上海市轨道交通9号线宜山路站基坑施工技术

上海市轨道交通9号线宜山路站西起中山西路，东至凯旋路，偏东西走向。车站主体结构外包尺寸为长285.8m、标准段宽21.2m，最大开挖深度达30.6m，是目前上海最深的地下4层岛式地铁车站。

　　宜山路站基坑分4个区(Z1，Z2，Z4和Z3)，见图1。基坑围护结构为1.2m厚的地下连续墙，深度为62，61，51，48m不等。基坑保护等级为一级。


1　工程地质条件及周边环境
　　1.1　工程地质条件车站建址内缺失⑥层土，⑤层亚层土交错复杂；轨道交通3号线一侧有⑤2-2层砂质粉土，最浅处只有36m；④2层和⑤2-2层在动水情况下极易产生流砂。勘察资料见表1。


　　1.2　周边环境
　　在车站基坑0.5倍开挖深度范围内有1幢高层建筑、3幢多层建筑(见图2)，运营中的轨道交通3号线区间高架离基坑最近处只有7m(见图3)。




2　基坑施工技术
　　为保证基坑周边构筑物的安全，在施工中采取了一系列有效的创新技术和措施。
　　2.1　超深地下连续墙施工
　　为减少Z3区在降承压水时对轨道交通3号线的影响，东端头井处地下连续墙加深至62m，标准段加深至61m，墙趾进入么层土超过10m；其它区域端头井地下连续墙深51m，标准段地下连续墙深48m，墙趾插入⑤3-2层粉质黏土底或⑦1层砂质粉土顶。
　　2.1.1　施工难点
　　(1)根据地铁运营公司对既有运营线路保护的要求，高架两承台的差异沉降最大允许值为10mm，左右轨道差异沉降最大允许值仅为2mm。
　　(2)因基坑开挖深度大、施工工期长，对周边构筑物影响大，故保护要求相当高。
　　(3)施工62m深的地下连续墙，存在着成槽精度、速度、稳定性、防渗、超大吨位钢笼起吊等难题。
　　2.1.2　施工技术
　　(1)控制成槽精度。选用德国利勃海尔HS855HD型成槽机。该设备具有深度大(最大可达70m)、精度高(1/1000)、效率高等特点，可有效保证成槽的顺利进行。
　　(2)控制成槽稳定性。本工程场区有④2砂质粉土层，在动水情况下易产生流砂，造成坍孔。另外，墙趾进入⑦层砂质粉土，大量泥砂颗粒、水泥成分和有害离子会不断混入，使得泥浆翻度、比重大大增加，泥浆因污染而变质。因而，施工中采取了如下措施：循环泥浆采用优质膨润土；改变振动筛筛网结构，保证旋流器的正常运行，提高较大颗粒泥砂、垃圾和细微泥砂的分离效率；适当提高泥浆比重和黏度，确保槽壁的稳定。
　　(3)优化成槽工艺流程。先挖单孔，后挖隔墙，尽量保证抓斗平衡挖土；在对⑦层土内成槽时，对抓斗进行合理改进，适当扩孔；清孔前，采用抓斗扫孔，以免颈缩而使钢筋笼无法下放；边清孔，边起吊钢筋笼，缩短槽段静置时间。
　　(4)提高防渗技术。采用止水效果比较好的十字钢板接头，通过加长地下水渗流路径来加强止水效果；同时，调整后续幅包角筋的形式，尽量缩短幅间保护层，使防渗效果更好。针对浇筑混凝土时水泥浆液的绕流在十字钢板上(尤其是止水钢板两边槽口内液压抓斗碰不到的范围)黏附很多的混凝土块，采用在抓斗上安装的特制刮刀、反力箱底部焊接的特制铲刀、专制的有重力导向的刷壁器等清除混凝土块和淤泥。
　　(5)钢筋笼吊装。经过计算，Z3区62m的先行幅地下连续墙钢筋笼采用350t和200t两台履带吊整体起吊；在局部区域受到场地限制，采用整幅制作、分段对接的吊装方式；对于L幅、T幅、Z幅钢筋笼，采用了一槽两笼的工艺，即整幅成槽、分笼吊装。
　　(6)保护轨道交通3号线桩基的技术措施。在离3号线最近的东端井区域，地下连续墙采用约3m一幅的小幅施工，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，降低槽段施工对周边环境的影响。在端头井地下连续墙施工前，先在距墙址2m处进行深层搅拌桩施工(采用Φ1000mm三轴机施工，桩深32m)，先施工外排桩，使其形成一个封闭的区域，以增强土体的强度，减少土体位移和土压力损失，有效地控制对3号线桩基的影响。
　　2.2　Z1区基坑施工技术
　　Z1区基坑分为2个施工段，距离中山西路高架35m，距离家饰佳和上海七建为50m。
　　2.2.1　基坑开挖
　　端头井开挖深度为29.3m，标准段开挖深度为27.6m。
　　(1)支撑体系。由于9号线宜山路站基坑开挖深，共设置九道支撑。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，其中第一道支撑为钢筋混凝土支撑，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，可作为永久结构板的一部分。
　　(2)基坑开挖。基坑开挖按钢筋土支撑的设置分为四大层进行。因开挖至混凝土支撑下部后再铺设底模，制作混凝土支撑和围檩，而混凝土支撑与地下连续墙和后期制作的中板均采用接驳器连接，结构比较复杂，制作时间长，故基坑的变形相对比较大。为此，在混凝土支撑下地基加固，在混凝土支撑上加临时支撑。
　　(3)地基加固。基坑地基加固采用三重管旋喷桩，桩径1.2m，桩心距为0.9m，端头井采用网格状，标准段采用抽条和裙边形式。原旋喷加固的范围为下一、下二层支撑和围攘以下3m，坑底以下4m，现调整为下一、下二、下三层支撑和围檩以下2m。施工时可通过桩架上划定的标记，分四层控制旋喷桩的标高，使其在开挖面下起到暗撑的作用。
　　(4)临时支撑。在混凝土支撑和围檩制作过程中，通过地下连续墙监测数据发现基坑变形较大，这是由于上道钢支撑与开挖面的距离在3m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，在混凝土支撑制作面以上(尽可能地靠近开挖面)增加一道临时的Φ609钢支撑(预加轴力至上道支撑设计值)，当基坑往下开挖时，再将这道临时支撑下移。
　　2.2.2　降承压水
　　Z1区端头井地下连续墙位于⑦1层顶，标准段地下连续墙位于⑤3-2层。在围护结构没有隔断承压水层的情况下，降承压水对周边环境的影响可能比较大，为了尽可能减少对环境的影响，井点均布置在坑内(见图4)。


