上海轨道交通9号线宜山路车站主要施工技术摘要:上海轨道交通9号线宜山路车站为地下4层岛式车站,基坑开挖最深达30.6 m,周边建筑基础差、保护要求高。该文叙述了在超深地下连续墙施工、基坑开挖施工、降承压水施工过程中采用的多种技术创新和技术措施,既保证了施工的顺利进行,又确保了周边环境的安全。关键词:轨道交通;车站;地下连续墙施工;基坑开挖;降承压水;施工监测;上海市1工程概况 位于宜山路下的上海轨道交通9号线宜山路车站是三线换乘的枢纽车站(3、4号线),西起中山西路,东至凯旋路。车站主体结构外包尺寸长为285.80 m,标准段宽21.2 m,站台宽10 m,是地下4层岛式车站(见图1)。 车站主体结构分为4个基坑,全部采用框架逆筑法施工。车站基坑最大开挖深度为:东端头井30.6 m,其它端头井开挖约29.7 m,标准段开挖约27.9 m,是目前上海最深的地铁车站,基坑保护等级为一级。1.1周边环境 车站周边建筑众多,基本都在0.5倍开挖深度范围之内,其结构、桩基、与基坑的相对位置见表1。其中家饰佳和科拉胜等,是由仓库改建的,基础较差。
1.2工程地质 该车站第⑥层暗绿色粘性土(硬土层)缺失,第⑤层亚层复杂,其中在东端头井位置存在⑤2-2砂质粘土,而且与⑦1层连通,最浅处只有34.5 m,其中⑦1层局部缺失,且因夹较多薄层粘性土,土性比⑦2层明显差,各土层特性见表2。
2主要施工技术2.1超深地下连续墙施工 宜山路车站分4个区(Z1～Z4)施工,地下连续墙厚1.2 m。为保护周边环境,东端头井(Z3区)处地下连续墙加深至62 m,标准段加深至61 m,墙趾进入⑦2号土超过10 m。因此,成槽稳定性、钢笼起吊、地下连续墙防渗成为施工控制的关键因素。
2.1.1成槽精度和稳定性控制 (1)根据成槽要求,选用德国利勃海尔HS855HD型成槽机,其成槽深度最大70 m,精度高达1/1 000,成槽效率高。 (2)严格控制成槽工艺:严格按工艺流程作业,在对⑦层土内成槽时,抓斗进行合理改进,适当扩孔;清孔前,采用抓斗扫孔以避免颈缩而使钢笼无法下放;合理安排各工序进程,边清孔边起吊钢笼,缩短槽段静置时间。 (3)严格控制泥浆质量:根据砂质粉土的特性,采用优质膨润土,并改变振动筛筛网结构,保证旋流器的正常运行,提高分离效率,适当提高泥浆比重和黏度,确保槽壁的稳定。2.1.2钢筋笼采用整幅起吊 62 m长先行幅钢筋笼约重78 t,吊点设置在十字钢板上,并对桁架进行加强,主筋和分布筋全部点焊。在场地受到限制的区域,只能采用200 t吊车,因而将钢笼分段,采用接驳器对接的吊装方式;对于L幅、T幅、Z幅钢筋笼,因整幅制作难度大,且时间长,故采用1槽2笼的工艺(即整幅成槽、分笼吊装)。2.1.3防渗控制 地下连续墙接头采用十字钢板接头,通过加长地下水渗流路径来加强止水效果,同时,在抓斗上安装特制刮刀(见图2),在反力箱上安装特制铲刀来清除十字钢板上粘附牢固的混凝土块。混凝土块清除后,采用专制的有重力导向的刷壁器刷壁,最终采用超声波检测十字钢板的垂直度,确保接头的防渗效果。
