淺談上海軌交13號(hào)線大渡河路站控制地表沉降關(guān)鍵技術(shù)

劉子欣

（上海市政建設(shè)有限公司，上海市　200438）

淺談上海軌交13號(hào)線大渡河路站控制地表沉降關(guān)鍵技術(shù)

劉子欣

（上海市政建設(shè)有限公司，上海市200438）

在城市軌道交通工程施工過程中，周邊環(huán)境往往十分復(fù)雜，如何控制地面沉降，避免發(fā)生管線、道路開裂，房屋沉降變形等事故是每個(gè)施工單位關(guān)注的重點(diǎn)。以上海軌道交通13號(hào)線大渡河路站施工為工程背景，對(duì)地面沉降及其危害進(jìn)行分析。介紹工程中相關(guān)技術(shù)措施的運(yùn)用及其效果，并對(duì)減少周邊地面沉降的技術(shù)手段進(jìn)行了總結(jié)。

城市軌道交通；地面沉降；控制

0　引言

城市軌道交通具有運(yùn)量大、速度快、安全、準(zhǔn)點(diǎn)、保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能源和用地等特點(diǎn)。世界各國普遍認(rèn)識(shí)到，解決城市的交通問題的根本出路在于優(yōu)先發(fā)展以軌道交通為骨干的城市公共交通系統(tǒng)。

為逐步解決城市交通擁堵問題，上海市加大了城市軌道交通建設(shè)的步伐，地鐵工程以及臨近地鐵的地下工程日益增多，各深基坑工程不斷加強(qiáng)地下空間的開發(fā)與利用。但上海作為典型的第四系松散軟土地區(qū)，各地基土層軟弱、復(fù)雜，且具有流變特性。本文首先對(duì)上海軌交13號(hào)線大渡河路車站建設(shè)過程中收集的情況加以描述，其次就地面沉降原因、地面沉降危害以及對(duì)整體工程施工的相互影響進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的技術(shù)措施。

1　工程概況

上海軌道交通13號(hào)線大渡河路站位于大渡河路與金沙江路，車站全長315 m，寬26～35 m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800 mm厚地下連續(xù)墻，墻深30～32 m，基坑開挖深度16.4～18.2m?；庸苍O(shè)5道支撐，首道為混凝土支撐，其余4道為鋼支撐。根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告中的相關(guān)數(shù)據(jù)，該區(qū)域內(nèi)土質(zhì)條件較差，其中②3層砂質(zhì)粉土厚度約10 m，埋深為12 m，土層滲透系數(shù)Kv=1.45E-04，KH=2.22E-04，且當(dāng)土層擾動(dòng)后極易液化，易造成地下連續(xù)墻施工過程中土體坍塌。

2　周邊環(huán)境

及時(shí)分析圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻頂位移、墻體變形、周邊建筑及地面沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，判斷和預(yù)測(cè)周邊地表沉降的趨勢(shì)，以便采取施工保護(hù)技術(shù)措施，是指導(dǎo)正確施工的重要方法之一。

因本車站紅線整體規(guī)劃原因，在基坑5～36軸南側(cè)存有已建構(gòu)筑物3棟，分別為2棟16層高層以及1棟6層小高層，距離基坑最小距離僅為13.7 m。6層建筑物基礎(chǔ)為片筏式，埋深約1.5 m。

針對(duì)大渡河路站的周邊環(huán)境及工況條件，南側(cè)為交通便道，有居民樓，北側(cè)為地塊開發(fā)的施工場(chǎng)地，關(guān)注與控制的重點(diǎn)是在南側(cè)。因6層居民樓位于車站主體6～18軸位置，因此該部位的基坑變形控制也成為關(guān)注中的重中之重。

3　地面沉降原因及危害分析

（1）上文中所提到的土質(zhì)較差現(xiàn)象在整個(gè)施工區(qū)域呈全覆蓋狀態(tài)，土質(zhì)擾動(dòng)后極易液化現(xiàn)象在地下連續(xù)墻施工階段顯而易見。在圍護(hù)結(jié)構(gòu)成槽階段，出現(xiàn)的土體坍塌使周邊地表明顯沉降。其中，最為突出的是南側(cè)地下連續(xù)墻S15及S16，因地下管線因素未進(jìn)行土體處理而直接進(jìn)行成槽施工。其中S15地墻理論方量122 m3，實(shí)際方量為158.6 m3，充盈系數(shù)為1.3；另一副地墻S16理論方量為115 m3，實(shí)際方量為143.7 m3，充盈系數(shù)為1.25，均超過規(guī)范要求（1.1），是造成周邊地表沉降的最主要的因素。

