M8線翔殷路車站大型端頭井施工技術(shù)

【摘 要】 翔殷路地鐵站為地下一層單跨結(jié)構(gòu)，因受周圍環(huán)境條件影響，使北端頭井結(jié)構(gòu)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(shù)人員參考。?
【關(guān)鍵詞】 基坑圍護(hù) 井點(diǎn)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(fēng)井及設(shè)備用房，全長174.9m，寬16～65m，主體結(jié)構(gòu)為地下一層單跨結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)凈高8.88m。?

隧道掘進(jìn)采用了雙圓盾構(gòu)施工的新工藝，而且雙圓盾構(gòu)從南端頭井進(jìn)洞后將在主體結(jié)構(gòu)內(nèi)部穿過，直接到達(dá)北端頭井。車站總平面布置見圖1。

車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)為600mm厚地下連續(xù)墻，開挖深度達(dá)14.2m，設(shè)4道φ609鋼支撐；車站兩端風(fēng)井部分開挖深度為10.8m，設(shè)3道φ609鋼支撐；主體結(jié)構(gòu)底板厚1.2m，側(cè)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?；颖Ｗo(hù)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(diǎn)，為保證結(jié)構(gòu)施工安全及管線搬遷和道路翻交的需要，在北端頭井內(nèi)增設(shè)了⊥型臨時(shí)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(xiàn)場地質(zhì)條件?

根據(jù)業(yè)主提供的翔殷路站的詳勘資料，場地屬長江三角洲入?？跂|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(tǒng)和全新統(tǒng)濱?！涌谙?、濱?！珳\海相、河口～沼澤相的粘性土及砂、粉性土組成，地層分布較穩(wěn)定。由于吳淞口左河道的切割，場地內(nèi)缺失③層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，代之而分布的有厚度較大的②3層砂質(zhì)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(nèi)，主要為②3層砂質(zhì)粉土，其結(jié)構(gòu)較松散，具較強(qiáng)滲透性，且易震動(dòng)液化，在地下水滲流作用下易產(chǎn)生流砂、管涌現(xiàn)象；場地潛水主要在②3層土中，實(shí)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(zhì)粉土中，實(shí)測承壓水位埋深2.6m，據(jù)《DGJ08-11-1999規(guī)范》計(jì)算，基底會產(chǎn)生突涌現(xiàn)象，需降承壓水。?

三、北端頭井施工技術(shù)?

1.?地下連續(xù)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(qiáng)度等級為水下C30，抗?jié)B標(biāo)號S8。地下連續(xù)墻采用液壓抓斗挖槽機(jī)成槽施工工藝。?

(1)成槽難點(diǎn)?

由于成槽需穿越②3灰色砂質(zhì)粉土層，土層埋深為地面下4.2～14.3m，水平滲透系數(shù)為1.2×10-4cm/s，垂直滲透系數(shù)為2.6×10-4cm/s，流砂現(xiàn)象相當(dāng)嚴(yán)重，成槽過程中土體易坍塌、不穩(wěn)定。?

(2)解決措施?

①井點(diǎn)降水?

在連續(xù)墻成槽施工前一星期，先使用大口徑井點(diǎn)進(jìn)行預(yù)降水，將水位降至地面以下約8m，有效固結(jié)該區(qū)段內(nèi)的砂性土，從而增加槽壁的穩(wěn)定性。鉆孔直徑為600mm，井管直徑為273mm，井點(diǎn)管中心距地下墻邊2m，井點(diǎn)管水平間距約8m，轉(zhuǎn)角處適當(dāng)增加。井管外側(cè)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(shù)幅地下墻后發(fā)現(xiàn)，直線形地下墻成槽質(zhì)量較好，而轉(zhuǎn)角幅地下墻混凝土充盈系數(shù)在1.2～1.4左右。經(jīng)過反復(fù)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(diǎn)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(shù)基本控制在1.05～1.10，從而使地下墻成槽質(zhì)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(shí)封堵墻1南側(cè)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(jìn)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(shè)計(jì)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(jié)。下節(jié)為直徑1.2m、長53m的鋼筋混凝土樁(至底板內(nèi))，上節(jié)采用φ609鋼管樁(從插入底板下3m至頂板)，鋼管內(nèi)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(shè)計(jì)值為7400kN；混凝土強(qiáng)度等級C40。鉆孔樁平面布置見圖3。

(3)實(shí)施措施?

