高密度建筑保护区施工超深基坑的技术对策

1、高密度建筑保护区施工超深基坑的技术对策摘要：上海轨道交通7 号线常熟路站周边需保护建（构）筑物密集，介绍了该工程主体基坑围护结构设计方案及针对周边建（构）筑物所采取的一系列保护措施，包括两层中板逆作的“两明两暗”施工方法、首道采用混凝土支撑兼作临时路面体系横梁、地墙分小幅、南端头井增设封堵墙并提前进行出洞土体加固、在第四道支撑下增加旋喷抽条加固、加大地下墙的入土深度以减小降承压水施工时对周边环境的影响。以上综合处理措施通过施工实戏证明了其有效性，保证了周边建筑物的安全及1 号线区间隧道的正常运营，对今后类似工程具有一定参考价值。关键词：地铁车站；深基坑；建（构）筑物；保护措施；土体加固摘自：地

2、下工程与隧道2008年第1期近年来，上海轨道交通网络不断密集，不少车站修建在城市繁华地段，周边环境条件复杂。上海轨道交通7 号线常熟路站周边既邻贴历史保护建筑、多层民宅，又有近距离已经运营的地铁线路，具有典型的代表性，其设计与施工对今后类似工程有借鉴作用。1 工程概况7 号线常熟路站位于上海市区繁华的淮海中路与常熟路交叉口北侧，北段位于常熟路下，南段位于拟拆迁的上海市卫生防疫站内。车站为地下三层岛式车站，站主体为双柱三跨箱形框架结构。车站结构长155.2m ，标准段结构宽20.8m ，站台宽度12 m ；站台中心处顶板覆土厚度4.52m ，标准段基坑开挖深度约24.1m ，端头井基坑开挖深度约

3、26m 。车站主体南端距离目前正在运营的1号线区间隧道13 . 818 . 6m ；车站周围建筑物密集，近距离有保护建筑3处、保留建筑1处、影响建筑3处。车站主体东侧距离赛华公寓（保护建筑，地面8层，框架结构，1928年建）最近约3 . 6m ；距离淮海大楼（保护建筑，地面6层，无地下室，柱下独立木桩基础，1936年建）最近约10.8m ；在赛华公寓与淮海大楼之间，尚有一座3层别墅，建于20 世纪20 年代，与车站最近距离约16.2m 。 车站主体西侧距离外贸局工艺品公司常熟路住宅（地面4 层，条形基础，1962 年建）最近约4m ；距离中波海运公司职工住宅三号楼和二号楼（地面6 层，条形基础

4、，1981 年建）最近分别约3 . 3m 和9 . 6 m ；距离上海市疾病预防控制中心三号楼（原刘公馆，保留建筑，地面3 层，条形基础）最近约14.2m 。7 号线常熟路站总图如图1 所示。图1 7号线常熟路站总图2 地质情况拟建场区为古河道沉积区，缺失层硬土，沉积有厚层的溺谷相3、4层，土层自上至下可划分为8大层12小层及一个夹层，其中除层为近代人工堆填外，层皆为全新Q4沉积层，层为上更新世Q3 沉积层，场区土层分布基本均匀。车站主体除南端头井底板坐落在3层外，其余底板均坐落在1层。车站场地土情况见表1 。地下水有浅部薪性土中的潜水，部分地区浅部粉性土层中的微承压水和深部粉性土、砂土层中的

5、承压水。根据地质报告，设计时潜水水位采用上海市年平均水位埋深0.5m ，场区分布的层黄绿色粉砂层为第一承压含水层。本场地进行了两个承压水测试试验，测得的承压水头埋深分别为为10.2m （标高7.8m ）和9 . 5m （标高6 . 58m ）。3 车站主体围护结构设计方案常熟路现状道路宽度为14m ，双向4车道，地面交通十分繁忙。根据业主提供的由市交警部门确定的车站施工期间地面交通组织要求，常熟路需保留双向4 车道通行能力。根据交通疏解方案及施工场地需要，常熟路站施工可在盖挖逆作及盖挖顺作这两种方法中进行比选，两者的比较见表2 。常熟路站周围近距离需保护建筑密集，且建筑年代已久，结构条件较差，

