行业要闻

地铁深基坑与周边物业开发一体化实施技术

 

【摘要】为有效开拓地下空间，地下多层的地铁车站结合周边物业开发的需要，设建了下沉式商业广场一阐述了从设计到施工各方面的配合措施，使复杂的地下结构得以一体化实施

【关键词】地下空间地铁车站下沉式广场结构施工品开发一体化

 

1工程概况

      上海轨道交通2号线东延伸唐镇站位于上海市浦东新区齐爱路和高科东路交汇处，按2号线东延伸总体规划的线路走向，该站点位于浦东新区唐镇新市镇“A一6地块”内，呈东西走向，横穿整个地块，将场地分为南北两个区。

      根据上海同济建筑设计研究院设计的唐镇车站施工图，原设计为地下二层车站、东西设端头井外侧外挂设备用房和风井及出入口等，现结合地块开发建设的需要，将二层车站修改为三层，取消外挂结构。其中车站地下一层结合周边物业开发需要，设下沉式商业广场，地下二层为站厅层，地下三层为站台层，并考虑车站与物业开发共建。

      根据最终确定的总体方案，地铁唐镇站为地下三层，标准段基坑深度18.5一18.8m，东西端头井基坑深度约20.5m。采用第一道钢混凝土支撑、第二至第六道钢管支撑，lm厚地墙的基坑支护体系。物业地块亦为地下三层，其中地下一层为下沉式商业广场，地下二层和地下三层为车库(含人防)(见图1、2)。

2多层地铁站与物业开发基坑一体化实施方案
2.1地铁车站施工节点分析
      唐镇站横穿唐镇新市镇A一6地块，将场地分为南北二个区，根据唐镇车站与周边物业开发深基坑一体化设计原则，车站标准段与地块南区共建，为减少地块物业项目主体结构沉降对地铁车站的影响，物业项目主体结构与车站主体结构相互脱离。本工程在施工建设中既要考虑开发项目的工期需要，又要满足地铁项目的盾构出洞、铺轨、装饰及机电安装等施工节点要求，保证地铁2号线东延伸段按时顺利运营。
2.2唐镇站与物业开发基坑施工总体筹划

2.2.1基坑分区施工方案

      根据地铁施工节点及物业开发计划，需将本工程分区施工，以保证地铁盾构顺利推进以及车站的按时运营，同时也满足本项目的施工进度要求。目前，地铁施工节点与本项目的开发进度之间的关系基本确立，对地铁施工节点与项目开发进度的综合考虑，本项目基坑采用了以下分区施工方案。

      将本项目基坑共分为四个独立的基坑，即东端头井基坑、西端头井基坑、南区基坑(该区基坑包括了车站标准段)，和北区基坑。其中车站标准段和南区基坑一体化施工。

2.2.2唐镇站与物业开发基坑施工总体筹划

      我们在多次优化原设计和施工方案的基础上，为确保地铁车站基坑施工的安全，同时顾及物业开发对地铁车站施工的影响，在基坑实施总体方案上，进行了一定的优化，确定如下施工顺序，以确保基坑安全和节点工期要求。

      第一步，施工车站东西端头井，保证盾构的进洞时间节点。

      第二步，车站标准段与南区基坑一体化开挖施工第一-第三道支撑。

      第三步，车站标准段与南区基坑一体化开挖施工至第三道支撑后，南区基坑裙边浇筑素混凝土垫层，然后突击进行车站标准段的施工。

      第四步，车站标准段完成地下三站台层施工、地下二层站厅层施工，具备铺轨条件后，开始物业开发南区中心岛开挖施工南区剩余的土方及支撑。

      第五步，施工物业开发南区的主体结构、同时施工北区侧向出入口及部分北区围护等。

      第六步，北区侧向出入口结构的施工。

      如此安排施工顺序，既可加快地块物业开发的进度，又可保证唐镇站的铺轨节点。同时，为保护地铁车站，控制地铁车站的纵向沉降，在车站下纵向设置工程桩，控制和减少车站纵向变形，以减少基坑开挖对车站的影响。

3唐镇地铁站与物业开发南区基坑一体化开挖技术

3.1唐镇站标准段同物业开发南区一体化支撑剖面关系概况

      本工程基坑采用为明挖顺作法，基坑支护体系基本上采用钢筋混凝土支撑及角板撑体系、(车站标准段第四、第五道支撑采用钢支撑)，为加强支撑间的整体作用，在支撑间设置连系杆。

