闹市区与地铁车站共墙的深基坑施工技术
［摘 要］中信泰富城工程基坑开挖深度近 18m，基坑南侧与在建中的轨道交通 10 号线四川北路车站共用地下连续墙，周边分布有多条市政管线，环境保护要求极高;同时，基坑施工阶段适逢世博会的召开，绿色施工要求较高。针对这些施工难点，采取了基坑分块施工、盆式分层分块开挖土体、施工工况优化、钢支撑轴力自动补偿系统以及钻石金刚链切割拆撑等施工工艺。施工方案的有效实施使得该基坑工程得以顺利安全完成。
［关键词］深基坑;地下连续墙;钢支撑;地铁车站;施工技术
1 工程概况
四川北路 178 街坊 21 /2 丘地块项目(中信泰富城) 由 办 公 楼、商 业 裙 房 组 成。 地 块 占 地 面 积13 270m2，总建筑面积 90 682m2，其中地上建筑面积53 320m2，地下建筑面积 37 362m2。本工程基坑面积约为 6 700m2，基坑开挖深度塔楼区为 17. 25m，裙房区为 16. 15m。
1. 1 周边环境
本工程地处虹口区四川北路以东、衡水路以南、乍浦路以西地块内，南侧紧靠在建轨道交通 10 号线四川北路站。周边地下管线基本集中在四川北路和衡水路下，主要管线由远及近描述如下:Ф700mm煤气，Ф600mm 雨水， Ф300mm 煤气，Ф600mm 污水，20孔电力。
1. 2 地质概况
本工 程 场 地 地 势 较 平 坦，地 面 标 高 2. 60 ～3. 43m。地貌形态单一，属滨海地貌类型。 场地土在 110m 深度范围内均为第四纪松散沉积物，主要由软弱黏性土、中密 ～ 密实粉性土和砂土组成。
本场地浅部地下水属潜水类型，潜水水位埋深为 0. 5 ～ 1. 5m。场地内承压水分布在⑦1层砂质粉土层中。水头埋深为地表下 3. 0 ～ 11. 0m。
2 基坑支护方案
本工程采用顺作法施工，围护结构选用 800mm厚地下连续墙，墙长分为 A 类地下墙 29m 和 B 类地下墙 31m。每 5 ～ 6m 幅宽设置 2 根注浆管，墙趾进入⑦1层约 3m。
由于本工程南侧与在建中的轨道交通 10 号线四川北路车站共用一幅地下连续墙，为减小土体开挖对车站结构的影响，基坑采用分坑方法实施:Ⅰ期基坑平面尺寸较大、形状不规则，采用 4 道钢筋混凝土支撑;Ⅱ ～ Ⅳ期基坑紧贴地铁车站，作为留土缓冲区，平面呈矩形，基坑宽度较窄(约 20m)，采用 1 道钢筋混凝土支撑 + 4 道钢支撑的布置方案。整个基坑支撑平面及栈桥布置如图 1 所示。
混凝土围檩、支撑材料均为 C30 混凝土;钢支撑采用Ф609mm、壁厚 16mm 钢管。
Ⅰ期基坑混凝土支撑在其构件相交位置设格构柱，同时结合施工栈桥布置。
本项目基坑开挖范围内土层较差，为确保本工程及周边地铁车站、盾构区间、道路下管线安全，沿基坑周边 5m 范围进行Ф850mm 三轴水泥土搅拌桩地基加固。本工程围护结构与地铁车站连接处设置旋喷桩进行止水，旋喷桩深度同地下连续墙深度。
3 关键施工技术
3. 1 土方开挖
第 1 层挖土采用大面积开挖方式，根据现场施工情况、围护支撑及栈桥布置形式，整个第 1 层挖土共分 3 个挖土区域，施工现场布置 2 台挖土机根据Ⅰ ～ Ⅳ的顺序由西向东开挖，每个挖土区域的土挖光后立即开始第 1 道围护支撑以及栈桥的施工。
第 2 ～ 4 层挖土共分 4 个大区，I 区为中心区域，共分 4 个小区，Ⅰ-1，Ⅱ-2 区同时开挖，最后向 Ⅰ-3区和ⅠI-4 区方向退挖。Ⅱ，Ⅲ区为对撑端部区域，其中Ⅱ区南北 2 块大区，分 8 个小区，挖土顺序为Ⅱ-3 和Ⅱ-4→ⅡI-6和Ⅱ-8，Ⅱ-1 和Ⅱ-2→ⅡI-5和Ⅱ-7;Ⅲ区东西 2 块小区同时开挖，分别由围檩方向向中心区域退挖。Ⅳ区为角撑区域，共分 4 个小区，Ⅳ-1 区和Ⅳ-2 区同时开挖，开挖顺序为Ⅳ-1→Ⅳ-3和Ⅳ-2→Ⅳ-4。具体布置如图 2 所示。