6、适应不均匀沉降的能力很差。因此，对基坑变形的要求非常高；且车站南端头井离运营中的1 号线较近，对其保护要求也较高。综合考虑施工进度、变形控制及永久结构的质量，常熟路站主体结构的施工应综合盖挖逆作法与盖挖顺作法的优点，确定采用盖挖顺作的“两明两暗”施工方法，即两层中板逆作，底板、顶板顺作，利用车站结构的楼梯孔及电缆井作为施工期间的吊装孔及出土孔。这样既保证了基坑变形要求，又在一定程度上加快了施工进度，且避免因顶板逆作产生纵向施工缝，从而保证了车站顶板的施工质量。对于盖挖的临时路面体系，经过综合比选，采用了具有一定模数可以重复利用的钢盖板临时路面体系。根据常熟路站周边环境的具体情况，确定车站基坑保

7、护等级为一级。标准段基坑开挖深度约24 . 1 m ，端头井基坑开挖深度约26m ，均采用1000 厚地下连续墙作为围护墙，首道支撑采用混凝土支撑兼作钢盖板临时路面体系横梁。标准段围护结构横剖面图及施工工序如图2 所示。沿基坑深度方向除首道混凝土支撑外，另有七道钢支撑，两层中板逆作，相当于又增加了两道钢筋混凝土支撑。根据施工过程和使用期间分阶段进行结构内力计算。对于标准段沿车站纵向取单位长度按支撑在弹性地基梁上的平面框架进行内力和变形分析，地层对地墙的作用采用一系列弹簧进行模拟，采用“增量法”原理，结构计算模拟实际的施工顺序后对不同工况内力和变形进行综合包络。地下墙在基坑开挖施工过程中的变形及

8、内力包络图如图3 所示。图2 标准段围护结构横剖面图及施工工序（mm）图3 标准段围护结构变形及弯矩包络图4 对临近建（构）筑物的保护措施4 . 1 改进临时路面体系钢盖板临时路面体系在日本应用的较为成熟，一般以横梁为主梁，纵梁为次梁，均采用型钢结构。鉴于常熟路站在基坑两侧保护建筑多且距离较近的情况，本站采用了一种改进的纵横梁体系方案，即钢盖板直接支承于纵梁上，纵梁为次梁，横梁为主梁；纵梁采用钢梁，横梁采用混凝土梁兼作首道混凝土支撑。其优点是对保护环境、减小基坑位移较为有利，且在采用刚度较大的混凝土横梁的同时，承受路面动荷载及地层压力，结构受力较为可靠。钢盖板临时路面横剖布置图见图4 。图4

9、临时路面体系横剖布置（mm）4 . 2 地墙分小幅本站北端头井东西两侧距离赛华公寓及两幢多层住宅距离仅34m 。为了减少该处地墙成槽期间对周边环境的影响，设计中对该部分地墙的分幅宽度进行了调整，一般为33 . 6m ，这样可以有效地利用土拱效应的影响，减少槽壁坍方；同时，因为分幅较短，各道工序施工时间也相应的缩短，有利于成槽的稳定。4 . 3 南端头井增设封堵墙 本站南端头井距离运营中的1 号线区间隧道仅13 . 818 . 6m , 1 号线区间隧道中心埋深约12m 。为了保护1 号线，在本站19 轴处设置lm 厚地下连续墙封堵，使得南端头井被分隔成一个尺寸较小的基坑，充分利用了结构受力的空

