复杂环境下地铁车站超深基坑的部分逆作法施工

张 敏

上海建工二建集团有限公司 上海 200080

在城市核心区进行地铁车站基坑开挖施工时，其周边环境地面建筑密集、车辆往来频繁、地下管线错综复杂，对基坑开挖的变形保护要求极高，而且工期往往极为紧张。对于这类工程，有时采用单纯的顺作法或逆作法可能均难以同时满足技术、工期及环境保护等多方面的要求。此时，如果采用部分逆作法施工技术，对顺作、逆作区域进行合理划分，充分结合顺作法与逆作法各自的优势，则往往可以取长补短，达到顺利实现工程建设目标的效果[1-8]。

本文以上海市轨道交通12号线漕宝路站基坑工程为研究背景，针对复杂环境条件下地铁车站超深基坑的部分逆作法施工技术开展探索研究，为今后类似工程提供可借鉴的技术经验。

1 工程概况

1.1 工程简介

上海市轨道交通12号线漕宝路站工程位于漕宝路北侧地块和道路接合部地下，沿漕宝路呈东西走向（图1）。漕宝路站为地下4层岛式站台车站，车站地下1层为预留商业开发，地下2层为站厅层，地下3层为设备层，地下4层为站台层。车站主体长约150.0 m，标准段宽约22.8 m，开挖深度为28.2～28.5 m。西端端头井的开挖深度为30.1 m，东端端头井的开挖深度为30.4 m。作为市政重点项目，本项目工期进度要求极为严格。

图1 轨交12号线漕宝路站地理位置

1.2 地质条件

本工程场地属第四系河口、滨海、浅海、沼泽、溺谷相沉积层，主要由饱和黏性土、粉性土、砂土组成。地基土可划分为7个主要层次，其中①层分为2个亚层，③层局部地段分布有③夹层黏质粉土，⑤层可分为3个亚层，⑤3-3层下部可分出⑤3夹层砂质粉土夹粉质黏土。

本工程场地地下水类型有浅部土层中的潜水、⑤2层中的微承压水，以及深部土层（⑤3-3层—⑨层）中的承压水。据勘探揭示，微承压水与其下的承压水互相连通。

2 工程难点分析

2.1 周边环境复杂

本工程北侧地块原为上海地毯总厂、上海玉石雕刻厂等；南侧地块为上海市第八人民医院、漕宝路污水泵站、上海银行等，西南侧为和信商务大楼、和诚商务大楼；车站东侧区间跨沪闵路下穿既有轨交1号线漕宝路车站，漕溪路上有沪闵高架路穿过。车站附近道路以漕宝路和漕溪路为主，漕溪路中为宽7 m绿化带，沿路上方为沪闵高架路，车流、人流量均较大。

2.2 地下管线众多

本工程周边地块下方管线众多，且年代较为久远，对于基坑开挖产生的土体变形极为敏感。管线翻交后，离车站地下连续墙最近的管线为车站主体南侧1根1 200 mm直径合流污水管，距离基坑仅4.5 m，为闵行、徐汇两区污水输送主干管线，日污水流量10万 m3。该管线为混凝土承插管，铺设于20世纪80年代，保护要求极高。此外，距离基坑1倍开挖深度范围内还存在雨水、煤气、给水等诸多管线。

2.3 地下承压水对基坑开挖安全影响大

本工程范围内分布有⑤2层微承压水层、⑤3-3层承压含水层及⑦2层承压含水层，有潜在的基坑底部突涌风险。此外，本工程基坑开挖深度较深，已进入⑤2层微承压水层。当基坑开挖至接近坑底时，坑内⑤2层水头降深与坑外水头高差极大，有可能产生流砂等危害。

3 支护方案选择及优化

3.1 部分逆作方案确定

本工程基坑深度较深，若采用传统顺作法，则基坑变形难以控制。特别是离车站地下连续墙仅4.5 m的直径1 200 mm合流污水管为混凝土承插管，铺设于20世纪80年代，变形保护相求极高。顺作开挖极有可能造成该合流污水管的损坏。

因此，综合考虑工期、造价、保护要求等因素后，决定采用部分逆作法施工，并将逆作界面层选在与污水管标高接近的B2层。

沿基坑深度共设置9道支撑，9道支撑中心轴线分别位于地面以下5.3、8.2、11.8、13.6、17.6、19.6、23.8、26.2 m处。首道支撑为混凝土支撑，第2、3、6、8道于8—12轴间为混凝土支撑，其他均为钢支撑。第5、7道即为地下2层和地下3层逆作板撑。此外在逆作法施工板下各增加1道临时钢支撑。

