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        地鐵車站深基坑工程中的新技術(shù)應(yīng)用

        2018-11-09 08:37:58
        建筑施工 2018年7期
        關(guān)鍵詞:變形施工

        李 星

        上海廣大基礎(chǔ)工程有限公司 上海 201114

        1 工程概況

        1.1 基本情況

        上海軌道交通14號線云山路站呈南北向布置,為地下3層島式標(biāo)準(zhǔn)車站。車站共設(shè)4個出入口、1個換乘通道及2組風(fēng)井?;用娣e4 842 m2,基坑圍護(hù)周長448 m;車站主體分為A區(qū)南端頭井和B區(qū)北端頭井及標(biāo)準(zhǔn)段,南端頭井挖深26.48 m,北端頭井挖深26.89 m,標(biāo)準(zhǔn)段挖深25 m。

        1.2 周邊環(huán)境

        車站周邊環(huán)境較為復(fù)雜:東南側(cè)為已建軌交6號線云山路站及其出入口,南側(cè)張楊路道路下方為共同溝和軌交6號線雙圓盾構(gòu)區(qū)間,東側(cè)為居住小區(qū),西側(cè)有花鳥市場3層建筑及朱塘浜(圖1)。其中軌交6號線云山路站距離軌交14號線云山路站基坑39.70 m,雙圓盾構(gòu)區(qū)間距離基坑30.60 m;共同溝距離車站南端頭井最近8 m,埋深約6.25 m。居住小區(qū)及花鳥市場距離基坑最近為5.60 m。云山路及張楊路地下管線眾多,沿道路分布有電力、燃?xì)狻⑸纤?、路燈、污水、雨水、電話、信息等市政管線需要翻交及監(jiān)測保護(hù)。

        1.3 地質(zhì)情況

        本場地自地表至深85 m范圍內(nèi)所揭露的土層均為第四紀(jì)松散沉積物,所見土層自上而下依次為①層填土、③1層灰色淤泥質(zhì)土、④層灰色淤泥質(zhì)土、⑤1層灰色黏土、⑥層暗綠-草黃色粉質(zhì)黏土、⑦1-1層草黃色黏質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土、⑦1-2層草黃色砂質(zhì)粉土、⑦2層灰黃-灰色粉砂、⑨層灰色粉砂。

        圖1 車站周邊建筑物平面示意

        對工程有影響的地下水主要為淺層的潛水;場地內(nèi)有一條明浜朱塘浜,地表水與地下水可能有一定的水力聯(lián)系。承壓水主要為深部第⑦承壓含水層。

        軌交14號線車站主體基坑坑底基本位于⑥層粉質(zhì)黏土,圍護(hù)墻墻趾位于⑦2層粉砂。

        2 圍護(hù)設(shè)計

        基坑采用厚1 000 mm/1 200 mm的地下連續(xù)墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu),并作為使用階段側(cè)墻的一部分承受側(cè)向荷載,與內(nèi)襯墻按照疊合墻設(shè)計,結(jié)構(gòu)安全等級為一級。其中,A區(qū)南端頭井地下連續(xù)墻厚1 200 mm,深48 m;在地下連續(xù)墻外側(cè)設(shè)置1道封閉的TRD工法隔水帷幕,厚700 mm、深60 m,總延長155 m,樁身28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.0 MPa。

        考慮對南側(cè)共同溝及軌交6號線車站、雙圓盾構(gòu)區(qū)間的保護(hù),在南端頭井外側(cè)與共同溝之間設(shè)置1排MJS工法隔離樁,樁身28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于1.25 MPa;同時沿基坑深度方向設(shè)置8道支撐,第1、5道為混凝土支撐,第2~4道和第8道為φ609 mm鋼支撐,第6、7道為φ800 mm鋼支撐,其中南北方向的支撐采用新型軸力伺服系統(tǒng),避免鋼支撐軸力發(fā)生損失,控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)墻體側(cè)向變形(圖2)。

