軌交車站基坑施工對既有運營區(qū)間的影響

目前，上海軌交項目中有大量深基坑項目位于已運營的軌交站附近。為了減小深基坑工程施工對運營軌交車站或區(qū)間隧道的影響,或者將其影響控制在一定范圍內(nèi),對新建深基坑工程的變形控制提出了更高的要求。基坑設(shè)計時必須采取更多的保護措施,基坑施工時也需嚴格按照設(shè)計要求進行,做到精細化施工。本文以臨近已運營的上海軌交3號線高架區(qū)間的軌交12號線龍漕路車站為例,詳細分析了車站施工時對已運營高架區(qū)間的影響及采取的預(yù)防措施,為今后類似的工程提供參考。1地面建筑的結(jié)構(gòu)及地下水條件12號線龍漕路站位于龍吳路、龍漕路交叉口西側(cè),沿龍漕路路中呈東西向設(shè)置的島式車站。受周邊地面建筑物等環(huán)境條件的影響,車站站位下穿3號線高架區(qū)間。本站共設(shè)置4個出入口(其中2個出入口與上部開發(fā)結(jié)合)、2組風(fēng)亭、2個消防出入口、1個換乘通道。車站主體為地下二層單柱雙跨(局部為雙柱三跨)的鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu),外包尺寸為157.8m×21m,標(biāo)準(zhǔn)段埋深約16.6m,端頭井埋深約18.9m,頂板覆土2.8~3.3m。車站主體基坑距3號線高架橋樁(50m長的?600PHC樁)最近約為1.2m,距云都新苑(混凝土7)房屋約為29m,距凱博佳捷酒店(混凝土3)房屋約為19.2m,距遠大心胸醫(yī)院(混凝土5)房屋約為26.7m。車站南側(cè)附屬結(jié)構(gòu)為地下一層多柱多跨的鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu),外包尺寸約為154.5m×30.7m,埋深約為9.5m,頂板覆土約為3.1m,其中局部須與上部開發(fā)結(jié)合。附屬基坑距3號線高架橋樁最近約為1.5m,距新天天配送房屋最近約為12.1m,距遠大心胸醫(yī)院房屋約為25.1m。車站北側(cè)兩個出入口通道為地下一層鋼筋混凝土箱型結(jié)構(gòu),基坑開挖深度約為9.5m。其中1號出入口距3號線高架橋樁最近約為7.2m;4號出入口須與上部開發(fā)結(jié)合,距漕溪四村房屋最近約為12m,距上海夢鄉(xiāng)床墊有限公司房屋最近約為10.4m。本站與已運營的3號線龍漕路站通過南側(cè)附屬結(jié)構(gòu)內(nèi)的連接通道形成換乘樞紐(見圖1)。擬建場地上部范圍內(nèi)地基土均屬第四紀(jì)濱海~河口相、淺海相、沼澤相和溺谷相沉積物,主要由黏性土、粉性土及砂土組成。從上至下的土層分別為:①1層填土、②層黏土、③層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④1層淤泥質(zhì)黏土、⑤2層砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土、⑤3-2層粉質(zhì)黏土夾砂質(zhì)粉土、⑤3-3層砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土、⑦2層粉細砂、⑨層粉砂。標(biāo)準(zhǔn)段基坑底位于④1層和⑤2層的交界面,端頭井基坑底位于⑤2層中。車站地質(zhì)縱斷面圖詳見圖2。本場地的地下水主要有淺部土層中的潛水,補給來源主要為大氣降水與地表逕流,其水位動態(tài)變化主要受大氣降水和地表逕流影響,年平均水位埋深為0.5~0.7m;第⑤2層、第⑤3-3層中的微承壓水,其中⑤2層承壓水水位平均埋深為3.9m,⑤3-3層承壓水水位埋深為6.9m;第⑦2層中的承壓水,承壓水水位平均埋深為6.92m。⑤3-2層有一定的承壓性和透水性,對⑤2層有較強的補給作用。場地地下水和土對混凝土無腐蝕性,地下水對鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性,對長期浸水環(huán)境下對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋無腐蝕性。