10、间效应，从而降低基坑开挖的风险。4 . 4 提前进行南端头井盾构出洞土体加固按照7 号线盾构施工筹划，本站南端头井为单圆盾构始发井。按照常规，端头井出洞加固一般在端头井土建完成后进行，而针对本站南端头井距离1 号线较近的现实情况，在基坑开挖前即进行出洞加固。 南端头井出洞加固宽度6m ，加固深度为地面至基坑地下4m 的范围。土体加固分两次进行，先加固外侧3m ，然后施工连续墙，接着再加固内侧3m 。这样，既可以减小南端头井连续墙成槽对l 号线区间隧道的影响，又可以减少南端头井基坑开挖施工时对1 号线区间隧道的影响。南端头井出洞加固示意图见图5 。4 . 5 基坑坑底地基加固本站基坑坑底位于第1

11、层粉质豁土中，物理力学性质较差，坑底采用“裙边” 抽条的旋喷加固方式，加固深度为坑底以下4m 。4 . 6 第四道支撑下增加旋喷抽条加固 本站第四道支撑及下一层中板均处于物理力学性质较差的第层淤泥质豁土中，下一层中板逆作相当于增加了一道混凝土支撑。为了减小下一层中板混凝土浇筑和养护期间对基坑变形的不利影响，保证基坑稳图5 南端头井出洞加固示意图（mm )定和减小变形，针对常熟路站周边建（构）筑物密集的情况，除在坑底进行地基加固外，另在北端头井及标准段第四道支撑底2m 范围内增加了旋喷抽条加固，加固条宽2m 、间隔2m ；在南端头井第四道支撑底以下2m 范围进行旋喷桩网格式加固，加固条宽2m 、

12、间隔2m 。5 承压水治理本站标准段基坑开挖深度约24.1m ，端头井基坑开挖深度约26m ，场地缺失层土，且层各亚层交错复杂，基坑北端4层土局部缺失，即缺失相对隔水层。根据计算，北端头井及标准段基坑抗承压水安全系数仅0 . 74 ，南端头井抗承压水安全系数仅0 . 58 。为确保基坑稳定和支护体系安全，并满足抗隆起、抗渗流、抗倾覆等稳定性要求，经计算，标准段地墙深度44m 、端头井地墙深度46m 即可满足要求。为了满足基坑开挖后坑内地基土抗承压水头的稳定性，承压水降深较大，滤管深度将超出上述地墙计算深度。经基坑降水三维数值计算及沉降分析，坑内降水在坑外产生较大的水位降落，将导致基坑周边建筑和

13、1 号线均产生超过60mm的沉降，会对周边建筑物的保护和1 号线的正常运营产生极大的影响。 对于7 号线常熟路站这样周围环境保护要求严格的深基坑，要减少降承压水对周边环境的影响，必须减少抽水量，尽量将降水曲线封闭在基坑内。经过多方论证，本站加大了围护墙体的插入深度，标准段及端头井地墙深度均达52m ，使其超过降水井井点深度2m ，以减少坑内降水造成的坑外水位降落，从而减小由于降承压水对坑外环境的影响。6 工程实施效果目前，7 号线常熟路站南端头井主体结构已经完成并已交付盾构施工单位，其余部分地墙已经完工，剩余基坑尚未开挖。在整个南端头井施工期间，1 号线最大变形量为+ 6 . 04mm和1 . 95mm，地墙变形的最大值在地下23m 处，北侧封堵墙变形最大值约29 mm，南端头53 井周边建筑物（淮海大楼）最大沉降6 . 5 mm，均满足基坑一级保护的相关要求。从实施效果看，所采取的基坑总体设计方案及对临近建（构）筑物的保护措施确保了1 号线运营和周边建筑物的安全。7 结语针对本工程周边建（构）筑物密集的情况，设计时采取了一系列针对性措施，包括： 两层中板逆作的“两明两暗”施工方法；首道采用混凝土支撑兼作临时路面体系横梁；地墙分小幅；南端头井增设封堵墙并提前进行出洞土体加固；在第四道支撑下增加旋喷抽条加固