復(fù)雜環(huán)境條件下坑中坑快速施工方案的優(yōu)化及其對(duì)已建結(jié)構(gòu)保護(hù)技術(shù)研究

上海鼎通房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限公司 上海 200020

0 前言

超深軌道交通車(chē)站圍護(hù)模式的建設(shè)要突破原有獨(dú)立車(chē)站的狹長(zhǎng)基坑以單向?qū)螢橹鞯膰o(hù)模式，在充分考慮地鐵車(chē)站的功能和超深車(chē)站施工特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，研究適應(yīng)基坑群與軌交共建的新的支撐體系。

同時(shí)，通過(guò)研究解決軌道交通建設(shè)與地下空間及整個(gè)地塊開(kāi)發(fā)在工序、流程、進(jìn)度上的矛盾。在兼顧2 種不同類(lèi)型的項(xiàng)目的各自建設(shè)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，尋求基坑群與車(chē)站建設(shè)上的統(tǒng)一，在結(jié)構(gòu)受力、建筑功能與防水等方面開(kāi)展研究，從而建立基坑群與軌交共建建造的施工組織技術(shù)體系。

1 工程概況

上海軌道交通9號(hào)線二期打浦橋站的基坑工程與上海黃浦區(qū)第55街坊工程2 個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)施工緊密結(jié)合，工程總占地面積約為44 000 m2，建筑總面積約為31萬(wàn) m2，上部建筑包括1 座高139 m和2 座高99 m的辦公樓、地下2層到地上5層為商業(yè)裙房、地下3層為地下車(chē)庫(kù)，地下4層局部與上海軌道交通9號(hào)線打浦橋站地下車(chē)站連通用作站臺(tái)層。

2 工程原施工方案

在充分考慮了軌交9號(hào)線盾構(gòu)施工和鋪軌時(shí)間節(jié)點(diǎn)的具體要求后，經(jīng)上海申通公司（軌道交通主管部門(mén)）及項(xiàng)目公司在工程前期多次籌劃后，確定了整個(gè)大基坑開(kāi)挖圍護(hù)方案。

將工程劃分2 段，先施工軌道交通地下站東西端頭井及建筑裙房基坑，再對(duì)大基坑及車(chē)站中間段同時(shí)開(kāi)挖。為保證在指定工期前完成車(chē)站結(jié)構(gòu)，再將用于地鐵分隔的地下連續(xù)墻升至大基坑第3道支撐下，在大基坑開(kāi)挖并施工第3道支撐后，跟進(jìn)開(kāi)挖地下站基坑中間段，待地下車(chē)站結(jié)構(gòu)完成后，再繼續(xù)開(kāi)挖施工建筑大基坑。具體施工流程見(jiàn)圖1。

圖1 原方案施工流程

3 優(yōu)化后施工流程

根據(jù)工程進(jìn)展即時(shí)的狀況，原方案最大的不足，就是地下站鋪軌時(shí)間可能延期。因此，在保證地鐵施工進(jìn)度節(jié)點(diǎn)的前提下，我們決定在大基坑圍護(hù)施工已完畢的情況下，可選擇先行完成大基坑的墊層，緊接著即開(kāi)挖地下站部分。優(yōu)化后施工流程見(jiàn)圖2。

圖2 優(yōu)化后施工流程

優(yōu)化后的施工工況大致可視為坑中坑施工，具體可分為以下5 種工況：

工況1：施工建筑大基坑及軌交地下站基坑的工程樁、地下連續(xù)墻、立柱樁及土體加固，開(kāi)挖前做好預(yù)降水；

工況2：先開(kāi)挖大基坑，逐層開(kāi)挖施工4 道混凝土支撐及圍檁，開(kāi)挖到基坑底，澆筑墊層；

工況3：大基坑開(kāi)始施工大底板；軌交地下站標(biāo)準(zhǔn)段基坑開(kāi)始開(kāi)挖，逐層安裝支撐，之后施工軌交地下站底板；

工況4：施工地鐵車(chē)站站臺(tái)層時(shí)，將其頂板與大基坑底板相連接；

工況5：依次施工大基坑地下B3、B2、B1、B0層板。

4 施工節(jié)點(diǎn)調(diào)整與保證工期措施[1]

該調(diào)整方案僅調(diào)整基坑開(kāi)挖順序，不影響地鐵車(chē)站內(nèi)結(jié)構(gòu)建筑設(shè)計(jì)，不影響區(qū)間盾構(gòu)施工。整個(gè)車(chē)站結(jié)構(gòu)完成時(shí)間提前，可滿足鋪軌時(shí)間進(jìn)度要求。為確保該節(jié)點(diǎn)完成，還采取了如下保證措施。