2車站主要周圍環(huán)繞著3號線的高架橋樁保護2.1關(guān)于車站基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的措施，運營主基礎(chǔ)設(shè)施1a、b兩區(qū)主體結(jié)構(gòu)施工根據(jù)車站主體的平面布置,在車站中間設(shè)置兩道“封堵墻”,將主體基坑分為3個小基坑分別進行施工。每個小基坑的面積不超過1200m2(其中A區(qū)約為1150m2,B區(qū)約為1040m2,C區(qū)約為940m2),施工順序為先同時施工A、B兩區(qū),待A、B兩區(qū)主體結(jié)構(gòu)的底板、中板、頂板施工完成并達到設(shè)計強度后再施工C區(qū)。通過將車站主體基坑分小基坑后,可以大大縮短每個小基坑的開挖時間,能盡快形成每個小基坑主體結(jié)構(gòu),減小圍護結(jié)構(gòu)的變形,從而減小對3號線高架區(qū)間橋樁的影響(見圖3)。2地下連續(xù)墻內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)由于車站周邊環(huán)境復(fù)雜,將主體基坑的環(huán)境保護等級確定為一級,即基坑開挖及主體回筑階段圍護結(jié)構(gòu)的水平位移不大于0.14%H(H為基坑開挖深度),基坑外的地面沉降不大于0.1%H。同時,為了增大圍護結(jié)構(gòu)的自身剛度,減小基坑開挖時圍護結(jié)構(gòu)的變形,車站主體基坑大部分選用800mm厚地下連續(xù)墻的圍護結(jié)構(gòu)形式,支撐體系則采用混凝土支撐+鋼支撐的混合支撐體系,其中第一道支撐采用混凝土支撐,其余均為鋼支撐。在3號線高架橋投影面范圍內(nèi),考慮到地下連續(xù)墻施工時,成槽機作業(yè)面大,成槽施工會對土體產(chǎn)生較大擾動,導(dǎo)致運營中的3號線橋樁有較大的側(cè)向變形。故在該段范圍內(nèi),圍護結(jié)構(gòu)采用對土體擾動相對較小的?1000@1150鉆孔灌注樁,樁間采用了成樁直徑大、樁身質(zhì)量高、對周邊環(huán)境影響較小的?2400@1600MJS止水帷幕的形式。支撐體系除采用與A區(qū)、C區(qū)相同的支撐體系外,為增大基坑開挖期間的支撐剛度,減小主體基坑圍護結(jié)構(gòu)和3號線高架橋樁的變形,B區(qū)基坑在3號線高架橋樁處,沿車站縱向20m寬度范圍采用頂板、中板逆作法施工。該范圍內(nèi),鋼支撐則采用自動補償軸力,從而減少基坑開挖時因鋼支撐軸力的損失而造成圍護結(jié)構(gòu)的變形。3圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計由于本場地存在⑤2層、⑤3-3層微承壓含水層,且⑤3-2層有一定的承壓性和透水性,對⑤2層有較強的補給作用,車站主體基坑的圍護結(jié)構(gòu)不能將微承壓含水層隔斷(若隔斷則圍護結(jié)構(gòu)太長,工程造價太高),故主體基坑開挖時在基坑內(nèi)需要降微承壓含水層的水頭。為了減少基坑開挖降微承壓水水頭時對基坑外地下水位的影響,增長地下水的繞流路徑,加強地下墻對地下水的阻隔作用,本次主體基坑圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計時,適當(dāng)加長了距高架區(qū)間橋樁較近的B、C兩區(qū)的圍護結(jié)構(gòu),將圍護結(jié)構(gòu)加長至38m,確保圍護結(jié)構(gòu)墻底或止水帷幕樁底進入⑤3-2層1m。其中,圍護結(jié)構(gòu)底部9m為素混凝土(基坑開挖深度約16.6m,圍護結(jié)構(gòu)插入比約1.29),而A區(qū)圍護結(jié)構(gòu)長度為29m,插入比約0.75。4基坑開挖引起的變形由于車站結(jié)構(gòu)中板至底板之間主要為④1層淤泥質(zhì)黏土,該層土體含水量很大,呈流塑狀,其土體的水平向基床系數(shù)很小,基坑開挖時該層土體能提供的被動抗力較小。