最后一层土方开挖分区根据裙楼与主楼区分，先开挖至裙楼基底标高，浇筑垫层后再开挖主楼区土方至基底标高，先浅后深，先浇筑的垫层对深坑开挖具有一定的保护作用。
Ⅰ ～ Ⅳ期基坑由于为长条形基坑，实行分层分块开挖。考虑到紧邻地铁车站结构，挖土将以挖一块土，布 2 根撑为原则，尽量减小无支撑暴露时间。
本工程根据上述分层、分区、分块开挖的方式，整个 1 期基坑土方在 10 万 m2左右，从开挖首层土方至底板浇筑完成工期为 4 个半月。
3. 2 施工工况优化
3. 2. 1 原施工工况
原 4 期基坑的开挖顺序为:Ⅰ期基坑→Ⅱ期基坑→Ⅲ，Ⅳ期基坑(同时施工)。
基坑施工阶段大致有以下几个主要节点。
1) 开挖Ⅰ期基坑，依次架设支撑开挖土体至底板，向上拆除支撑，顺作结构直至 B1 板浇筑完毕。
2) 待一期基坑 B1 板达到设计强度后，开挖Ⅱ期基坑。
3) Ⅱ期基坑依次开挖土体至基底后，向上拆除支撑，顺作结构直至 B1 板浇筑完毕，待 B1 板结构混凝土强度达到设计强度后，Ⅲ，Ⅳ期基坑开始挖土。Ⅲ，Ⅳ期基坑施工至 B1 板后，第 1 道钢筋混凝土支撑暂不拆除。
4) Ⅳ个基坑同时形成 B1 板后，再分施工段依次拆除第 1 道支撑和形成地下室顶板。
若根据该工况开挖本工程基坑，根据现场进度安排，开挖Ⅱ ～ Ⅳ期基坑时，南侧四川北路车站已投入运营，对车站保护十分不利。考虑到上述情况，须对原施工工况进行优化。
3. 2. 2 优化后施工工况
为加快地下工程进度，通过缩短整个基坑的暴露时间来减小周边环境的变形，4 期基坑从挖土到地下室结构形成，按照搭接施工的方式安排进度，一期基坑大底板开始施工时，即可开始下一基坑的开挖，同时遵循水平受力平衡的原则，协调各基坑工况间关系。这样，基坑施工阶段大致有以下几个主要节点。
1)先进行Ⅰ期基坑开挖;其他基坑暂不动。
2)Ⅰ期基坑大底板形成后，其他基坑挖首层土及支设第Ⅰ道混凝土支撑。
3)Ⅲ，Ⅳ期基坑第 1 道混凝土支撑完成后，暂告一段落，Ⅱ期基坑继续施工，待Ⅱ期基坑 B1 板形成后，Ⅲ，Ⅳ期基坑继续施工直至 B1 板形成。
4)待Ⅱ ～ Ⅳ期基坑 B1 板形成后即停止，一期基坑开始施工至 B1 板结束。
5)待整个基坑第 1 道混凝土支撑凿除清理，即形成地下 1 层(地下室顶板)。
采用优化后的施工工况，整个基坑施工过程中最危险的挖土作业均在南侧地铁车站运营开通前完成，配合合理、有效的挖土顺序与方法，最大限度地降低了基坑开挖的风险。从现场实际实施后的效果来看，围护结构变形，尤其是南侧地铁车站与隧道区间的水平位移与沉降值均在设计要求范围内，且地铁车站运营开通时，Ⅱ期基坑已施工至 B1 板，Ⅲ，Ⅳ期基坑底板也已浇筑完成。
3. 3 钢支撑轴力自动补偿系统
在钢支撑施工中，下 1 道支撑安装完毕后继续向下挖土时，上 1 道支撑会发生轴力损失的情况，此时围护结构水平位移将得到发展。为进一步加强对地铁车站的保护，本工程在Ⅱ ～ Ⅳ期基坑中应用了先进的钢支撑轴力自动补偿系统。
3. 3. 1 系统介绍
钢支撑轴力自动补偿系统是结合了现代机电液一体化自动控制技术、计算机信息处理技术以及可视化监控系统等高新技术手段，对支撑轴力进行全天候不间断监测，并根据高精度传感器所测得参数值对支撑轴力进行适时的自动或手动补偿来达到控制基坑变形目的的支撑系统。运用钢支撑轴力自动补偿系统，实现了对钢支撑轴力的实时监测和控制，解决了常规施工方法无法控制的苛刻变形要求和技术难题，使工程始终处于可控和可知状态，具有良好的社会效益、经济效益和环境保护效益。
3. 3. 2 设备现场布置
钢支撑轴力自动补偿系统应用于Ⅱ ～ Ⅳ期基坑中。综合考虑变形控制效果与经济性二者关系，对第 4，5 道支撑进行补偿。补偿系统平面布置如图 3所示。
3. 3. 3 设计轴力及加载