3.2 支撑位置优化及取土口布置

若按常规方式布置支撑，本项目混凝土支撑间距为8 m，钢管支撑间距为3 m，间距模数的不匹配给取土带来了极大的不便。此外，由于本项目采用部分逆作法施工，逆作界面层下的取土需通过取土口完成，取土点的布设难度更加突出。

为避免上述问题，本项目对支撑间距进行了微调，并对围檩进行了放大增强，从而实现了混凝土支撑、钢支撑以及逆作取土口的位置统一，确保了挖土效率。

4 部分逆作关键施工技术研究

4.1 部分逆作法施工工序

桩基施工→地下连续墙施工→开挖地下1层和地下2层土方至设计标高→施工混凝土支撑及钢支撑（随挖随撑）→施工B2逆作板→暗挖地下3层土方至设计标高→施工B3逆作板→暗挖地下4层土方至设计标高→施工大底板→施工地下4层逆作墙、柱→施工地下3层逆作墙、柱→施工地下2层墙、柱及B1板→施工地下1层墙、柱及顶板→主体结构完成

4.2 地下连续墙施工

为加强基坑开挖安全性，降低围护地下连续墙接头渗漏水风险，设计决定南侧地下连续墙采取接缝止水措施。通过分析研究，最终采取了地面至地面下18 m范围内采用三轴水泥土搅拌桩加固，接缝处地面下17 m至地面下35 m范围内采用3根直径1 000 mm的三重管高压旋喷桩止水加固的方案，可在地下连续墙成槽过程中对槽壁起到有效保护作用，避免对污水管造成影响。

此外，本工程地下连续墙最深达56 m，成槽机选择至关重要。普通型号的成槽机难以适应超深地下连续墙地下区域土质较硬，难以顺利成槽。为确保施工效果，本项目在上海首次引进了德国进口的利勃海尔HS885型成槽机，摆脱以往“两钻一抓，抓铣结合”的复杂工艺，可直接垂直取土。

4.3 土方开挖及支撑施工

本工程支撑形式复杂，除首道支撑为混凝土支撑外，8—12轴间还设置4道混凝土支撑。挖土进度安排不仅需要考虑B2、B3逆作板撑下出土量，还需要考虑混凝土支撑的养护时间，施工难度较高。经研究论证，最终确定了如下方案。

4.3.1 车站端头井

首先施工标准段的2根对撑，再开挖斜撑范围内的土方，最后挖除其余土方。斜撑范围内的土方，应从基坑角点沿垂直于斜撑方向向基坑内地开挖，确保分层、分段、限时并及时架设支撑。对长度大于20 m的斜撑，应先挖中间再挖两端。

4.3.2 车站主体

第2道支撑首先施工8—12轴间混凝土支撑，再向两端开挖，安装钢支撑。而第3道支撑施工时，由于第2道8—12轴间混凝土支撑因在养护期，因此需要利用时间差，采用由两端向中间开挖的方式挖土，确保第2道混凝土支撑完成养护后开挖其下部土方。第4道支撑由两端向中间开挖。

逆作B2、B3板采用短排架施工。由于土挖深度较深，故在开挖面以上800 mm处架设1道临时钢支撑，以确保基坑稳定性不受影响。板下采用分层分块开挖。大底板由两端向中间挖土施工。

4.4 基坑降水

对现场降水详勘报告进行分析，⑤2、⑤3-3、⑦2层三者间存在明显的水力联系，因基坑开挖深度深，受到⑦2层承压水影响，如何处理⑦2层降水问题是本工程降水成功与否的关键。本项目降水主要有如下难点：

1）在基坑开挖至⑤2层顶的过程中，针对⑤2微承压水的基坑降水将按先降压后疏干模式进行。如采用普通管井则必须加长滤管或加密布置管井。由于⑤2层下部为渗透系数更大的含水层，地下连续墙深度有限，如加长滤管，坑外水位必然受到较大影响。而缩短井间距，必然造成井数量过多，导致施工不便及过多的成本支出。

2）地下连续墙位于⑤3夹层，该层垂向渗透系数较大，因此若对该层降水时，绕流效应明显，必然对坑外水位产生较大影响。

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3）⑦2层和⑤3-3、⑤3夹层的水位恢复速度快，对基坑安全存在一定隐患。