在該工程的施工策劃階段，通過對(duì)以往類似工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)的分析，預(yù)判到地下連續(xù)墻施工時(shí)的土體坍塌將對(duì)后續(xù)工程開展造成嚴(yán)重的不良后果：a.由于土體坍方造成混凝土澆筑產(chǎn)生繞流現(xiàn)象，不但影響鎖扣管頂拔過程的安全性及操作性，而且極易造成相鄰地墻成槽困難及鋼筋籠的下放；b.土體坍方使刷壁工藝不能完全迎合槽壁而導(dǎo)致刷壁質(zhì)量差，從而使地墻接縫處漏水情況較為嚴(yán)重，對(duì)周邊地面沉降控制不利；c.地墻坍方本身會(huì)造成周邊地面的沉降；d.超方混凝土鑿除費(fèi)時(shí)費(fèi)力，將嚴(yán)重影響基坑開挖進(jìn)度，使基坑裸露時(shí)間長，基坑變形增大；e.超方混凝土?xí)加玫貕臻g，坑底加固時(shí)鉆機(jī)無法緊靠地墻加固，造成坑底裙邊加固效果不佳，導(dǎo)致基坑變形增大。

（2）由于整體車站開挖的橫斷面較長，約315 m，且開挖深度較深，眾多的鋼支撐拼裝與土體開挖的時(shí)間控制不利，導(dǎo)致基坑暴露無支撐時(shí)間過長，這也是圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移的重要因素。根據(jù)深基坑施工經(jīng)驗(yàn)得知，在基坑開挖面下1～3 m范圍往往是圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移變形最大的區(qū)域，極易產(chǎn)生踢腳、內(nèi)拱而使圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生位移。然而，一系列的空間變形連鎖反映如坑底隆起、格構(gòu)柱上浮、墻頂下沉，最終使得周邊地表出現(xiàn)沉降量加劇。根公式δv=α×δn（其中，δv表示地面橫向最大沉降值，δn表示圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移，α為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取0.7～1.0，δn較大時(shí)取大指，反之則取小指）也說明了基坑開挖導(dǎo)致圍護(hù)墻體變形，進(jìn)而出現(xiàn)周邊地表沉降，是軟土地基基坑開挖普遍存在的現(xiàn)象，且兩者存在定量關(guān)系。

4　相關(guān)技術(shù)措施的運(yùn)用及效果

4.1地下連續(xù)墻施工前采取土體處理

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，結(jié)合該工程地質(zhì)及以往類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，在確保工程質(zhì)量的前提下，盡可能在施工期間減少對(duì)周邊環(huán)境的影響，故采用地墻內(nèi)、外兩側(cè)增設(shè)單排Ф650攪拌樁圍護(hù)的施工措施，從而減少在地下連續(xù)墻施工過程中產(chǎn)生坍方的現(xiàn)象。開挖面加固深度控制在12 m，即超過砂質(zhì)粉土層即可，迎土面加固深度控制在18 m，目的是加固兼止水。加固土水泥滲量為12%～15%，總加固方量約14 000 m3。通過采取加固措施，地墻施工過程中沒有發(fā)生大的塌方，施工順利，地墻平均充盈系數(shù)在1.05，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)?；娱_挖后的情況也證實(shí)了這一點(diǎn)，除局部有少量超方混凝土外，地墻表面平整，沒有出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，只有局部少量滲水情況，通過人工堵漏予以解決。圖1為地墻內(nèi)外兩側(cè)加固示意圖。

圖1　地墻內(nèi)外兩側(cè)加固示意圖

4.2調(diào)整基坑坑底加固位置

大渡河路站基坑分為一級(jí)基坑及二級(jí)基坑，南側(cè)有6層居民樓位置對(duì)應(yīng)的6～18軸屬于一級(jí)基坑，其余部分屬于二級(jí)基坑?；涌拥兹惯叢捎酶邏盒龂姌都庸?，一級(jí)基坑加固寬度為5 m，二級(jí)基坑加固寬度為4 m，加固深度均為4 m。針對(duì)大渡河路站周邊環(huán)境，位移重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象是南側(cè)，因此在不改變加固總量的基礎(chǔ)上，對(duì)基坑坑底加固寬度進(jìn)行了適當(dāng)調(diào)整。一級(jí)基坑部位，將北側(cè)加固寬度由5 m減少到3 m，南側(cè)將相應(yīng)增加到7 m；二級(jí)基坑北側(cè)加固寬度由4 m調(diào)整到3 m，南側(cè)加固寬度相應(yīng)增加到5 m，加固深度不變。

調(diào)整加固范圍的目的在于通過增加加固體的體積，提高其土體加固能力。把加固體作為一道臨時(shí)支撐，在基坑無支撐暴露過程中起到支撐作用，為基坑整體支撐體系在建立過程中填補(bǔ)空缺，降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移變形，使基坑的整體穩(wěn)定性得以保障。同時(shí)，地基加固范圍調(diào)整也加大了圍護(hù)結(jié)構(gòu)跟部抵抗彎矩的能力，降低坑底隆起，從而確?；拥姆€(wěn)定。

