地铁车站施工对既有高架的保护技术研究

2021-11-05尚艳娜

建筑施工 2021年7期

尚艳娜

上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司上海 200092

1 工程概况

上海轨交15号线古北路站北端紧邻延安高架，为地下3层岛式站台车站。主体规模160.00 m×21.30 m，站台中心处顶板覆土约3.54 m，底板埋深约28.28 m。车站主体为双柱三跨现浇钢混凝土箱形结构，顶板厚900 mm，下一层板厚400 mm，下二层板厚500 mm，底板厚1 400 mm，侧墙为叠合墙形式，采用明挖顺作法施工。

2 本工程与延安西路高架桥的关系

2.1 主体工程

古北路站主体结构基坑位于古北路正下方，围护结构为厚1 200 mm地下连续墙＋内支撑的形式，基坑深度为28.30～30.15 m。古北路规划道路红线宽度为32 m。北端头井基坑深度约30.15 m，坑底位于第⑤3-1层灰色粉质黏土中，围护结构选用厚1 200 mm地下连续墙（十字钢板接头），墙长59 m，其中7.5 m为构造配筋段，插入比约0.708，墙趾位于第⑧2-2层灰色粉砂、粉质黏土互层中。沿基坑深度方向设置8道支撑，其中第1、3、5道为钢筋混凝土支撑，第2、4道为壁厚16 mm的φ609 mm钢支撑，第6、7、8道为壁厚20 mm的φ800 mm钢支撑。

2.2 附属工程

古北路站主附属结构4A、4B号出入口及2#、3#风亭位于地块内，靠近延安西路高架侧基坑深度为14.16 m，围护结构为φ900 mm@1 050 mm钻孔灌注桩＋φ850 mm@600 mm三轴搅拌桩止水帷幕＋内支撑的组合式围护结构，沿基坑深度方向设置4道支撑，第1道为钢筋混凝土支撑，第2、3、4道为壁厚16 mm的φ609 mm钢支撑。

2.3 相对关系

两处基坑北端紧邻延安西路高架（图1）。延安西路两侧4A和4B出入口以过街通道相连，为不影响延安西路交通，采用顶管方式，两侧工作井均位于地块内。车站北侧为延安西路高架桥，在此范围内的桥梁采用简支梁形式，桥墩基础采用了φ550 mm预应力管桩，桩底标高为－48.5 m。高架桥墩距离北端头井最近24.62 m，距离4A出入口约17.14 m，距离4B出入口约34.27 m，顶管通道距离最近桥墩桩基为3.50 m。

图1 车站基坑与延安西路高架桥桩基平面位置关系

3 车站基坑方案及措施

为了保护延安西路高架，在本工程中采取了加深地下连续墙、坑内加固、伺服钢支撑＋3道混凝土支撑、坑内降压、加强监测等措施[1-2]。

3.1 围护和支撑体系

根据工程特点、场地条件、盾构筹划和工期要求，结合管线搬迁和交通疏解需求及总体工程筹划，车站主体基坑均采用局部盖挖法＋明挖顺作法施工，附属基坑采用明挖顺作法施工，一期围挡范围内先行施工主体车站基坑后继续施工西侧2#、3#风亭一期基坑。二期围挡施工剩余附属结构。

标准段基坑深度约28.28 m，坑底位于第⑤3-1层灰色粉质黏土中，围护结构选用厚1 200 mm地下连续墙（十字钢板接头），墙长56 m，其中8 m为构造配筋段，墙趾位于第⑧2-2层灰色粉砂、粉质黏土互层中。沿基坑深度方向设置7道支撑，其中第1、3、5道为钢筋混凝土支撑，第2、4道为壁厚1 mm的φ609 mm钢支撑，第6、7道为壁厚20 mm的φ800 mm钢支撑，北侧13—20轴中第4、6、7、8道钢支撑增加伺服系统。

北端头井基坑深度约30.15 m，坑底位于第⑤3-1层灰色粉质黏土中，围护结构选用厚1 200 mm地下连续墙（十字钢板接头），墙长59 m，其中7.5 m为构造配筋段，墙趾位于第⑧2-2层灰色粉砂、粉质黏土互层中。沿基坑深度方向设置8道支撑，其中第1、3、5道为钢筋混凝土支撑，第2、4道为壁厚16 mm的φ609 mm钢支撑，第6、7、8道为壁厚20 mm的φ800 mm钢支撑，北侧第4、6、7、8道钢支撑增加伺服系统。施工中通过适时调整伺服钢支撑的轴力实现对地下连续墙位移的有效控制。

3.2 地基加固

根据基坑特点，周边环境条件和工程地质情况，保护延安西路高架、控制基坑变形，对基坑进行一定范围的地基加固。车站主体基坑坑底位于⑤1-2层粉质黏土中，为控制混凝土支撑绑扎钢筋和养护混凝土期间基坑变形，标准段拟在第5道混凝土支撑下3 m、坑底下3 m均采用高压旋喷桩抽条加固，并辅之以坑内降水，以提高土体被动抗力，有效控制基坑变形，抽条加固宽度3 m，间距3 m。北端头井处，拟在第5道支撑至基坑底下3 m采用高压旋喷桩抽条＋裙边加固，抽条＋裙边加固宽度6 m ，旋喷桩加固土体28 d无侧限抗压强度≥1.0 MPa。场区内浅层分布有厚层填土和黏质粉土，为防止槽壁坍孔，对地下连续墙两侧采用三轴搅拌桩槽壁加固。