4）周边环境复杂，特别是存在运营中的地铁站，环境保护与变形控制要求极高。

经过分析研究，最终形成了以下符合本工程复杂情况下的降水方案：

1）考虑到若将滤管插入微承压含水层，必将存在先降微承压水后降潜水的问题，且对环境的影响很大，因此下部土体疏干由微承压井控制。疏干井深度不进入基坑底开挖面，避免触碰微承压水。

2）坑内微承压降水采取先减压后疏干形式进行。因地下连续墙对坑内外⑤2层微承压水有较好的阻隔作用，减压效果与疏干效果都较好，因此可显著缩短降压井开启时间，降低对坑外水位的影响，确保对周边环境的保护效果。

3）由于本工程围护未隔断承压含水层，为控制基坑降水施工对周边环境的影响，在后期⑦2层降压井正式降水时应加快施工进度，防止基坑裸露时间及降水时间过长。

4.5 结构施工

4.5.1 逆作法柱节点施工技术

在柱结构施工时，针对逆作板上下柱截面变化的特点，分别在板梁上下留出一定距离插筋，从而解决了接驳器留置歪斜而无法使用的弊端，增加了接驳器方向变化余量，方便后续结构回筑施工。向下插筋模板按照设计钢筋绑扎要求位置开洞，上下插筋均采用接驳器连接。结构板内柱四角预埋直径150 mm的PVC螺纹管。

此外，逆作板施工完毕至全部结构完成时间一般较长，因此对逆作板插筋的质量控制及保护极为重要。本工程全部逆作板插筋均使用水泥浆涂刷保护。

4.5.2 逆作法墙节点施工技术

在逆作板与围护地下连续墙连接节点处内衬墙上下设置水平施工缝，沿施工缝预埋连续封闭钢板止水带。内衬墙向上插筋采用焊接方式连接，长度满足设计规范错开及搭接长度要求。内衬墙向下插筋采用直螺纹钢套管机械连接方式。

逆作结构板内沿内衬墙方向每隔1 500 mm设置直径150 mm的PVC螺纹管浇筑口，用于浇筑下层结构内衬墙混凝土。钢板止水带内侧预埋直径50 mm的PVC注浆管，间隔2 000 mm距离设置。在逆作板下内衬墙施工时，注浆管一方面作为出气孔，导引混凝土尽量充填止水钢板内侧空间，另一方面在内衬墙施工完毕后作为灌浆孔。内衬墙模板拆除前，使用水泥砂浆灌浆料填充注浆孔，有效保证了逆作法施工缝的密实度。

4.5.3 热风道先做工艺

传统方法一般是在板下预留热风道侧墙的倒插筋，待结构完成后再行施工。但本工程采用了热风道先做工艺，即在结构板施工前先行完成热风道，避免了二次支模、浇筑的烦琐工序，同时可有效提高施工质量。

4.6 通风及照明措施

本工程采用逆作法施工，需考虑地下结构施工时的通风问题。经过系统分析，结合逆作板下施工实际安排，合理布置通风系统，配置4台11 kW混流风机对基坑内空气进行置换，保证了逆作板下通风流畅。

地下照明采用白炽灯，在施工完成B2板、拆除模板排架后即安装逆作板下临时照明设施。照明线路水平向通过在楼板中预埋角钢挂设管路，竖向利用固定在立柱上的预埋管。在下层土方开挖时，灯具随着挖土方向及时跟进安装。

5 实施效果

本工程车站主体结构于2013年4月份顺利完成，施工过程中基坑围护变形和周边环境沉降均较为稳定，最终控制效果也较为理想。地下连续墙变形约为70 mm，沪闵高架路累计沉降5 mm，污水泵站房屋差异沉降在0.2%以内。地表、管线沉降最大值未超过80 mm，且为均匀沉降，管线正常使用功能均未受到影响。

6 结语

本文以上海市地铁轨道交通12号线漕宝路站基坑工程为研究背景，对复杂环境下地铁车站超深基坑的部分逆作法施工技术开展了研究。研究结果表明，部分逆作法充分结合了顺作法与逆作法各自的优势，在节约工期、控制周边环境变形方面表现出了独特的优势，可以作为复杂环境下地铁车站超深基坑施工的优选方法。本研究为今后类似工程提供了可借鉴的技术经验。