4.3增加一道混凝土支撐

根據(jù)以往基坑開挖的經(jīng)驗(yàn)，一般開挖深度在16 m以上、基坑寬度達(dá)15 m以上的深基坑，地墻的最大變形一般在50 mm左右。大渡河路站的情況更為特殊：（1）地質(zhì)條件差，砂質(zhì)粉土層厚達(dá)8 m，埋深在7～11 m，南側(cè)的交通便道上行駛的車輛對(duì)土體撓動(dòng)作用較大，砂質(zhì)粉土層在車輛的撓動(dòng)作用下液化，會(huì)增加土體對(duì)地墻的側(cè)壓力；（2）大渡河路站基坑開挖深度為16.4 m，寬度為26 m，屬于超寬型基坑，鋼支撐因接頭過多易產(chǎn)生應(yīng)力損失，從而使變形量增大；（3）大渡河路站基坑標(biāo)準(zhǔn)段長度達(dá)230 m，一次性放坡開挖，盡管已經(jīng)考慮到6～18軸基坑優(yōu)先開挖到施工底板，但整個(gè)基坑開挖時(shí)間較長，無支撐暴露時(shí)間過多，會(huì)造成地墻變形量增大。基于上述諸多不利因素，將第三道鋼支撐變更為混凝土支撐，以減少地墻的變形，從而減少對(duì)周邊環(huán)境的影響。從基坑開挖后的情況來看，未增設(shè)混凝土支撐的部位地墻最大變形為47 mm，增加混凝土支撐的部位地墻最大變形為32 mm，效果明顯。

5　減少對(duì)周邊地面沉降的建議

（1）信息化監(jiān)測(cè)作為保證基坑施工安全的一種有效手段，對(duì)分析周邊地面沉降變形規(guī)律，判斷水土流失狀況，指導(dǎo)工程施工安全預(yù)警等方面能起到重要的作用。密切關(guān)注沉降變形的發(fā)展，仔細(xì)分析數(shù)據(jù)，及時(shí)提供信息化跟蹤，以便發(fā)生險(xiǎn)情時(shí)及時(shí)發(fā)出警報(bào)。

（2）設(shè)計(jì)階段應(yīng)充分考慮δv=α×δn的定量關(guān)系，雖為經(jīng)驗(yàn)公式，但地面沉降量與圍護(hù)結(jié)構(gòu)位移顯然是息息相關(guān)的。在圍護(hù)結(jié)構(gòu)配筋過程中，可以適當(dāng)考慮開挖工況時(shí)最不利因素，在適當(dāng)部位增加配筋量，從而提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的抗彎變形能力。

（3）深基坑施工的影響范圍往往以2H（2倍基坑開挖深度）為最不利控制范圍，可以在施工前做好前期排摸工作，對(duì)可能影響較大的區(qū)域做好防范工作或技術(shù)處理。

（4）本文中提到的增設(shè)混凝土支撐并非適用于每一個(gè)深基坑，筆者認(rèn)為混凝土支撐的增加從某種意義上是提高了基坑的整體剛度，但混凝土支撐的成型及強(qiáng)度發(fā)展需要較長的時(shí)間，而這段時(shí)間里基坑變形量是一個(gè)累加的過程，此外，在基坑不斷挖深時(shí)，也能發(fā)現(xiàn)第一道混凝土支撐從一個(gè)受壓構(gòu)件已轉(zhuǎn)變?yōu)槭芾瓨?gòu)件，所以隨著基坑深度的增加，側(cè)壓力不斷提升的過程中能最快速度完成開挖是技術(shù)控制的重中之重。

（5）從可控制措施看，圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形是先兆，如圍護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大變形或突變，隨后一定會(huì)出現(xiàn)地面沉降。此時(shí)，除立即加強(qiáng)基坑施工措施外，應(yīng)及時(shí)對(duì)相應(yīng)區(qū)域的地表采取加固措施，以最快速度降低對(duì)周圍環(huán)境的影響程度。

（6）利用先進(jìn)的科技手段，對(duì)每一道鋼支撐采用自動(dòng)應(yīng)力補(bǔ)償措施，第一時(shí)間對(duì)鋼支撐所損失的應(yīng)力加以附加，從而提高基坑的整體剛度，但落實(shí)該措施的費(fèi)用較大，需做好可行的權(quán)衡分析。

［1］SZ-08-2000，上海地鐵基坑工程施工規(guī)程［S］.

［2］DGJ08-11-2010，地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范相關(guān)條文［S］.

U231.3

B

1009-7716（2016）06-0243-03

2016-02-18

劉子欣（1984-），男，上海人，工程師，從事施工技術(shù)及工程管理工作。