地鐵車站深基坑工程中的新技術(shù)應(yīng)用

李 星

上海廣大基礎(chǔ)工程有限公司 上海 201114

1 工程概況

1.1 基本情況

上海軌道交通14號(hào)線云山路站呈南北向布置，為地下3層島式標(biāo)準(zhǔn)車站。車站共設(shè)4個(gè)出入口、1個(gè)換乘通道及2組風(fēng)井?；用娣e4 842 m2，基坑圍護(hù)周長(zhǎng)448 m；車站主體分為A區(qū)南端頭井和B區(qū)北端頭井及標(biāo)準(zhǔn)段，南端頭井挖深26.48 m，北端頭井挖深26.89 m，標(biāo)準(zhǔn)段挖深25 m。

1.2 周邊環(huán)境

車站周邊環(huán)境較為復(fù)雜：東南側(cè)為已建軌交6號(hào)線云山路站及其出入口，南側(cè)張楊路道路下方為共同溝和軌交6號(hào)線雙圓盾構(gòu)區(qū)間，東側(cè)為居住小區(qū)，西側(cè)有花鳥市場(chǎng)3層建筑及朱塘浜（圖1）。其中軌交6號(hào)線云山路站距離軌交14號(hào)線云山路站基坑39.70 m，雙圓盾構(gòu)區(qū)間距離基坑30.60 m；共同溝距離車站南端頭井最近8 m，埋深約6.25 m。居住小區(qū)及花鳥市場(chǎng)距離基坑最近為5.60 m。云山路及張楊路地下管線眾多，沿道路分布有電力、燃?xì)?、上水、路燈、污水、雨水、電話、信息等市政管線需要翻交及監(jiān)測(cè)保護(hù)。

1.3 地質(zhì)情況

本場(chǎng)地自地表至深85 m范圍內(nèi)所揭露的土層均為第四紀(jì)松散沉積物，所見土層自上而下依次為①層填土、③1層灰色淤泥質(zhì)土、④層灰色淤泥質(zhì)土、⑤1層灰色黏土、⑥層暗綠-草黃色粉質(zhì)黏土、⑦1-1層草黃色黏質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土、⑦1-2層草黃色砂質(zhì)粉土、⑦2層灰黃-灰色粉砂、⑨層灰色粉砂。

圖1 車站周邊建筑物平面示意

對(duì)工程有影響的地下水主要為淺層的潛水；場(chǎng)地內(nèi)有一條明浜朱塘浜，地表水與地下水可能有一定的水力聯(lián)系。承壓水主要為深部第⑦承壓含水層。

軌交14號(hào)線車站主體基坑坑底基本位于⑥層粉質(zhì)黏土，圍護(hù)墻墻趾位于⑦2層粉砂。

2 圍護(hù)設(shè)計(jì)

基坑采用厚1 000 mm/1 200 mm的地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，并作為使用階段側(cè)墻的一部分承受側(cè)向荷載，與內(nèi)襯墻按照疊合墻設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)安全等級(jí)為一級(jí)。其中，A區(qū)南端頭井地下連續(xù)墻厚1 200 mm，深48 m；在地下連續(xù)墻外側(cè)設(shè)置1道封閉的TRD工法隔水帷幕，厚700 mm、深60 m，總延長(zhǎng)155 m，樁身28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.0 MPa。

考慮對(duì)南側(cè)共同溝及軌交6號(hào)線車站、雙圓盾構(gòu)區(qū)間的保護(hù)，在南端頭井外側(cè)與共同溝之間設(shè)置1排MJS工法隔離樁，樁身28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.25 MPa；同時(shí)沿基坑深度方向設(shè)置8道支撐，第1、5道為混凝土支撐，第2～4道和第8道為φ609 mm鋼支撐，第6、7道為φ800 mm鋼支撐，其中南北方向的支撐采用新型軸力伺服系統(tǒng)，避免鋼支撐軸力發(fā)生損失，控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體側(cè)向變形（圖2）。

圖2 南端頭井基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)示意

3 技術(shù)簡(jiǎn)介

3.1 TRD工法

TRD工法（鋸鏈?zhǔn)降群穸人嗤翑嚢鑹夹g(shù)）[1]是一種新型水泥土攪拌墻施工工藝，廣泛應(yīng)用于超深隔水帷幕、型鋼水泥土攪拌墻、地下連續(xù)墻槽壁加固等領(lǐng)域。

