M8線翔殷路車站大型端頭井施工技術

【摘 要】 翔殷路地鐵站為地下一層單跨結構，因受周圍環境條件影響，使北端頭井結構尺寸特大(平面尺寸為65m×72.4m)，而施工工期緊，無法使用鋼筋混凝土支撐，只能采用φ609鋼支撐，這又給施工帶來很大難度。文章就北端頭井的施工作一介紹，供廣大施工技術人員參考。?
【關鍵詞】 基坑圍護 井點降水 注漿加固 支撐體系 四通接頭

一、工程概況?

上海市軌道交通M8線工程翔殷路站位于中原路和翔殷路十字交叉道路下，橫跨翔殷路呈南北走向，其北端位于中原路上，南端位于營口路上。?

車站包括出入口、風井及設備用房，全長174.9m，寬16～65m，主體結構為地下一層單跨結構，標準段結構凈高8.88m。?

隧道掘進采用了雙圓盾構施工的新工藝，而且雙圓盾構從南端頭井進洞后將在主體結構內部穿過，直接到達北端頭井。車站總平面布置見圖1。

車站圍護結構為600mm厚地下連續墻，開挖深度達14.2m，設4道φ609鋼支撐；車站兩端風井部分開挖深度為10.8m，設3道φ609鋼支撐；主體結構底板厚1.2m，側墻厚0.35～0.6m，頂板厚0.8～1.2m。線路縱坡為由南向北0.2%的下坡，車站頂板覆土厚度為1.5～4.0m。基坑保護等級為二級。?

北端頭井特大(平面尺寸為65m×72.4m)是本工程的一大特點，為保證結構施工安全及管線搬遷和道路翻交的需要，在北端頭井內增設了⊥型臨時封堵墻(墻1和墻2)，把北端頭井分成北一段(44.5m×37.5m)和北二段，從而方便了施工。?

二、現場地質條件?

根據業主提供的翔殷路站的詳勘資料，場地屬長江三角洲入海口東南前緣的濱海平原地貌類型，微地貌屬吳淞江古河道沉積層，主要由第四系上更新統和全新統濱海～河口相、濱海～淺海相、河口～沼澤相的粘性土及砂、粉性土組成，地層分布較穩定。由于吳淞口左河道的切割，場地內缺失③層灰色淤泥質粉質粘土，代之而分布的有厚度較大的②3層砂質粉土。各土層的埋藏分布及土層特征見表1。

表1 地層特性表

基坑開挖深度范圍內，主要為②3層砂質粉土，其結構較松散，具較強滲透性，且易震動液化，在地下水滲流作用下易產生流砂、管涌現象；場地潛水主要在②3層土中，實測水位埋深0.6～0.8m(常年地下水位埋深可取0.5m)，潛水對混凝土無腐蝕性。承壓水主要在⑦層砂質粉土中，實測承壓水位埋深2.6m，據《DGJ08-11-1999規范》計算，基底會產生突涌現象，需降承壓水。?

三、北端頭井施工技術?

1.?地下連續墻施工?

北端頭井地下墻共46幅，深度為21～28m，槽段平面呈直線形、折線形、L形、T形和Z形等多種形狀，混凝土強度等級為水下C30，抗滲標號S8。地下連續墻采用液壓抓斗挖槽機成槽施工工藝。?

(1)成槽難點?

由于成槽需穿越②3灰色砂質粉土層，土層埋深為地面下4.2～14.3m，水平滲透系數為1.2×10-4cm/s，垂直滲透系數為2.6×10-4cm/s，流砂現象相當嚴重，成槽過程中土體易坍塌、不穩定。?

(2)解決措施?

①井點降水?

在連續墻成槽施工前一星期，先使用大口徑井點進行預降水，將水位降至地面以下約8m，有效固結該區段內的砂性土，從而增加槽壁的穩定性。鉆孔直徑為600mm，井管直徑為273mm，井點管中心距地下墻邊2m，井點管水平間距約8m，轉角處適當增加。井管外側空隙從孔底到地面下4m范圍回填粗砂，地面下4m至地面用粘土封堵。?

②雙液注漿加固?

在施工數幅地下墻后發現，直線形地下墻成槽質量較好，而轉角幅地下墻混凝土充盈系數在1.2～1.4左右。經過反復研究討論后，決定對所有地下墻的陰角部位土層采取雙液注漿加固措施，加固深度為地面下7m，水灰比為1∶1，注漿量為100L/m，孔位布置成梅花形。井點降水管和注漿孔位布置見圖2。?