        圖2 南端頭井基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)示意

        3 技術(shù)簡介

        3.1 TRD工法

        TRD工法(鋸鏈?zhǔn)降群穸人嗤翑嚢鑹夹g(shù))[1]是一種新型水泥土攪拌墻施工工藝,廣泛應(yīng)用于超深隔水帷幕、型鋼水泥土攪拌墻、地下連續(xù)墻槽壁加固等領(lǐng)域。

        3.2 MJS工法

        MJS工法(全方位超高壓噴射注漿技術(shù))[2]可實現(xiàn)孔內(nèi)強(qiáng)制排漿和地內(nèi)壓力監(jiān)測,能有效控制地表變形,減小對周邊環(huán)境的影響,適用于周邊環(huán)境復(fù)雜、保護(hù)要求高的地基加固工程及基坑工程隔水帷幕、隔離樁墻等。

        3.3 新型軸力伺服系統(tǒng)

        該技術(shù)將深基坑鋼支撐的軸力由被動受壓和松弛的變形轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃蛹訅赫{(diào)控變形,根據(jù)緊鄰深基坑保護(hù)對象的變形控制要求,主動進(jìn)行基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形調(diào)控,以滿足緊鄰深基坑保護(hù)對象的安全使用[3]。

        4 實施情況

        4.1 MJS工法

        MJS工法隔離樁深27.3 m、φ2 200 mm、樁中心間距1 300 mm、呈半圓180°背向共同溝布置,共28根(編號M1~M28)。鄰近MJS工法樁周邊主要壓力管線為燃?xì)夤埽ň幪朢Q、管徑250 mm)和上水管(編號SS、管徑700 mm),其中燃?xì)夤芫嚯xMJS工法樁最近位置為2.5 m,上水管距離MJS工法樁最近位置為8 m。

        施工中采取了一定的改進(jìn)措施,以減小MJS施工對外側(cè)管線、共同溝的影響。

        4.1.1 ?對排泥閥門進(jìn)行細(xì)微改進(jìn)

        由于MJS成樁深度范圍內(nèi)地層以黏性土為主,且樁底位于⑥暗綠-草黃色粉質(zhì)黏土中(黏聚力C值達(dá)40 kPa),在黏性土層內(nèi)施工,MJS排泥閥門容易被黏土塊、夾水泥的硬土塊等糊住、卡住,造成排泥不暢、地內(nèi)壓力增大等現(xiàn)象。通過對排泥口進(jìn)行細(xì)微改進(jìn),適當(dāng)加大排泥閥門內(nèi)徑,并且當(dāng)?shù)貎?nèi)壓力增大時輔以鉆桿上下提升、動力頭旋轉(zhuǎn)等方式,可有效地減少排泥閥門堵塞現(xiàn)象,促進(jìn)泥漿抽排。

        4.1.2 ?加大MJS間隔跳樁距離

        結(jié)合現(xiàn)場施工條件,將MJS間隔跳樁距離由2根樁加大至5根樁,一定程度上減小了MJS施工對外側(cè)管線、共同溝產(chǎn)生的應(yīng)力集中(圖3)。

        圖3 MJS間隔跳樁示意

        4.2 TRD工法

        TRD工法技術(shù)自2009年從日本引進(jìn)以來,已成功應(yīng)用于國內(nèi)上百項基坑工程中,本次地鐵車站深基坑工程為首次采用TRD工法作為超深隔水帷幕的項目,深度達(dá)60 m。施工中對于TRD槽壁的穩(wěn)定控制、切割箱垂直度及墻體搭接等控制要求非常高。

        施工中采用了三步施工法(即先行挖掘、回撤挖掘、成墻攪拌),平均工效達(dá)6~8 m/d(圖4)。在先行挖掘及切割箱臨時停放區(qū),采用鈉基膨潤土,摻量為100 kg/m3,水灰比5~20,可對槽段起到穩(wěn)定、護(hù)壁作用;水泥漿液采用42.5級普通硅酸鹽水泥,摻量450 kg/m3,水泥漿液水灰比1.0~1.2。

        圖4 TRD三步施工法示意

        4.3 新型軸力伺服系統(tǒng)