3.2 MJS工法

MJS工法（全方位超高壓噴射注漿技術(shù)）[2]可實(shí)現(xiàn)孔內(nèi)強(qiáng)制排漿和地內(nèi)壓力監(jiān)測(cè)，能有效控制地表變形，減小對(duì)周邊環(huán)境的影響，適用于周邊環(huán)境復(fù)雜、保護(hù)要求高的地基加固工程及基坑工程隔水帷幕、隔離樁墻等。

3.3 新型軸力伺服系統(tǒng)

該技術(shù)將深基坑鋼支撐的軸力由被動(dòng)受壓和松弛的變形轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)加壓調(diào)控變形，根據(jù)緊鄰深基坑保護(hù)對(duì)象的變形控制要求，主動(dòng)進(jìn)行基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形調(diào)控，以滿足緊鄰深基坑保護(hù)對(duì)象的安全使用[3]。

4 實(shí)施情況

4.1 MJS工法

MJS工法隔離樁深27.3 m、φ2 200 mm、樁中心間距1 300 mm、呈半圓180°背向共同溝布置，共28根（編號(hào)M1～M28）。鄰近MJS工法樁周邊主要壓力管線為燃?xì)夤埽ň幪?hào)RQ、管徑250 mm）和上水管（編號(hào)SS、管徑700 mm），其中燃?xì)夤芫嚯xMJS工法樁最近位置為2.5 m，上水管距離MJS工法樁最近位置為8 m。

施工中采取了一定的改進(jìn)措施，以減小MJS施工對(duì)外側(cè)管線、共同溝的影響。

4.1.1 ?對(duì)排泥閥門進(jìn)行細(xì)微改進(jìn)

由于MJS成樁深度范圍內(nèi)地層以黏性土為主，且樁底位于⑥暗綠-草黃色粉質(zhì)黏土中（黏聚力C值達(dá)40 kPa），在黏性土層內(nèi)施工，MJS排泥閥門容易被黏土塊、夾水泥的硬土塊等糊住、卡住，造成排泥不暢、地內(nèi)壓力增大等現(xiàn)象。通過對(duì)排泥口進(jìn)行細(xì)微改進(jìn)，適當(dāng)加大排泥閥門內(nèi)徑，并且當(dāng)?shù)貎?nèi)壓力增大時(shí)輔以鉆桿上下提升、動(dòng)力頭旋轉(zhuǎn)等方式，可有效地減少排泥閥門堵塞現(xiàn)象，促進(jìn)泥漿抽排。

4.1.2 ?加大MJS間隔跳樁距離

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工條件，將MJS間隔跳樁距離由2根樁加大至5根樁，一定程度上減小了MJS施工對(duì)外側(cè)管線、共同溝產(chǎn)生的應(yīng)力集中（圖3）。

圖3 MJS間隔跳樁示意

4.2 TRD工法

TRD工法技術(shù)自2009年從日本引進(jìn)以來，已成功應(yīng)用于國內(nèi)上百項(xiàng)基坑工程中，本次地鐵車站深基坑工程為首次采用TRD工法作為超深隔水帷幕的項(xiàng)目，深度達(dá)60 m。施工中對(duì)于TRD槽壁的穩(wěn)定控制、切割箱垂直度及墻體搭接等控制要求非常高。

施工中采用了三步施工法（即先行挖掘、回撤挖掘、成墻攪拌），平均工效達(dá)6～8 m/d（圖4）。在先行挖掘及切割箱臨時(shí)停放區(qū)，采用鈉基膨潤(rùn)土，摻量為100 kg/m3，水灰比5～20，可對(duì)槽段起到穩(wěn)定、護(hù)壁作用；水泥漿液采用42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，摻量450 kg/m3，水泥漿液水灰比1.0～1.2。

圖4 TRD三步施工法示意

4.3 新型軸力伺服系統(tǒng)

支撐軸力伺服技術(shù)是一種主動(dòng)控制技術(shù)，自2006年首次在大上海會(huì)德豐廣場(chǎng)項(xiàng)目中應(yīng)用以來，至今已經(jīng)歷了集中泵站供油控制、有線連接分布式泵站與無線傳輸分布式泵站3個(gè)發(fā)展歷程。