為保證鉆孔樁的垂直度，施工采用GPS-20型鉆機(jī)正循環(huán)鉆進(jìn)成孔。鉆孔66m深至設(shè)計(jì)標(biāo)高后放入鋼筋籠，鋼筋籠長度為53m，然后開始澆注混凝土，當(dāng)混凝土澆注至鋼筋籠下3m位置時(shí)，立刻插入φ609鋼管，控制好垂直度后，再在鋼管內(nèi)澆注混凝土直至管頂。?

為保證鋼管樁垂直度控制在1/600內(nèi)，特在施工中改用浮球觀測法進(jìn)行控制，即先在鋼筋籠上找出中心點(diǎn)位置，然后在中心點(diǎn)上綁扎1根線繩，線繩的另一頭綁上球膽，線的長度應(yīng)是系繩點(diǎn)至樁頂標(biāo)高之間的距離；將壁厚為5mm、高400mm的鋼護(hù)筒固定在鋼筋籠頂部內(nèi)壁鋼筋上，作為以后千斤頂?shù)闹吸c(diǎn)；在鋼管樁的底部預(yù)埋4只千斤頂，每只千斤頂?shù)恼{(diào)節(jié)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(diào)節(jié)連接鋼筋就可以調(diào)節(jié)千斤頂?shù)念A(yù)加應(yīng)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(jìn)行了復(fù)測，其定位誤差和垂直度基本上都在設(shè)計(jì)要求的控制范圍內(nèi)。?

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(xù)墻產(chǎn)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(xù)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(qiáng)度Ps≥1.0MPa。?

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

(2)攪拌樁加固?

車站主體結(jié)構(gòu)因盾構(gòu)過站需要，其底板標(biāo)高比出入口、風(fēng)井及設(shè)備用房等底板低3.2m，此部位土層為②3砂質(zhì)粉土，土質(zhì)相當(dāng)差；而在北端頭井東側(cè)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(shí)間長，風(fēng)險(xiǎn)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(wěn)定，故在主體結(jié)構(gòu)與附屬結(jié)構(gòu)的底板高低錯(cuò)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(nèi)采用深層攪拌樁加固，其中底板面至底板面下7.4m為強(qiáng)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(qiáng)度指標(biāo)：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(xù)墻在基坑開挖時(shí)產(chǎn)生過量沉降，須在地下墻達(dá)一定強(qiáng)度后對墻趾進(jìn)行加固。用地下墻施工時(shí)預(yù)埋的注漿管進(jìn)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(diǎn)降水?

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

(1)基坑內(nèi)降潛水?

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

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

(2)降承壓水?

場地內(nèi)承壓水主要來自⑦層砂質(zhì)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(shí)測承壓水位在地面下2.6m，據(jù)《DGJ08-11-1999規(guī)范》計(jì)算，基底會產(chǎn)生突涌現(xiàn)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(nèi)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(dá)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(shí)開始抽承壓水，這樣既保證施工時(shí)基坑底板的穩(wěn)定，又避免了抽水時(shí)間過早而造成降水漏斗過大，導(dǎo)致地表大范圍沉降，影響周邊建筑物安全。在降低基坑內(nèi)承壓水頭的過程中，當(dāng)觀測井中的承壓水頭降至設(shè)計(jì)要求(地面下7m左右)時(shí)，應(yīng)及時(shí)調(diào)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(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后可停止抽降承壓水，并做好封井準(zhǔn)備工作。地下潛水和承壓水降水井點(diǎn)布置及濾管構(gòu)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(cè)風(fēng)井及設(shè)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(dá)到44.5m，因而很難保證鋼支撐的穩(wěn)定性，若基坑內(nèi)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(jīng)過專家、設(shè)計(jì)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(biāo)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(jù)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(qiáng)地下墻的整體穩(wěn)定性，在鋼支撐端部地下墻上設(shè)置雙榀H型鋼(規(guī)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(shè)計(jì)?

鋼支撐設(shè)計(jì)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(shí)，除第1道施加設(shè)計(jì)軸力的50%外，其余均施加設(shè)計(jì)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(nèi)支撐呈"＃字"布置，上下道鋼支撐間距約3m，因此，挖土施工時(shí)無法采用傳統(tǒng)的分段分層開挖方式，而是采用中間向四周擴(kuò)散的盆式開挖方式。?

①支撐設(shè)置?