2.1.4轻轨桩基的保护 轨道交通3号线一侧的东端头井区域,在地下连续墙施工前,先在端头井地下墙外施工长32 m的φ1 000 mm深层搅拌桩,隔断地下墙施工对高架的影响;同时,这一区域地下墙分幅由5.8 m优化为3 m,通过缩短分幅长度来减少单位槽段的施工时间,增强土拱效应,保持土体的稳定,降低成槽施工对周边环境的影响。2.2超深基坑开挖施工技术 全长285.8 m,标准段宽21.2 m的车站,如果作为1个基坑开挖,则基坑暴露时间要长达1 a,抽承压水时间也要近0.5 a,对周边环境影响大、施工风险大。2.2.1化整为零 结合施工总体工期和分阶段盾构进洞工期的要求,将车站主体基坑划分为4个小基坑,分阶段施工各个基坑,可减少基坑暴露时间,保护周边建筑。2.2.2框架逆筑 为了控制基坑变形,采用钢支撑和混凝土支撑相结合的支撑体系,共设置9道支撑。其中第一道采用钢筋混凝土支撑,第二、四、六、八(双榀)、九道为φ609钢管支撑,第三、五、七道为钢筋混凝土支撑和围檩,并作为永久结构板的一部分。在浇素混凝土和结构制作前,为起到预先支撑作用,在每道混凝土撑下均进行施喷抽条加固(见图3)。
2.2.3基坑开挖 按混凝土支撑分为4个大层进行,开挖至混凝土支撑下部后,铺设底模,制作混凝土支撑和围檩。混凝土支撑与地下墙及后期制作的中板均采用接驳器连接。因为结构比较复杂、制作时间长而造成的基坑变形较大,则在施工中采用撑底加固和加临时支撑两项措施: (1)撑下加固。基坑地基加固采用三重管旋喷桩(桩径1.2 m,桩心距0.9 m,qu(28)≥1.2 MPa),端头井采用网格状,标准段采用抽条和裙边的形式。支撑底加固范围为下一、下二、下三层支撑和围檩以下2 m,在开挖面以下起到暗撑的作用。在旋喷施工时,通过桩架上划定标记,分4层控制旋喷桩的标高。 (2)撑上加撑。在混凝土支撑和围檩制作过程中,由于上道钢支撑与开挖面距离在3 m以上,为了在制作支撑和支撑达到强度的时间内有效控制基坑变形,在混凝土制作面以上,增加1道临时的φ609钢支撑(在基坑往下开挖时,再将这道临时支撑下移),预加轴力至上道支撑设计值,并尽可能地靠近开挖面。2.2.4自动化监测 对于离基坑只有7 m的轨道交通3号线(轻轨)的保护要求比较高,要求2条轨道的差异沉降控制在2 mm内。因此,从一开始施工,就在轻轨盖梁上安装电水平尺(精度在0.01 mm),在基坑开挖中进行了严密的监测;在上海七建和轻轨高架侧的地下连续墙内埋设固定式测斜仪,实时反映地下连续墙的变形,以指导施工。2.3承压水控制技术2.3.1地质补勘 针对原有的地质勘察报告中关于承压水问题存在的疑问,施工前进行了4次施工补勘,以静力触探为主,弄清基坑位置内含砂地层的分布。2.3.2现场降水试验 为掌握建址地层之间的水力联系和降水过程中的沉降反应,施工前进行了调查渗流固结规律的现场降水实验。试验设施由降压井群、观测井群、监测系统3部分组成。其中监测系统包括成组设置的孔隙水压力、分层沉降和地表监测点、重要建构筑物监护测点,构成了以降压井群为中心、80 m半径范围内的“五环四射”放射状监测剖面(见图4)。降水试验采用非完整井非稳定流的方法进行抽水试验。通过现场实验,不仅准确掌握了本区地下水位,准确获得本场地的水文地质参数,而且通过各层孔隙水压力,确认第⑤层最下部的亚层与⑦层存在水力联系。
2.3.3分层降压 根据降水试验和打井实测,⑤3-2层有压力,但水量补给缓慢,因此,承压水治理采用分层降压:一方面,在该层中单独布置井点或与疏干井相结合,形成混合井进行降压,使其成为有效的隔水层;另一方面,在⑦层土单独布置井点降压,这样使降压井最大设计降深由17m压缩到6 m,有力地控制了沉降。2.3.4围护与井点一体化设计 通过采取三维渗透场和应力场进行分析计算,提出了“以隔为主”的承压水治理方案。在围护结构进入承压水层一定深度的情况下,通过围护和井点的一体化设计,使围护结构比井点滤网深,围护结构能够“包”住井点(见图5、图6),可以有效地阻隔坑内抽承压水对坑外的影响。、