故為了增強該層土體的被動抗力,減小基坑開挖期間圍護結(jié)構(gòu)的側(cè)向變形,在A區(qū)、C區(qū)底板底3m范圍采用了旋噴樁抽條加固,在B區(qū)基坑3號線高架橋樁段中板底3m范圍、底板底3m范圍采用MJS裙邊+抽條加固,加固寬度為6m。采用MJS加固工藝,不僅保證了加固質(zhì)量,而且對周邊環(huán)境及地基擾動影響及其微小,確保了施工效果。2.2基坑設(shè)計方案車站南側(cè)附屬基坑與車站主體平行,基坑寬度30.16m,比車站標(biāo)準(zhǔn)段超出10.46m,基坑面積約4860m2,施工時對3號線高架橋樁的保護措施基本與車站主體基坑施工時的保護措施相同。主要措施如下:1)將南側(cè)附屬基坑分為4個小基坑進行施工(見圖4),先施工分坑1,然后同時施工分坑2和分坑3,最后施工分坑4。2)分坑1-分坑3的基坑環(huán)境保護等級確定為一級,分坑4的基坑環(huán)境保護等級為二級。圍護結(jié)構(gòu)采用?1000@1200鉆孔灌注樁+?850@600攪拌樁止水帷幕,支撐體系采用混凝土支撐+鋼支撐的形式,第一道支撐為混凝土支撐,分坑1-分坑3的鋼支撐采用自動補償軸力的鋼支撐。3)加大分坑1-分坑3的圍護結(jié)構(gòu)及止水帷幕深度,減少基坑開挖坑內(nèi)降微承壓水對基坑外地下水位的影響。其中分坑1-分坑3的灌注樁圍護結(jié)構(gòu)長度為23m,止水帷幕長度為20.5m(插入比為1.16),分坑4的灌注樁圍護結(jié)構(gòu)長度為21.5m,止水帷幕長度為16.5m(插入比為0.74)。4)分坑1在3號線高架橋樁處沿車站縱向22m寬度范圍采用頂板逆作法施工。5)分坑1~分坑3在基坑底3m范圍采用旋噴樁加固(其中分坑1在高架區(qū)間下為MJS加固)。2.3號線高架樁基沉降由于12號線車站主體及附屬結(jié)構(gòu)基坑在開挖過程中圍護結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生側(cè)向變形,必將擾動周邊的土體,勢必會降低土體對3號線高架橋樁基的豎向極限側(cè)摩阻力而導(dǎo)致樁基沉降。當(dāng)沉降過大時,將影響3號線的正常運營。為了補強3號線高架橋樁基的承載力,在12號線基坑圍護結(jié)構(gòu)施工前,在3號線高架區(qū)間樁基承臺旁設(shè)置6根鉆孔灌注樁,樁長同原高架橋樁基,通過擴大承臺與原承臺相連,從而提高3號線高架橋樁基的承載力,減小基坑施工時對其承載力的削弱(見圖5)。2.4頂升措施在12號線施工期間,對發(fā)生在基層組織、工程管理、交通總在受影響的3號線高架橋橋墩兩側(cè)布設(shè)頂升設(shè)備,當(dāng)12號線施工引起的橋墩沉降將影響到3號線的正常運營時,采取頂升措施,減少高架區(qū)間的沉降。同時,在12號線施工期間,特別是基坑開挖期間,應(yīng)加強對3號線橋樁、承臺、軌道等的沉降及差異沉降的監(jiān)測,并對監(jiān)測的沉降資料進行分析。通過分析結(jié)果,指導(dǎo)12號線的施工。另外,在施工前應(yīng)建立完善的應(yīng)急制度,確保險情出現(xiàn)時能及時采取相應(yīng)措施,避免出現(xiàn)重大事故。3號線橋樁變形控制計算結(jié)果本工程設(shè)計中,根據(jù)12號線基坑施工時各工況,對3號線高架區(qū)間的影響進行了三維有限元的數(shù)值分析,采用巖土、隧道結(jié)構(gòu)專用有限元分析軟件MIDAS/GTS(Geotechnical&TunnelanalysisSystem)進行計算(見圖6及表1~表3)。計算分坑施工條件下,各種工況下對3號線橋樁的影響。通過計算結(jié)果可以看出,在主體結(jié)構(gòu)基坑施工階段,3號線承臺的最大水平位移計算最大值為7.8mm,沉降計算最大值為8.1mm;附屬結(jié)構(gòu)基坑施工階段,3號線承臺的最大水平位移計算值為14.8mm,沉降計算最大值為6.8mm,均小于軌交運營主管部