4.1 保證基坑開(kāi)挖開(kāi)始時(shí)間的措施

取消了多個(gè)獨(dú)立的深坑加固及夾心加固，采用其他施工措施替代；優(yōu)化了樁及土體加固收尾工序；一部分土體加固和深井在完成支撐后再施工。

4.2 保證開(kāi)挖進(jìn)度的措施

根據(jù)本工程第3道支撐以上平均每天3 000 m3以上的出土要求，設(shè)計(jì)了與之對(duì)應(yīng)的17 000 m2的棧橋。并開(kāi)設(shè)5 扇可以出土的大門(mén)，如夜間出土不能滿足要求，則白天出土補(bǔ)足。挖土流程、機(jī)械安排盡最大可能進(jìn)行優(yōu)化。

4.3 軌交地下站結(jié)構(gòu)施工進(jìn)度控制

根據(jù)已完成軌交東端頭井地下4層施工經(jīng)驗(yàn)，完成地下車(chē)站結(jié)構(gòu)施工工期把握很大，只要把勞動(dòng)力安排和機(jī)械優(yōu)先滿足就可以完成，屆時(shí)還可在裙房基坑搭設(shè)可住600 人以上的宿舍，確保整個(gè)結(jié)構(gòu)階段勞動(dòng)力有保證。

5 優(yōu)化方案的優(yōu)勢(shì)[2-5]

施工方案進(jìn)行優(yōu)化后，在不影響周邊環(huán)境的情況下，比原方案更加節(jié)約了成本，并且加快了工程進(jìn)度。通過(guò)專(zhuān)家評(píng)審，該 優(yōu)化方案相比原方案具有以下三方面優(yōu)勢(shì)。

5.1 工期優(yōu)勢(shì)

可以減少約3 個(gè)半月的大基坑施工等待時(shí)間，使大基坑完成時(shí)間提前，軌交地下站結(jié)構(gòu)全面完成時(shí)間也能提前45 d左右。只要滿足地鐵鋪軌時(shí)間節(jié)點(diǎn)，調(diào)整后的幾個(gè)方案都是常規(guī)坑中坑施工方案，完成計(jì)劃把握最大。

5.2 節(jié)約資源

可以避免夾心土體的加固、厚300 mm混凝土墊層的施工等，可以節(jié)約大量資源。因?yàn)檫@些措施本來(lái)僅是為可能的停工而設(shè)置的。

5.3 環(huán)境保護(hù)

在大基坑圍護(hù)方案專(zhuān)家評(píng)審會(huì)議上，各位專(zhuān)家都認(rèn)為原方案中有一段長(zhǎng)達(dá)數(shù)月的停工時(shí)間將對(duì)周邊安全帶來(lái)隱患，因?yàn)榇蠡又苓呌写罅坷鲜骄用褡≌?，人行天橋，眾多管線，產(chǎn)生位移不可避免。而且基坑面積達(dá)40 000 m2，對(duì)自身的安全也影響很大，不宜長(zhǎng)期停工。

6 快速施工階段對(duì)已建結(jié)構(gòu)的影響及其保護(hù)措施[6-8]

6.1 挖土?xí)r對(duì)車(chē)站已建結(jié)構(gòu)的保護(hù)

本工程占地面積大，2 個(gè)基坑一體化設(shè)計(jì)施工，施工時(shí)遂采用平面分區(qū)法，將平面基坑按要求分成幾個(gè)區(qū)域，分期進(jìn)行施工。其中地鐵車(chē)站所屬的東、西2 個(gè)端頭井先行獨(dú)立施工，以保證盾構(gòu)施工的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。

軌交地下站基坑位于綜合體基坑內(nèi)部，在大基坑開(kāi)挖前即已先行施工東、西2 個(gè)端頭井結(jié)構(gòu)，大基坑的兩側(cè)開(kāi)挖深度為17 m，已完成的地鐵結(jié)構(gòu)受到的側(cè)向土體壓力是非常巨大的。

在進(jìn)行大基坑挖土及混凝土支撐施工時(shí)，為防止兩側(cè)已建地鐵車(chē)站結(jié)構(gòu)產(chǎn)生位移、變形和不均勻沉降等影響，需做相應(yīng)的保護(hù)措施。

首先，大基坑開(kāi)挖及支撐的施工應(yīng)遵循分區(qū)、分塊、對(duì)稱(chēng)、平衡的原則，基坑的水平支撐應(yīng)確保快速完成，從而起到保護(hù)鄰近建筑的目的。

此外，在已完成的結(jié)構(gòu)上布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在整個(gè)基坑開(kāi)挖施工過(guò)程中對(duì)各結(jié)構(gòu)體進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，重點(diǎn)檢測(cè)圍護(hù)墻、結(jié)構(gòu)樓板的平面位移、不均勻的沉降或隆起等。