2.3.5高精度控制水位 通过自动水位监测系统可以实时、高频、高精度地观测到水位的变化,再通过变频出水装置,可以根据需要调节出水量,以控制承压水位。通过自动水位监测系统和变流量抽水装置相结合,可以高精度控制降深。通过调节回水阀,增加出水量,分别再通过多次微调和观测,控制降水深度,确保基坑的安全。
3施工监测 宜山路站基坑开挖深、环境保护要求高。车站的东侧(Z3区)是运营中的3号线区间高架和车站及运营中的4号线宜山路车站,高架承台离基坑最近只有7 m,地下车站离基坑最近处为23 m,根据地铁运营公司要求,3号线轨道沉降最大允许值为2 cm,2个承台的差异沉降要控制在0.25‰L(L为梁的跨距)内,两条轨道的差异沉降值为2 mm。 因此,除常规一级基坑需要采取的监测手段之外,根据施工的要求,还采取了一系列高精度、自动化的监测措施。 (1)围护自动化测斜。在周边保护要求比较高的上海七建和3号线轻轨高架一侧的地下墙内埋设固定式测斜仪,以实时反映的地下墙变形来指导施工。 (2)自动化测差异沉降。在轻轨盖梁上安装电水平尺,其精度控制在0.01 mm以内。 (3)水位自动化监测。为了实时了解承压水位,采用孔隙水压计采集数据,通过数据采集器将频率信号转化为电子信号,并采用专用软件转化为实时水位曲线,设置水位报警值,实时监测水位变化。 (4)土层分层沉降监测。原先土层的分层沉降采用磁环监测,但其精度为±2 mm,测得数据波动比较大,无法用于分析土体沉降与水位变化之间的规律分析。因而,从Z2区开始采用多点位移计来监测土层的分层沉降,其原理是使刚性杆与所测土层通过化学浆固结为一体,刚性杆通过保护套管伸至地面,土层的活动通过刚性杆如实地传递到地面,再通过千分表测量孔口的相对沉降;加上孔口的沉降,则得到该土层的绝对沉降值。多点位移计精度可达到±0.2 mm,监测到土体的分层沉降。详见图7。 宜山路车站在整个地下连续墙施工过程中,运营中的3号线最大沉降仅为1.62 mm,最大差异沉降0.65 mm,均在允许范围之内;邻近的房屋沉降观测点最大值仅3.08 mm,基本不受影响;从基坑开挖情况来看,地下连续墙平均垂直精度偏差为1/500,小于1/300的标准,并且基本无明显渗漏水现象,抗渗效果良好。4结语 上海轨道交通9号线宜山路车站是目前国内软土中最深的地铁车站,其开挖面积超过5 000 m2。在超深地下连续墙施工中,通过引进设备和工艺革新,形成一套超深地下连续墙施工工艺。在基坑施工中,采用方案比选、技术创新等,总结出深基坑开挖的施工技术。在承压水施工中,先分析,后试验,再施工;先研究,后计算,再实施,提出了以沉降控制为中心,按需降水的承压水治理工艺。通过严密的施工监测,反馈指导施工,保证了车站本体的安全和周边环境的安全。 宜山路站车站在超深地下连续墙、超深基坑开挖、超深降承压水中采用的施工技术和积累的经验,为超深地铁车站的设计、施工提供了实践经验。参考文献[1]刘建航,侯学渊.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.[2]吴林高.工程降水设计施工与基坑渗流理论[M].北京:人民交通出版社,2003.