由轴力补偿系统的原理可知，加载轴力大小应以地下连续墙局部承压承载力为控制原则，但考虑到本工程基坑南侧为地铁车站，加载轴力过大恐对车站主体结构有影响，经与设计单位协商后，加载轴力为 100% 的钢支撑设计轴力，采用分步逐级加载，每步施加力为 500kN。
通过基坑监测数据分析后发现，架设钢支撑轴力自动补偿系统后，围护结构位移的变化量很小，发展速度明显低于常规挖深的基坑，应用效果良好。
3. 4 无尘、静音支撑切割技术
考虑到本工程南侧为地铁车站，原设计采用机械结合人工凿除方法拆除混凝土支撑。但本工程混凝土支撑拆除时恰逢世博会召开，同时相关建设管理单位颁布了多项对在建工地的管理细则，包括禁止使用超过 60dB 的设备。机械拆除设备施工噪声明显不符合上述规定，难以满足该项要求，因此本工程混凝土支撑拆除采用绿色环保的无尘、静音支撑切割技术。
3. 4. 1 切割工艺原理
采用钻石链条锯(SK-SD 线锯机) 对混凝土支撑进行切割拆除。该切割机由大功率液压泵站、传动定位滑轮及带有金刚石锯齿的钢绳组合而成。具有施工高速、切口平直，尺寸精确，不破坏原有建筑物结构，不受桩或支撑的形状、尺寸限制，切割后无需事后修补，噪声低，环保、安全等优点，适合在闹市区施工，为现代化拆除施工方法。纯切割效率约1m2/40min;每台切割机约 7m2/12h。
3. 4. 2 切割流程
根据工程要求，支撑分段长度由起重机性能及回转半径确定的起吊重量确定，为保证支撑梁吊运过程的绝对安全，每分段支撑梁的大小在 4t 左右。支撑梁切割分段落在承重支架上，所以支架脚手架承重强度和稳定性非常重要。支撑切割流程为:确定切割部位→确定方案，用以指导切割顺序和大小→机器固定，水电连接设备切割→进行切割→起重机配合切块的吊运。
3. 4. 3 支撑梁块体划分原则
1)切割后的钢筋混凝土块不能超过脚手架的支撑强度，以确保混凝土块体在吊离前的安全性。
2) 钢筋混凝土块体在吊离过程中应稳定可靠。
3) 钢筋混凝土块体的大小应考虑起重机的选型及起吊半径。
4) 钢筋混凝土块体尽可能最大化，切割总量最小化，以达到经济效益最大，施工速度最快。
5) 支撑梁切割前应正确放样，使切割后的混凝土块体与理论计算值大致相符。
3. 4. 4 支撑梁排架搭设方案
由于切割下来的支撑块体不能立即被吊运出基坑，因此需要在支撑下部搭设临时排架系统。
支撑排架采用Ф48mm × 3. 5mm 钢管组合搭设到支撑梁底，排架搭设横向间距为 500mm，纵向间距为1 100mm，步距为 1 200mm。排架采用单立杆，立杆与纵横水平管采用直角扣件连接。横杆接头采用对接扣件连接，接头交错布置。纵向扫地杆采用直角扣件固定在距底座下部 200mm 处的立柱上，横向扫杆则用直角扣件固定在紧靠纵向扫地杆下方立柱上。
4 结语
) 与地铁车站共墙的深基坑施工，采用分块实施、设置留土缓冲区的方法，通过减小一次土体卸荷量，地铁车站得到有效保护。
2) 通过施工工况的优化，尽量避免挖土作业这一最不利施工阶段发生在地铁车站运营之后，可以最大限度地降低基坑开挖风险。
3) 钢支撑轴力自动补偿系统对于长条形深基坑控制变形，是一项非常有效的措施，尤其适用于基坑背面是土体的情况。对于本工程基坑背面为已施工完毕主体结构的情况，预加轴力的大小需专门进行考虑，以免加载轴力过大对主体结构造成影响。
4)无尘、静音切割技术在闹市区大型基坑混凝土支撑拆除中的应用相对于传统的支撑拆除方法爆破或机械拆除方法，可以极大地减少对周边环境的影响，以及解决施工中一直存在的噪声、粉尘扰民等城市“顽症”。切割技术具有绿色环保，注重施工的高质量，零缺陷，无粉尘，速度快及环境保护等优势。切割技术在闹市区大型基坑混凝土支撑拆除中的应用，为新一轮的建筑行业推进和探索绿色建筑施工新途径、现场施工新模式提供范例。
参考文献:
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