6.2 施工機(jī)械選擇

對(duì)復(fù)雜的大型基坑挖土施工來(lái)說(shuō)，挖土機(jī)械的合理選擇和配置直接關(guān)系到挖土的速度，也直接影響到基坑自身的安全。若挖土速度慢，支撐形成的時(shí)間就慢，無(wú)支撐暴露的時(shí)間就長(zhǎng)，基坑的變形會(huì)隨時(shí)間的增長(zhǎng)而變大。同時(shí)由于受支撐及棧橋布置形式的影響，挖土機(jī)械的選擇還必須根據(jù)工程實(shí)際，進(jìn)行必要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后綜合確定。

為了確保機(jī)械化挖土的順利實(shí)施，我們經(jīng)多次調(diào)查后，最終確定：每個(gè)取土點(diǎn)配備1 臺(tái)1 m3長(zhǎng)臂挖機(jī)和2 臺(tái)0.25 m3小挖機(jī)。長(zhǎng)臂挖機(jī)位于棧橋之上，先由2 臺(tái)小型挖機(jī)下到坑內(nèi)支撐下進(jìn)行掏土，并將土駁運(yùn)至取土點(diǎn)堆成堆，再由長(zhǎng)臂挖機(jī)取土后直接裝車(chē)；挖最后一層土?xí)r將長(zhǎng)臂挖機(jī)換為抓斗挖機(jī)。對(duì)盆邊土挖土?xí)r采用對(duì)撐抽條，分區(qū)分塊施工。

6.3 基坑開(kāi)挖的技術(shù)要求

基坑開(kāi)挖應(yīng)注意按照總體原則進(jìn)行施工，以及做好相應(yīng)的降水工作。

（a）大基坑開(kāi)挖時(shí)應(yīng)按“分層、分區(qū)、分塊”的原則，利用土體的“時(shí)空效應(yīng)”原理，限時(shí)、對(duì)稱(chēng)、平行開(kāi)挖。

（b）土方開(kāi)挖前做好預(yù)降水工作，確?？觾?nèi)水位降到挖土面以下1 m，并待地下連續(xù)墻及墻頂混凝土圍檁達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后才可開(kāi)挖。

（c）地鐵圍護(hù)墻邊土體必須采用對(duì)稱(chēng)抽條的方式進(jìn)行，盆邊土留坡寬度20 m。針對(duì)地鐵端頭井須平衡受力，以保證地鐵車(chē)站及基坑周邊安全，我們?cè)谂柽呁灵_(kāi)挖及支撐形成次序上也作出嚴(yán)格規(guī)定，并要求分塊挖土及支撐總時(shí)間須在24 h內(nèi)完成。

（d）挖土分區(qū)及分塊的要求：按先挖盆心土再挖盆邊土的原則進(jìn)行坑內(nèi)挖土，盆邊土留土寬度20 m，進(jìn)行對(duì)稱(chēng)、抽條開(kāi)挖，分塊原則見(jiàn)圖3。

6.4 信息化施工

本工程基坑開(kāi)挖的安全等級(jí)為一級(jí)，因此開(kāi)挖過(guò)程中基坑變形、環(huán)境變化的把握應(yīng)全面滿足一級(jí)控制保護(hù)要求。

在基坑開(kāi)挖段整個(gè)開(kāi)挖施工中，我們通過(guò)與工程監(jiān)測(cè)單位的配合，隨基坑開(kāi)挖及支撐施工跟進(jìn)監(jiān)測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)、準(zhǔn)確地了解實(shí)際情況，以信息化指導(dǎo)施工，確保在整個(gè)施工過(guò)程中基坑圍護(hù)、支護(hù)體系和地下管線、周邊道路及周邊建筑物的安全，使整個(gè)地下基坑施工得以順利進(jìn)行。

圖3 挖土分區(qū)

根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，基坑開(kāi)挖影響范圍一般在1.5 倍開(kāi)挖深度，在該范圍內(nèi)的構(gòu)筑物、市政設(shè)施和道路管線均應(yīng)是重點(diǎn)觀察和保護(hù)對(duì)象。對(duì)市政管線的保護(hù)措施主要是觀察監(jiān)測(cè)，若發(fā)現(xiàn)有超過(guò)警戒值或其他異常情況時(shí)，采取暴露管線懸吊及跟蹤注漿等方式，此外也可采取分層注漿的方法將管線下方沉陷的地基控制在安全范圍內(nèi)。

7 結(jié)語(yǔ)

復(fù)雜環(huán)境下的坑中坑快速施工及其對(duì)已建結(jié)構(gòu)的保護(hù)技術(shù)研究，是建筑基坑與地下工程共建組合群坑工程中的一次技術(shù)創(chuàng)新。本工程在不影響環(huán)境的基礎(chǔ)上加快了工程進(jìn)度，保證了工期。為未來(lái)與地下工程共建組合群的施工提供了可資借鑒的經(jīng)驗(yàn)。