　　(1)精确降深。在原有勘探资料的基础上，Z1区补勘了3个静力触探孔。通过静力触探，发现⑤3-2层底的砂性较大，其土层参数与⑦1层相近。经计算(取安全系数为1.05)，Z1区最终的降深为9.6m，即⑦土层水压控制在地下18.6m以下。根据前期的降水试验及试打的⑤3-2层观测井进行试抽水，需考虑降⑤3-2层的微承压性水。
　　(2)分层降压。为满足⑤3-2层的安全覆土要求，降⑦层承压水时能控制对环境的影响。经计算，需要开启井点时的临界开挖深度为20.0m。⑤3-2层通过混合井(与疏干井结合，井深44m)来降压；⑦层单独布井(井深61m，滤网长8m)，同时布置⑤3-2层和⑦层的观测井，以了解水位情况。
　　(3)分阶段降压。为了确定降水井点的开启顺序(按施工工况)，应在基坑开挖前进行试抽水(单井、2井、3井)。通过观测井观测，分别了解各井的降深，以达到降深要求。通过试抽水，发现⑦层抽水时，⑤3-2层水位降落；而⑤3-2层抽水时，出水量很少，⑦层水位也没有变化。
　　(4)按需降水。根据试抽水，确定各井点组合的降深，按开挖分层的计算结果，基坑降承压水与开挖层的关系见表2。


3　施工监测
　　(1)在轨道交通3号线高架上除布置一般的沉降观测点外，还在每个桥墩上布置了电水平尺，用来观测两条轨道的差异沉降，以指导施工。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1.62mm，最大差异沉降0.65mm，均在允许范围之内；邻近的房屋沉降观测点最大值仅3.08mm，基本不受影响。
　　(2)由于Z1区基坑比较小，在基坑开挖中又采取了多层加固和加临时支撑等措施，因此，基坑开挖对周边影响较小。地下连续墙变形最大只有31.6mm(一级基坑控制值为41mm)；基坑周边地表沉降最大也只有18.2mm，房屋离基坑远，基本不受影响。
　　(3)从基坑开挖情况来看，地下连续墙平均端头精度偏差为1/500，小于1/300的标准，无明显渗漏水现象，抗渗效果良好。
　　(4)在未抽承压水前，基坑开挖对中山西路高架影响较小；开始抽承压水后，桩基沉降明显；停抽一口井后，桩基沉降趋于稳定(见图5)。观测井测得⑤3-2层的原水位在地下9m，在开挖前将井内水抽干，4月18日随开挖开启混合井，4月27日观测井水位恢复至最高点，然后缓慢下降。在5月1~7日进行试抽水后，⑤3-2层水位下降明显；在试抽承压水停止后，在后期混合井和承压井的共同抽水作用下，其水位稳定于在地下30m(见图6)，混合井的出水量后期也趋于稳定(1t/d)，见图7。






4　结语
　　(1)在9号线宜山路站基坑围护超深地下连续墙施工中，由于进行了技术创新和工艺改革，从而使施工顺利进行，并保证了周边环境的安全，为超深地下连续墙的施工摸索出一套行之有效的施工工艺，给今后类似工程积累了宝贵的经验。
　　(2)在Z1区基坑施工过程中，由于采取了钢支撑和混凝土支撑相结合的支撑体系、混凝土支撑底加固、混凝土支撑上加临时支撑等措施，有效地控制了基坑的变形。
　　(3)在降承压水施工中，由于采取了精确降深、分层降压、按工况分阶段降水、按需降水等措施，所以控制了降承压水，保护了周边环境。
　　(4)通过Z1区基坑的施工，为后续3个基坑提供了开挖和降水的经验。