本項(xiàng)目南端頭井南北向指向共同溝及軌交6號(hào)線車站、區(qū)間盾構(gòu)的第2、3、4、6、7、8道鋼支撐采用的是無線傳輸分布式泵站新型軸力伺服系統(tǒng)，每道支撐3套，共18套。

5 應(yīng)用效果

5.1 強(qiáng)度檢測(cè)

在TRD隔水帷幕與MJS隔離樁實(shí)施完成后，分別進(jìn)行了4根TRD、3根MJS現(xiàn)場(chǎng)鉆芯取樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，TRD強(qiáng)度平均值1.04～1.05 MPa，MJS強(qiáng)度平均值1.29～1.31 MPa，均滿足設(shè)計(jì)要求。

5.2 管線監(jiān)測(cè)

車站施工期間對(duì)周邊地下管線進(jìn)行了改排并布置了監(jiān)測(cè)點(diǎn)[4-6]，所有測(cè)點(diǎn)均進(jìn)行豎向位移觀測(cè)（圖5）。其中，上水管線布設(shè)23個(gè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，編號(hào)為SS1～SS23，測(cè)點(diǎn)間距約為20 m；燃?xì)夤芫€布設(shè)24個(gè)變形監(jiān)測(cè)點(diǎn)，編號(hào)為RQ1～RQ24，測(cè)點(diǎn)間距約為20 m。

圖5 坑外管線部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

管線位移變化速率報(bào)警值為2 mm/d，管線位移累計(jì)報(bào)警值為10 mm。

鄰近南端頭井外側(cè)的燃?xì)夤埽ň幪?hào)RQ19～RQ21）日變化量在－2～4 mm之間，最大上抬量3.28 mm；上水管（編號(hào)SS18～SS20）日變化量在－2～2 mm之間，最大上抬量1.98 mm。

5.3 降水試驗(yàn)

在南端頭井坑外四周布置了7口承壓水回灌、觀測(cè)井，編號(hào)為H1～H7，深度48 m。在南端頭井內(nèi)側(cè)分別布置了3口深48 m的減壓降水井，編號(hào)為WA1～WA3；4口疏干井，編號(hào)SA1～SA4，深27 m。為檢驗(yàn)TRD工法隔水帷幕的隔水效果，在基坑開挖前進(jìn)行了2次抽水試驗(yàn)，坑外H1～H7水位降差0.31～1.22 m。

5.4 變形控制

南端頭井各道支撐規(guī)格、軸力值及分步開挖預(yù)警值如表1所示。

其中安裝了軸力伺服系統(tǒng)的鋼支撐對(duì)應(yīng)測(cè)斜孔號(hào)為P18、P19和P22，自第1道混凝土支撐開始施工至土方開挖至坑底、底板澆筑完成階段，測(cè)斜數(shù)據(jù)顯示變形控制基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求（表2）。

表1 南端頭井各道支撐

表2 各測(cè)斜孔最大水平位移

6 結(jié)語

在上海地區(qū)軌交車站深基坑工程中首次采用TRD工法鋸鏈?zhǔn)降群穸人嗤翑嚢鑹π录夹g(shù)，同時(shí)為了保護(hù)周邊已建成的軌交6號(hào)線云山路站、雙圓盾構(gòu)區(qū)間和共同溝，又采用MJS全方位高壓噴射工法以及新型軸力伺服系統(tǒng)，控制了從圍護(hù)施工到基坑開挖全過程中坑外土體產(chǎn)生的變形，有效地保護(hù)了周邊環(huán)境和基坑施工安全，起到了示范作用。通過加固體強(qiáng)度檢測(cè)、管線監(jiān)測(cè)、降水試驗(yàn)及變形監(jiān)測(cè)等數(shù)據(jù)驗(yàn)證，TRD、MJS及新型鋼支撐軸力伺服系統(tǒng)等基坑支護(hù)新技術(shù)的成功應(yīng)用能夠解決當(dāng)下超大、超深基坑施工中面臨的深層承壓水隔斷及環(huán)境保護(hù)的難題，為同類基坑施工提供了參考。