明珠线二期宜山路车站标准段基坑施工技术.doc

明珠线二期宜山路车站标准段基坑施工技术
明珠线二期宜山路车站为换乘枢纽中的后建车站，标准段区域深基坑的环境保护要求高，施条件复杂，由于在基坑施工过程中采用了多种施工技术，并充分利用了时空效应原理和信息化管理手段，从而取得了较好的施工效果。

1  工程概况
      明珠线二期宜山路站是明珠线二期工程的临时终点站，也是与明珠线一期、R4线的换乘枢纽站。车站全长617．79m，分为南端井、穿越段、标准段、北端井、存车段五大部分，其中标准段长314m(分为12段)，宽重3．2～20．2m(见图1)。车站基坑围护采用800mm地下连续墙，基坑开挖深度为17m。标准段为单柱双跨钢筋混攫土框架，局部加宽处为双柱三跨结构；顶板厚900mm，中楼板厚550mm，底板厚1 000mm，内衬厚350mm。

图1  车站标准段基坑平面示意图
2  周边环境及地质水文条件
2．1  周边环境
      车站标准段西侧的明珠一期工程基础采用PHC桩(桩径为0．6m，桩长45m)分为3节，第1、2节接头均在基坑深度范围内。地下墙外边线距车站承台最近距离仅2．7m。根据地铁运营公司提出的明珠一期运营要求，桥墩沉降的最大允许值为1cm，差异沉降最大允许值仅为2mm。
      东侧有14栋7层楼民宅(混合结构)，其中10栋民宅基础为条形基础，埋深2m，条形基础下为14m深的搅拌桩(加固地基)，距基坑0．27～6m；另4栋为半地下室的箱形基础，距基坑3～4m。这些距离很近的7层楼房年代久远，结构整体性差，差异沉降稍大即可造成房屋结构的破坏；况且这些楼房中，除了距离最近的3栋楼(图1阴影部分)中的居民已搬迁外，其余的均未搬迁。
      由于周边的建(构)筑物距离基坑很近，导致标准段区域东侧无施工道路，西侧也有将近150m的位置没有施工道路。
2．2  地质水文条件
      场区范围内工程地质及水文地质复杂，主要为第③层淤泥质粉质粘土(含水量42％)，第④1层淤泥质粘土(含水量51．5％)和第⑤1—1层粘土层，地下水位高，常年平均水位在0．5m左右。
3  基坑开挖施工方案的优化和实施
3．1  施工方案的优化
      原施工方案为顾筑法施工，基坑采用满堂搅拌桩地基加固，设置5道钢支撑。为保护邻近的多栋7层民房和明珠线一期宜山路车站及其运营区间，根据上海地区基坑工程的长期实践，证实了逆筑法施工或半逆筑法施工对减小围护结构变形有很大作用。因此，我们考虑用逆筑法或半逆筑法代替常规的顾筑开挖，但逆筑楼板，从开始施工到达到强度时需要比较长的时间，时效性远不如钢支撑，故必须采取一些技术措施来减小施工时围护结构的变形。
      经过反复的理论计算和听取专家意见，我们决定在施工难度最大的标准段采取下列技术措施：
（1）将第一道钢支撑改为钢筋混凝土支撑，支撑位置抬高到与地面平齐，这样可以大大减小浅部开挖时周围浅基础结构的沉降；同时结合混凝土支撑构筑了架空施工便道，也解决了场地不足的问题。
 (2)由顾筑法改为半逆筑法施工，即在中楼板下设置支承中楼板的立柱桩，并利用原设计的楼梯孔作为暗
挖出土孔。
(3)为减小楼板施工时围护结构的变形，施工时先在中楼板下设置1道钢支撑(第四道钢支撑)，然后再浇筑中楼板。
(4)在中楼板、底板以下分别采用抽条震冲注浆加固，以减少浇筑中楼板和底板时的基坑位移。
3．2  优化方案的实施
      基坑开挖前先抽条开挖出第一道支撑位置，在素混凝土底模上浇筑第一道钢筋混凝土支撑，然后开挖至第四道钢支撑位置，浇筑临时素混凝土垫层。在垫层上搭设短排架，施工中楼板，待中楼板达到设计强度后，开挖中楼板以下土体，将第四道支撑下移到第五道支撑位置，再开挖直至设计基底深度，施工底板，逆筑站台层侧墙，最后将站厅层侧墙和顶板一次浇筑完成(见图2)。