通過以上兩種施工措施后，地下墻混凝土充盈系數基本控制在1.05～1.10，從而使地下墻成槽質量得到了很好的控制。?

2.?蓋挖順筑法施工?

因翔殷路管線搬遷和交通道路翻交的需要，故在臨時封堵墻1南側的11m范圍采用蓋挖順筑法施工，即先施工頂板，然后在頂板上進行管線搬遷和交通道路施工，再開挖頂板下的土體。為此，蓋挖段頂板下設計14根鉆孔樁，用以支撐頂板及地面交通荷載。?

(1)鉆孔灌注樁?

鉆孔樁長66m，分成上下兩節。下節為直徑1.2m、長53m的鋼筋混凝土樁(至底板內)，上節采用φ609鋼管樁(從插入底板下3m至頂板)，鋼管內澆注混凝土。?

(2)施工要求?

由于鋼管樁是作為車站的永久立柱，因而對鋼管樁定位誤差和垂直度控制要求非常高，鉆孔樁定位誤差要求≯10mm，垂直度≯1/300；鋼管樁定位誤差≯10mm，垂直度≯1/600；單樁承載力設計值為7400kN；混凝土強度等級C40。鉆孔樁平面布置見圖3。

(3)實施措施?

為保證鉆孔樁的垂直度，施工采用GPS-20型鉆機正循環鉆進成孔。鉆孔66m深至設計標高后放入鋼筋籠，鋼筋籠長度為53m，然后開始澆注混凝土，當混凝土澆注至鋼筋籠下3m位置時，立刻插入φ609鋼管，控制好垂直度后，再在鋼管內澆注混凝土直至管頂。?

為保證鋼管樁垂直度控制在1/600內，特在施工中改用浮球觀測法進行控制，即先在鋼筋籠上找出中心點位置，然后在中心點上綁扎1根線繩，線繩的另一頭綁上球膽，線的長度應是系繩點至樁頂標高之間的距離；將壁厚為5mm、高400mm的鋼護筒固定在鋼筋籠頂部內壁鋼筋上，作為以后千斤頂的支撐點；在鋼管樁的底部預埋4只千斤頂，每只千斤頂的調節桿用1根φ14的鋼筋固定并連接到地面，地面操作人員只需通過調節連接鋼筋就可以調節千斤頂的預加應力，從而控制鋼管樁的垂直度。?

蓋挖段基坑開挖后，對鉆孔樁進行了復測，其定位誤差和垂直度基本上都在設計要求的控制范圍內。?

3.?地基加固?

(1)雙液漿加固?

為防止基坑開挖過程中因地下連續墻產生過大的位移及土體回彈而影響附近地下管線和建筑物的使用安全，因而在基坑底采用抽條注漿加固土體，從而減小地下連續墻的水平位移及基坑旁土體的沉降。加固深度為基坑面以下4～5m，加固后28d強度Ps≥1.0MPa。?

由于地下連續墻轉角處的鋼支撐集中軸力較大，故對其外側土體從基坑底至地面范圍進行雙液注漿加固。

(2)攪拌樁加固?

車站主體結構因盾構過站需要，其底板標高比出入口、風井及設備用房等底板低3.2m，此部位土層為②3砂質粉土，土質相當差；而在北端頭井東側又有高層建筑，離基坑較近；加上北端頭井開挖面積大、基坑暴露時間長，風險很大。為保證在基坑開挖階段周圍建筑物的安全和坑底的穩定，故在主體結構與附屬結構的底板高低錯落處采用深層攪拌樁加固土體，加固寬度為3.2m，靠近高層建筑的基坑邊6m范圍內采用深層攪拌樁加固，其中底板面至底板面下7.4m為強加固，水泥滲量為14%；底板面至地面范圍為弱加固，水泥滲量為7%。? 攪拌樁28d強度指標：開挖面以下qu≥1.5MPa；開挖面以上qu≥0.8MPa。?

(3)地下墻墻趾注漿加固?

地基加固平面布置見圖4。

為防止地下連續墻在基坑開挖時產生過量沉降，須在地下墻達一定強度后對墻趾進行加固。用地下墻施工時預埋的注漿管進行注漿加固，注漿的漿液為粉煤灰、膨潤土、水泥和水玻璃組成的雙液漿，注漿量為1.5m3/m。??

4.?井點降水?

井點降水包括基坑內潛水降水和承壓水降水兩種，因現場周圍建筑物和地下管線相當多，在降水過程中，地下水位的下降會導致降水漏斗范圍內地表沉降，因此降水范圍和程度需要合理控制。?