基坑開挖至第1道鋼支撐設(shè)計(jì)標(biāo)高下1m，鑿平地下墻上凸出的混凝土，在四側(cè)拐角上按設(shè)計(jì)圖施工鋼筋混凝土角撐，在直撐段安裝雙榀70＃H型鋼。先設(shè)置好東西向鋼支撐，并在兩端同時(shí)施加預(yù)應(yīng)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(shí)施加預(yù)應(yīng)力，最后在格構(gòu)柱之間用工字鋼支護(hù)鋼支撐。?

依次施工第2道和第3道鋼支撐，當(dāng)?shù)?道鋼支撐安裝后，開挖至風(fēng)井設(shè)計(jì)底板標(biāo)高(約-7.3m)，施工并澆注兩側(cè)風(fēng)井底板混凝土，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度70%后再開挖中間落深部位(高差約3.2m)土層，此時(shí)可采用分段分層開挖方式，邊挖邊撐，鋼支撐撐在兩側(cè)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(xù)墻上有滲漏水的地方隨時(shí)進(jìn)行注漿堵漏，直至無滲漏水出現(xiàn)。?

③復(fù)加支撐軸力?

基坑施工過程中，支撐不可避免的會產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力損失。支撐軸力的損失與開挖進(jìn)程、圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移、地面沉降變形、溫度變化、施工過程中的震動(dòng)等有關(guān)。支撐預(yù)應(yīng)力損失必然會引起圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移，所以，及時(shí)、有效地復(fù)加支撐軸力，對控制地下墻位移是一項(xiàng)非常關(guān)鍵而有效的措施。?

施工中通過預(yù)放在鋼支撐端部的軸力計(jì)監(jiān)測鋼支撐軸力變化情況，當(dāng)軸力計(jì)顯示支撐軸力損失≥10%時(shí)，應(yīng)對支撐進(jìn)行軸力復(fù)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(shè)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(nèi)襯。?

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

鋼板樁施工完成后，先開挖至第1道鋼支撐標(biāo)高下1m，安裝雙向鋼支撐，然后開挖至頂板設(shè)計(jì)底標(biāo)高下，澆注200mm厚素混凝土，再施工頂板。待頂板混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除支撐，進(jìn)行防水涂料施工，最后回填土、鋪設(shè)管線和施工瀝青混凝土道路。支撐布置見圖8。

7.?結(jié)構(gòu)施工?

基坑開挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，澆筑底板素混凝土C30厚300mm，兼作底撐。北端頭井兩側(cè)風(fēng)井結(jié)構(gòu)底板比中間段盾構(gòu)過站結(jié)構(gòu)底板標(biāo)高高出約3.1m，因此先施工兩側(cè)風(fēng)井結(jié)構(gòu)底板，然后再施工中間段盾構(gòu)過站結(jié)構(gòu)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(hù)結(jié)構(gòu)的后期變形，所以內(nèi)襯墻采用了后澆法，即在頂板混凝土澆注并達(dá)到強(qiáng)度后，再施工內(nèi)襯墻。

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

四、施工監(jiān)測?

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

圖10 測點(diǎn)布置圖

監(jiān)測周期從基坑開挖開始到結(jié)構(gòu)頂板完成，監(jiān)測頻率視施工工況，每天1～2次，基坑變形控制保護(hù)等級為二級。監(jiān)測結(jié)果見表2、表3。?

由于基坑每一層土方開挖和支撐安裝的時(shí)間較長，使圍護(hù)結(jié)構(gòu)無支護(hù)暴露時(shí)間較長，地下墻墻體位移較大，局部超出了設(shè)計(jì)報(bào)警值(40mm)，但建筑物沉降、管線沉降和路面沉降均滿足設(shè)計(jì)要求。?

五、小結(jié)?

本工程北端頭井結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于常規(guī)的地鐵車站端頭井，基坑暴露時(shí)間相當(dāng)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(shù)措施，如：地下墻成槽在穿越②3灰色砂質(zhì)粉土層時(shí)，采用井點(diǎn)降水固結(jié)土體，地下墻轉(zhuǎn)角處采用雙液注漿加固，在大型基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)采用深層攪拌樁加固等。

由于端頭井單根支撐長度達(dá)到45m，通過四通接頭固定，減小了支撐的長細(xì)比，有效地增加了支撐的穩(wěn)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(dá)到6m左右，為支撐的吊裝和土方開挖創(chuàng)造有利條件，加快了工程進(jìn)度。?

為控制地下墻變形，及時(shí)進(jìn)行鋼支撐軸力的復(fù)加；因鋼支撐長度很長，故施加預(yù)應(yīng)力時(shí)應(yīng)提高軸力設(shè)計(jì)值的10%～20%。?

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