地基加固所采用的水泥一般为强度不低于42.5级的普通硅酸盐水泥，水泥掺量和水灰比应满足高压旋喷桩的水泥掺量不宜小于25%，水灰比宜为0.7～1.0。旋喷桩加固前，需在距离施工处20 m以内的围护墙均达到设计强度后方可开始旋喷施工，且在基坑开挖期间不得进行旋喷桩施工。地基加固完成后需采用钻孔取芯进行质量检测，检查点的数量不宜少于施工桩数的1%，并不应少于5点。

3.3 降水方案

为满足基坑开挖施工要求，避免承压水突涌风险，在施工过程中，除采用真空深井疏干坑内潜水外，还需对场地内的承压水进行处理。

由于古北路站基坑开挖深度大，开挖过程中⑤3-2层、⑧2-2层（微）承压水有突涌可能，应重视承压水控制不当对基坑开挖以及周边环境带来的风险，⑤3-2层承压水含水层顶最浅标高为－35.38 m，底部与⑧2-2层直接连通，⑧2-2层承压水含水层顶最浅标高为－51.38 m，水头标高最高为地面下3 m（标高约＋0.50 m），根据计算结果，基坑开挖至－14.4 m和－20.8 m时，需依次开始降⑤3-2层和⑧2-2层承压水。承压水降水时需根据实测承压水水头标高及基坑开挖深度按需降水。

针对⑤3-2层及⑧2-2层承压水突涌风险，根据计算两层均需降压，两层水位降深要求相差较大，⑤3-2层厚度较大，垂向渗透小，⑧2-2层向⑤3-2层补给缓慢，为确保基坑安全且减小降水对周边环境的影响，针对该两层进行分层降压。同时结合基坑围护的深度，将降压井均设置于坑内，滤管底浅于地下连续墙墙底。井位在基坑范围内基本均匀布置，并避开支撑及结构梁、柱等。

在基坑外侧布设观测兼备用井，及时监测坑外水位和沉降量的变化，发现问题及时处理，调整抽水井及抽水流量，指导降水运行和开挖施工。

3.4 施工监测

本基坑施工监测应涵盖地下工程施工的各个阶段，从基坑围护结构施工前2周测定初始值开始，直至施工至回填土结束、数据收敛为止，实施全过程信息化施工监测监控，严格控制邻近地上建（构）筑物，地下管线变形和渗漏情况。如果发现围护墙变形超过控制值，应予以重视，必要时采取主动跟踪补偿注浆，控制基坑变形。基坑开挖中必须严格进行监测并及时提供各项数据。

4 本工程施工对延安西路高架的影响分析

4.1 主体基坑开挖对延安西路高架的影响分析

为了较准确地反映基坑开挖卸载对周边设施产生的附加变形影响，计算分析采用了Midas NX平面弹性有限元软件，以便模拟基坑围护体系与土体间的相互作用，土体自身的弹性特点，以及实际开挖工况等非线性因素。以基坑中部剖面的计算结果来评估附加影响。建模范围为基坑及周围约5倍开挖深度范围内的土体，根据以往工作经验和实测数据，以及工程的规模，此范围已基本满足模拟土体的半无限体特性。

用连续介质有限元法计算时，为简化计算，岩土介质可根据不同情况和不同要求选择不同的本构模型。在本工程的计算中，环境要求地基的沉降很小，由土体塑性而引起的塑性应变也很小，故本文计算采用的模型为小应变土体硬化模型。高架桥桩基距北端头井基坑最近距离24.6 m，为φ550 mm预应力管桩、桩底标高为－48.5 m。

计算结果显示，主体结构基坑围护结构水平位移最大值为29.5 mm≤0.14%H＝42.2 mm（H为基坑开挖深度），满足一级基坑变形控制要求；地面沉降最大值为27 mm≤0.10%H＝30 mm，满足GB 50911—2013《城市轨道交通工程监测技术规范》第9.3.1条的相关规定。根据上海市市政行业标准《城市桥梁隧道安全保护区域技术标准》中的规定，墩台均匀总沉降值需小于10 cm，相邻墩台总沉降差值为5 cm，墩台顶面水平位移为2.5 cm。根据计算结果，延安西路高架桥桩基础最大沉降为4.45 mm＜100 mm，水平最大位移为7.2 mm＜25 mm，故基坑开挖对高架桥桩基础的影响可控。

4.2 主体基坑降水对延安西路高架的影响分析

根据详勘报告和抽水试验获取的参数进行理论分析计算，得出降水引起的地表沉降。将基坑开挖和降水引起的地表最大沉降进行叠加，得到延安西路高架桥桩基附近地表产生的最大沉降预估值为29.6 mm≤0.10%H＝30.15 mm，满足要求。

5 结语

既有建（构）筑物附近的深基坑施工是多见的，保护措施因各种因素而不同。如何选择最有利、最合适、最安全有效的保护方案，是设计和施工的一大考验，也是一个讨论、验证和不断探索的过程。这类工程的共同核心要素是最大限度地保证既有建（构）筑物的安全，减少变形。笔者借鉴在建工程中的实际案例，在解决难点的过程中不断探讨和研究。总结了既有建（构）筑物周边深基坑施工中应注意的细节和事项，希望能为类似工程提供参考。