        支撐軸力伺服技術(shù)是一種主動控制技術(shù),自2006年首次在大上海會德豐廣場項目中應(yīng)用以來,至今已經(jīng)歷了集中泵站供油控制、有線連接分布式泵站與無線傳輸分布式泵站3個發(fā)展歷程。

        本項目南端頭井南北向指向共同溝及軌交6號線車站、區(qū)間盾構(gòu)的第2、3、4、6、7、8道鋼支撐采用的是無線傳輸分布式泵站新型軸力伺服系統(tǒng),每道支撐3套,共18套。

        5 應(yīng)用效果

        5.1 強(qiáng)度檢測

        在TRD隔水帷幕與MJS隔離樁實施完成后,分別進(jìn)行了4根TRD、3根MJS現(xiàn)場鉆芯取樣無側(cè)限抗壓強(qiáng)度試驗,TRD強(qiáng)度平均值1.04~1.05 MPa,MJS強(qiáng)度平均值1.29~1.31 MPa,均滿足設(shè)計要求。

        5.2 管線監(jiān)測

        車站施工期間對周邊地下管線進(jìn)行了改排并布置了監(jiān)測點[4-6],所有測點均進(jìn)行豎向位移觀測(圖5)。其中,上水管線布設(shè)23個變形監(jiān)測點,編號為SS1~SS23,測點間距約為20 m;燃?xì)夤芫€布設(shè)24個變形監(jiān)測點,編號為RQ1~RQ24,測點間距約為20 m。

        圖5 坑外管線部分監(jiān)測點布置

        管線位移變化速率報警值為2 mm/d,管線位移累計報警值為10 mm。

        鄰近南端頭井外側(cè)的燃?xì)夤埽ň幪朢Q19~RQ21)日變化量在-2~4 mm之間,最大上抬量3.28 mm;上水管(編號SS18~SS20)日變化量在-2~2 mm之間,最大上抬量1.98 mm。

        5.3 降水試驗

        在南端頭井坑外四周布置了7口承壓水回灌、觀測井,編號為H1~H7,深度48 m。在南端頭井內(nèi)側(cè)分別布置了3口深48 m的減壓降水井,編號為WA1~WA3;4口疏干井,編號SA1~SA4,深27 m。為檢驗TRD工法隔水帷幕的隔水效果,在基坑開挖前進(jìn)行了2次抽水試驗,坑外H1~H7水位降差0.31~1.22 m。

        5.4 變形控制

        南端頭井各道支撐規(guī)格、軸力值及分步開挖預(yù)警值如表1所示。

        其中安裝了軸力伺服系統(tǒng)的鋼支撐對應(yīng)測斜孔號為P18、P19和P22,自第1道混凝土支撐開始施工至土方開挖至坑底、底板澆筑完成階段,測斜數(shù)據(jù)顯示變形控制基本達(dá)到設(shè)計要求(表2)。

        表1 南端頭井各道支撐

        表2 各測斜孔最大水平位移

        6 結(jié)語

        在上海地區(qū)軌交車站深基坑工程中首次采用TRD工法鋸鏈?zhǔn)降群穸人嗤翑嚢鑹π录夹g(shù),同時為了保護(hù)周邊已建成的軌交6號線云山路站、雙圓盾構(gòu)區(qū)間和共同溝,又采用MJS全方位高壓噴射工法以及新型軸力伺服系統(tǒng),控制了從圍護(hù)施工到基坑開挖全過程中坑外土體產(chǎn)生的變形,有效地保護(hù)了周邊環(huán)境和基坑施工安全,起到了示范作用。通過加固體強(qiáng)度檢測、管線監(jiān)測、降水試驗及變形監(jiān)測等數(shù)據(jù)驗證,TRD、MJS及新型鋼支撐軸力伺服系統(tǒng)等基坑支護(hù)新技術(shù)的成功應(yīng)用能夠解決當(dāng)下超大、超深基坑施工中面臨的深層承壓水隔斷及環(huán)境保護(hù)的難題,為同類基坑施工提供了參考。

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