輔相成，施工方案必須同時考慮，缺一不可。本工程鋼支撐的平面布置為：車站標(biāo)準(zhǔn)段：主要采用東西向的直撐，支撐間距一般為3m，共3道支撐，明挖時安裝1遭支撐，暗挖時安裝2道，為φ鋼管，每節(jié)6-9m，用法蘭螺栓連接，在中間布置一排支撐立柱(利用結(jié)構(gòu)鋼立柱)，為保證立桿的穩(wěn)定性，在支撐立柱之間．每根支承樁在鋼支撐底用型鋼作為連桿，并在鋼支撐位置用10#槽鋼做抱箍抱住鋼支撐，限制支撐中點處的變形，從而減少鋼支撐的計算長度，確保鋼支撐受力穩(wěn)定。南北端頭井：采用φ609鋼管做斜直撐。
4．3．2 頂板順作法挖土
開挖流程：根據(jù)施工分塊和總體安排，明挖施工分三大塊進(jìn)行，順序為中塊-南塊-北塊。其中中塊挖土工作由18軸向10軸推進(jìn)，8至9軸間向10軸推進(jìn)，即展開兩個工作面，由九江路臨時道口出土；南塊挖土由]8軸向40軸推進(jìn)，只展開一個工作面；北塊挖土由1、9軸向5至6軸推進(jìn)，亦展開兩個工作面，由九江路出土。其挖土分塊分區(qū)圖如圖2。
圖2 挖土分塊分區(qū)圖
4.3．3 逆作挖土施工
暗挖施工利用預(yù)留的九個出土口出土，總體水平流程為由車站兩端向中間推進(jìn)，逐層予以完成。暗作施工豎向流程為：頂板做好后挖土至第一道支撐面，同時抽槽安裝第一道支撐-挖土至第二道支撐面，同時抽槽安裝第二道支撐-中板施-挖土至第三道支撐面，同時抽槽安裝第三道支撐(由第二道下移-挖土基底)。
基坑開挖遵循“分層、分步、對稱、平衡、限時”的原則。基坑開挖分若干段進(jìn)行，在每一分段挖土施工時又分層分小段地進(jìn)行，分層的厚度以每一道支撐的底面標(biāo)高為界，而每一小段的長度同地下連續(xù)墻的半幅長度為3m，每一層的每一小段開挖完畢后，立即安裝支撐。
支撐安裝與挖土施工做到緊密配合，隨挖隨撐。挖土?xí)r控制好每一小段的長度，同時控制好每一分層的深度至支撐面，不超挖。在挖土到標(biāo)高后立即安裝支撐，做到在8h內(nèi)安裝完畢并施加預(yù)應(yīng)力。為保證支撐的及時安裝，支撐均事先在地面拼裝。
為減少基坑開挖后的暴露時間，從挖土、支撐到頂板鋼筋混凝土底板的澆筑均控制在30d內(nèi)完成，一般在15d左右完成。
圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面位置和支撐布置如圖3所示。
圖3圍護(hù)結(jié)構(gòu)平面布置和支撐布置圖
5 環(huán)境監(jiān)護(hù)和施工監(jiān)測
實踐證明，按照時空效應(yīng)的理論和設(shè)計方法，基坑工程在各開挖過程中，擋墻水平位移和墻后土層為已基本符合設(shè)計預(yù)測值。但由于土層的不均勻性、各向異性以及施工過程不可避免的突發(fā)或偶發(fā)因素，使得擋墻和土層位移在施工過程中發(fā)生偏離預(yù)測值和警戒值的現(xiàn)象。因此，施工監(jiān)測及環(huán)境監(jiān) 護(hù)工作必不可少，同時，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行反分析，從而摸索一整套優(yōu)化施工參數(shù)、控制基坑變形和保護(hù)周圍環(huán)境的信息化施工技術(shù)。
5．1 監(jiān)測點布置原則
監(jiān)測點的布置范圍為連續(xù)墻或樁基施工、基坑降水及土體開挖的影響區(qū)域，按2倍開挖深度考慮必須考慮到監(jiān)測對象的特定情況(重要性、距離遠(yuǎn)近、結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)形式等）。
5．2監(jiān)測項目及測點布置
本工程擬定的監(jiān)測項目有：地鐵一號線人民廣場站變形監(jiān)測；建筑物沉降及裂縫觀測；地下管線沉降及水平位移監(jiān)測；地表沉降斷面監(jiān)測；地下連續(xù)墻頂沉降及水平位移監(jiān)測；地下連續(xù)墻側(cè)向位移監(jiān)測；坑內(nèi)外地下水位監(jiān)測；支撐軸力監(jiān)測；坑底回彈和隆起監(jiān)測；連續(xù)墻鋼筋應(yīng)力監(jiān)測；孔隙水壓力觀測；坑外土壓力觀測。監(jiān)測點布置如圖4所示。
圖4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)測點布置圖
上海地鐵八號線人民廣場站基坑是典型的長條形基坑，由于其特殊的工程環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境條件，對設(shè)計和施工帶來了很大的難度，同時也提出了很高的要求。方案針對本工程的目的和特點，在保證工程質(zhì)量、速度和環(huán)保要求的情況下，采用了多種較為先進(jìn)的、科學(xué)合理的施工方法和工藝，為方案的有效實施，提供了保證。
(1)方案采取“一明二暗”法施工，能最大限度地縮短交通封鎖時間，使結(jié)構(gòu)受力更加合理，基坑開挖對環(huán)境影響相對減小，并具有很好的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。
(2)基坑內(nèi)采取降水加固、攪拌樁加固和旋噴樁加固，對于維持基坑穩(wěn)定和控制墻體位移具有良好的效果。
(3)軟土深基坑工程環(huán)境保護(hù)綜合技術(shù)中考慮時空效應(yīng)的開挖與支撐技術(shù)占有主導(dǎo)地位。在考慮時空效應(yīng)的開挖與支撐技術(shù)中，合理選擇各種施工參數(shù)十分重要。基坑開挖施工嚴(yán)恪遵照“分層、分步、對稱、平衡、限日寸”的原則。開挖分為中—南—北三塊，以支撐底面為界進(jìn)行分層，每一層按每3m分段，無支撐暴露時間控制在8h以內(nèi)。以次來減少基坑開挖對一號線及周圍其他建筑物的影響。
(4)施工過程以理論為指導(dǎo)，以施工過程中的量測監(jiān)控為依據(jù)，通過完善的監(jiān)控系統(tǒng)，獲得動態(tài)的施工信息，有效地指導(dǎo)施工、優(yōu)化和調(diào)整施工參數(shù)。
參考文獻(xiàn)
1 劉建航 候?qū)W淵．基坑工程手冊.北京：中國建筑工業(yè)出版社，1997
2 孫更生 鄭大同．軟土地基與地下工程北京：中國建筑工業(yè)出版社，1991