(1)基坑內降潛水?

通過降低基坑內潛水，可以及時疏干開挖范圍內土層中的游離水，使土體得以壓縮固結，提高土體的水平抗力，防止開挖面的土體隆起。?

車站范圍內已有攪拌樁加固和雙液注漿抽條加固，故布置降水井時應考慮避開地基加固位置，合理布置井點，確保降水效果達到最好。本工程單井有效抽水面積取200m2(經驗值為160～220m2)，井管直徑為273mm，鉆孔直徑為600mm，井管深達19m；為保證抽水效果，濾管分為2節，第1節長8m，第2節長4m，井管壁鉆有16個孔，孔徑為30mm。?

(2)降承壓水?

場地內承壓水主要來自⑦層砂質粉土中的地下水，⑦層土頂埋深為29.6～31.4m，為第一承壓含水層。由于實測承壓水位在地面下2.6m，據《DGJ08-11-1999規范》計算，基底會產生突涌現象，若要保證基坑安全，承壓水水頭高度不得小于6m，因此在基坑內布置了4口降水井，在基坑外布置了1口觀測井。降水井直徑為273mm，鉆孔直徑為600mm，井管深達41m，水泵抽水能力為6m3/h，其中濾管布置在地面下-31～-39m范圍。為避免地下水下降太快而影響地面沉降，北一段基坑開挖至地面下8m時開始抽承壓水，這樣既保證施工時基坑底板的穩定，又避免了抽水時間過早而造成降水漏斗過大，導致地表大范圍沉降，影響周邊建筑物安全。在降低基坑內承壓水頭的過程中，當觀測井中的承壓水頭降至設計要求(地面下7m左右)時，應及時調整抽水量，防水因過分降水而引起地面沉降，待底板混凝土達到設計強度后可停止抽降承壓水，并做好封井準備工作。地下潛水和承壓水降水井點布置及濾管構造見圖5。

5.?北一段基坑開挖與支撐?

(1)鋼支撐?

①四通接頭?

北一段平面尺寸為44.5m×37.5m，中間開挖深度為14.2m，兩側風井及設備用房開挖深度為11m。因受工期限制，無法采用鋼筋混凝土支撐，只能使用φ609鋼支撐。而在這樣大的基坑中，單根鋼支撐長度將達到44.5m，因而很難保證鋼支撐的穩定性，若基坑內采用雙向支撐，這又使上下道支撐之間的凈高變得很小，給開挖施工帶來困難。經過專家、設計院和公司總工多次討論后，決定采用鋼支撐雙榀，且雙向支撐均布在同一標高，鋼支撐?quot;＃字"型，鋼支撐相互連接采用四通接頭(見圖6)。根據開挖流程和安裝的便捷，南北方向鋼支撐貫通連接，東西方向的鋼支撐與四通接頭、四通接頭相互之間連接均采用螺栓固定。

②鋼圍檁?

為加強地下墻的整體穩定性，在鋼支撐端部地下墻上設置雙榀H型鋼(規格700×400×40×30)作為鋼圍檁，鋼支撐撐在雙榀H型鋼上，這樣既可以使地下墻形成整體，又可以放大鋼支撐水平之間的間距，給挖土施工帶來很大方便。?

③鋼支撐軸力設計?

鋼支撐設計軸力第1道為582kN，第2道為2281kN，第3道為2630kN，第4道為2545kN。施工時，除第1道施加設計軸力的50%外，其余均施加設計軸力的70%。支撐布置見圖7。

圖7 鋼支撐布置圖?

(2)基坑開挖?

由于基坑內支撐呈"＃字"布置，上下道鋼支撐間距約3m，因此，挖土施工時無法采用傳統的分段分層開挖方式，而是采用中間向四周擴散的盆式開挖方式。?

①支撐設置?

基坑開挖至第1道鋼支撐設計標高下1m，鑿平地下墻上凸出的混凝土，在四側拐角上按設計圖施工鋼筋混凝土角撐，在直撐段安裝雙榀70＃H型鋼。先設置好東西向鋼支撐，并在兩端同時施加預應力，然后在支撐十字交叉位置放置好四通接頭，再把南北向支撐與四通接頭用螺栓固定，并在兩端同時施加預應力，最后在格構柱之間用工字鋼支護鋼支撐。?

依次施工第2道和第3道鋼支撐，當第3道鋼支撐安裝后，開挖至風井設計底板標高(約-7.3m)，施工并澆注兩側風井底板混凝土，待混凝土強度達到設計強度70%后再開挖中間落深部位(高差約3.2m)土層，此時可采用分段分層開挖方式，邊挖邊撐，鋼支撐撐在兩側已施工完成的混凝土底板上。?