    图2  半逆筑法施工剖面图
      为进一步优化、细化施工工艺，确保方案能够安全、优质、快速地实施，采取的具体措施有：
(1)基坑开挖分段(以设计分段为准)、分层、分单元实施，在每段开挖完成后立即浇筑300mm素混凝土垫层和底板；分层开挖以设计支撑位置顶部为层高，钢支撑全部抽槽安装。
（2）本工程东侧是高架，西侧是民宅，按“二十二条”要求，基坑两侧均必须留土堤护壁。
(3)采用小型液压挖掘机在基坑内开挖、水平驳送，KH-180履带吊在基坑中部取土，垂直运输；小型挖掘机也可以直接抽槽开挖，为抽槽设置支撑创造了条件。
(4)以 6m为一个单元．开挖后立即安装对应的2根支撑，并同时施加预应力。自开始开挖起至支撑安装完毕的时间均控制在12小时内，一般作业安排夜间8点开始挖土，至次日凌晨4点挖土结束．8点前应施加预应力完毕，预应力均达设计轴力的70％，并要求复加预应力。
（5）设置稳定可靠的支承立柱桩，随着基坑的开挖，随时监测立柱桩的回弹，并及时调整立柱桩与支撑的抱箍、楔子。
（6）采用适度降水措施。
（7）由于逆筑法施工作业空间狭小，支撑安装后挖掘机往往无法作业。为不使开挖与支撑安装发生冲突，延误支撑安装，因此将中楼板构筑前已经支撑到位的第四道下落形成第五道支撑，从而保证作业高度，并且采用自出土孔向外侧退行挖掘，抽槽安装支撑后应回填土方的方法。这样铺设钢跑板后，挖掘机可以在中楼板下自由行走，保证了土方的水平运输。中楼板以下土方开挖见图3。

4  施工监测
4．1  东侧建筑物的沉降监测
    以具有代表性的混7A楼房2组监测点(测点布置见图1)为例进行分析，混7A位于标8段，其中F184点是距离围护墙(0．4m)最近的监测点，F185点距离围护墙3．4m；F188点距离基坑最远(30．2m)。图4是基坑开挖过程中F188组的实测沉降曲线，图5是基坑开挖过程中F184组的实测沉降曲线。

    从图4、5中可以看到，基坑围护结构位移过程分为4个阶段：中楼板以上顾筑开挖(至第四道支撑)、中楼板制作养护、中楼板以下暗挖施工、底板浇筑及后期沉降。 F184一边墙体最大沉降为9．76mm，差异沉降为7．09mm，差异沉降率为0．25‰；F185一边墙体最大沉降为6．18mm，差异沉降为1．84mm，差异沉降率为0．07‰；房屋对角的差异沉降分别为5．42mm和3．46mm，有一定不均匀沉降。图6为7层民房的沉降曲线和地下墙位移图。

 4．2  西侧明珠线一期宜山路车站的沉降监测
图7为明珠线一期宜山路车站的沉降曲线。

       位于标2段的F142、F172(见图1)为车站南侧同截面上的两点，其中F142距离基坑围护墙仅为2．7m。从图7中可以看出：随着基坑的开挖，车站开始沉降，但自中楼板浇筑以后，沉降趋缓；中楼板以下开挖时各监测点的沉降斜率，均小于中楼板以上开挖时的沉降斜率，最大沉降为5．66mm，差异沉降为2．84mm，差异沉降率仅为0．14‰；车站对角的差异沉降分别为3．96mm和0．7mm，相对于约200m长的车站是很小的。与距离相近的民房测点F185点相比(F185最终沉降6．18mm)，沉降量更小，这是因为明珠线一期宜山路车站的桩基形式较民房的桩基形式好的缘故。
4．3  实测数据的分析
从以上监测数据的整理中，初步总结出下列规律：
(1)沉降过程可分为4个阶段：①中楼板以上顾筑开挖(至第四道支撑)；②中楼板制作养护；③中楼板以下暗挖施工；④底板浇筑及后期沉降。那么可以发现几乎所有的监测断面均反映为“两急两缓”，即①、③阶段沉降发展较为迅速，②、④阶段较为平缓，底板浇筑后周边建筑物沉降即趋于稳定。
(2)一般明挖法基坑随着开挖深度的加大，沉降速率会逐渐加大，而在半逆筑法施工的区段①、③阶段的沉降速率相差并不大，甚至多次出现③阶段沉降速率反而小的情况。这一点正证明了中楼板对控制位移有强有力的支撑作用，逆筑法施工阶段产生的沉降比顾筑阶段和中楼板构筑阶段更小。
(3)所有测点在中楼板施工阶段沉降变化均较小，最大变化值约2mm，有些测点只有1mm左右，这说明事先分层地基加固、预设钢支撑的措施对控制中楼板施工阶段基坑位移取得了很好的效果。
（4）基坑开挖的早期，由于条形复合基础具有一定刚性，房屋沉降主要表现为整体、均匀沉降，随着开挖
深度的加大，差异沉降逐渐加大。因此，在以后类似工程中，对基坑开挖的后期，应高度重视差异沉降的发展。
(5)大部分监测数据表明，居民楼沉降的基本规律是离基坑越近，沉降就越大，图6中显示的“马鞍状”沉降分布，则是居民楼另一侧顶管工程施工与本工程基坑开挖沉降叠加的结果。
施工过程始终安全、顺利，邻近建筑构物未发生任何实质性的沉降问题，证明了总体方案是非常成功的。
5  结  语
      根据以往的施工经验，类似的基坑开挖，造成间距在3m左右的周边民房的沉降一般在30～40mm，而本工程中，楼房距基坑最近处仅0．27m，在整个基坑开挖期间的最大沉降近10mm，差异沉降仅5．42mm，达到了一级基坑施工保护规范的要求，为深基坑工程保护周边环境提供了一个成功的范例。“明珠线二期宜山路车站基坑施工技术研究”科研项目通过了上海市科学技术委员会的技术鉴定，达到国际先进水平。