②注漿堵漏?

開挖過程中對地下連續墻上有滲漏水的地方隨時進行注漿堵漏，直至無滲漏水出現。?

③復加支撐軸力?

基坑施工過程中，支撐不可避免的會產生預應力損失。支撐軸力的損失與開挖進程、圍護結構位移、地面沉降變形、溫度變化、施工過程中的震動等有關。支撐預應力損失必然會引起圍護結構的位移，所以，及時、有效地復加支撐軸力，對控制地下墻位移是一項非常關鍵而有效的措施。?

施工中通過預放在鋼支撐端部的軸力計監測鋼支撐軸力變化情況，當軸力計顯示支撐軸力損失≥10%時，應對支撐進行軸力復加。?

6.?北二段開挖及支撐?

北二段有一段頂板(約11m范圍)，由于管線搬遷和交通組織需要，將采用蓋挖法施工，即先施工頂板，頂板完成后在其上鋪設管線和施工瀝青混凝土道路，然后再在頂板下挖土，施工底板和內襯。?

蓋挖段開挖深度為5m，此深度土層為②3灰色砂質粉土，流砂現象特別嚴重，又緊鄰翔殷路，地面下有大量管線。而地下墻圍護只有東、西、北3側，為確保安全，在開挖段南側打設1排40＃鋼板樁作圍護，鋼板樁長12m，水平向設56＃H型鋼作為圍檁，用φ609鋼支撐撐住，但不加預應力。?

鋼板樁施工完成后，先開挖至第1道鋼支撐標高下1m，安裝雙向鋼支撐，然后開挖至頂板設計底標高下，澆注200mm厚素混凝土，再施工頂板。待頂板混凝土強度達到設計強度后拆除支撐，進行防水涂料施工，最后回填土、鋪設管線和施工瀝青混凝土道路。支撐布置見圖8。

7.?結構施工?

基坑開挖至設計標高后，澆筑底板素混凝土C30厚300mm，兼作底撐。北端頭井兩側風井結構底板比中間段盾構過站結構底板標高高出約3.1m，因此先施工兩側風井結構底板，然后再施工中間段盾構過站結構底板。?

一方面由于管線搬遷、道路翻交，要求頂板施工盡快完成；另一方面為了減少圍護結構的后期變形，所以內襯墻采用了后澆法，即在頂板混凝土澆注并達到強度后，再施工內襯墻。

為便于以后內襯墻的混凝土澆筑，頂板和內襯墻上部1m范圍內的混凝土一起澆筑，內襯墻下端作成45°的內斜口(見圖9)，以方便以后混凝土澆注。

四、施工監測?

為保證施工期間基坑開挖的穩定性及周邊道路、地下管線和建筑物的正常使用，實現信息化施工，在地下墻、建筑物、道路和管線等部位設置了沉降及位移觀測點(見圖10)。

圖10 測點布置圖

監測周期從基坑開挖開始到結構頂板完成，監測頻率視施工工況，每天1～2次，基坑變形控制保護等級為二級。監測結果見表2、表3。?

由于基坑每一層土方開挖和支撐安裝的時間較長，使圍護結構無支護暴露時間較長，地下墻墻體位移較大，局部超出了設計報警值(40mm)，但建筑物沉降、管線沉降和路面沉降均滿足設計要求。?

五、小結?

本工程北端頭井結構遠遠大于常規的地鐵車站端頭井，基坑暴露時間相當長，但基坑變形還是得到了很好的控制，這是由于在施工中采取一系列技術措施，如：地下墻成槽在穿越②3灰色砂質粉土層時，采用井點降水固結土體，地下墻轉角處采用雙液注漿加固，在大型基坑圍護結構內側采用深層攪拌樁加固等。

由于端頭井單根支撐長度達到45m，通過四通接頭固定，減小了支撐的長細比，有效地增加了支撐的穩定性；采用雙榀鋼支撐、四通接頭和鋼圍檁作為支撐組合體系，使支撐間距達到6m左右，為支撐的吊裝和土方開挖創造有利條件，加快了工程進度。?

為控制地下墻變形，及時進行鋼支撐軸力的復加；因鋼支撐長度很長，故施加預應力時應提高軸力設計值的10%～20%。?

以上提到的一些技術措施，是翔殷路車站大型端頭井施工成功的關鍵，對今后的類似工程，有一定的參考價值。