      项目南区地下室基坑开挖深度巧.4m，车站标准段局部落深处开挖深度18.7m，该区基坑设三道钢筋混凝土支撑和一道钢斜抛撑。支撑形式采用井字撑、对撑、角撑和换撑。其中，大基坑车站标准段局部落深处，在第三道钢筋混凝土支撑下设置第四、五道钢支撑。

3.2一体化开挖施工栈桥技术

      因本工程基坑工程面积大，基坑仅南侧有进出施工现场的二扇大门，因此，为有效利用场地条件，合理组合挖土施工流程和场地内的道路交通组织需要，拟在项目南区(二期)基坑范围内设双向支撑栈桥。栈桥结合头道钢筋混凝土支撑系统进行设计，栈桥板厚度为300mm，栈桥宽度10-12m，双向可通行。

      本工程的栈桥的平面布置由施工单位结合场地布置、挖土流程、场地周转等工程实际需要提供给设计单位，对支撑立柱和栈桥立柱结合工程桩桩位设计，进行优化和调整，尽可能利用工程桩作立柱桩，一方面节约工程造价，另一方面栈桥荷载的相关技术参数满足现场需要。

3.3深基坑一体化开挖分层分块挖土施工技术

      (1)基坑挖土“平面分块”

      结合现场实际动迁情况、与地铁交叉施工及南坑施工方案、地铁标准段变形缝的位置设置等特点，挖土总体方向上均为由北向南、由中间向两边开挖。主要目的是为了保护已完成地铁结构及西面曹家沟地区的安全。

      按此原则在平面流程在第三道混凝土支撑以上部分土体分为17大挖土区，第三道混凝土支撑以下车站段分为5大挖土区先后挖土，南区配套工程部分分为20大挖土区先后挖土。

      混凝土支撑形成整体受力体系，支撑达到设计开挖强度后采用盆式挖土，先中间后四周的原则，在挖至第三道混凝土支撑时，浇筑混凝土支撑及300mm厚临时素混凝土垫层后先依次开挖车站标准段直至坑底，待车站标准段地下三层结构完成后，开始挖大基坑中心岛至坑底。

      南坑和北坑分设4个出土点，每一出土点采用1台28m曲臂挖土机停置于坑边或栈桥上，坑内配12台0.6m³反铲挖土机喂土。挖土期间土方车辆不少于50辆。

      本工程的挖土根据“顺作法”施工工艺和施工区域的划分情况，要求合理地进行挖土施工作业。根据我们的施工经验，挖土顺序的合理组织、挖土标高的控制、支撑的及时施工受力是确保基坑围护稳定及地铁站结构安全的关键。同时也可以有效地控制周边建筑物和管线的沉降和变形。挖土按1:3坡度在每个限定长度区域内分两层开挖。

      (2)唐镇站标准段同物业开发南区基坑一体化开挖第1一3皮土平面分块开挖流程见示意图3。

      挖土顺序说明:①第一道支撑及栈桥涉及的土体结合桩基、地基加固施工流程搭接施工完成;

      ②第二皮土、第三皮土挖土采用“盆‘’式挖土，先挖土体Al，然后按照AZ、A3、A4、AS、A6、A7的顺序挖土，确保基坑的变形有效控制和安全。

      ③挖土时，在栈桥上设置4一6个取土点，同步挖土。

      ④挖土过程中，必须严格执行“分层、分块，对称、限时开挖和支撑施工的总原则”。

      ⑤随挖土地进度，需同步跟踪进行第二道钢筋混凝土支撑、第三道钢筋混凝土支撑的施工作业，确保进度的需要。

      ⑥为确保进度和基坑安全，对混凝土支撑采用早强剂，每道支撑最后完成的一部分内容，采用提高混凝土级配至C35或C4O的措施，以便尽早进行下道土体开挖的施工。

      (3)唐镇站标准段同物业开发南区基坑一体化开挖第4皮土平面分块开挖流程见示意图4

      挖土顺序说明:

      ①南区基坑（不含标准段)第四皮土体开挖时，标准段已完成车站标准段底板、站台层的结构工程的施工。

      ②南区基坑第四皮土体开挖分二步(1)“盆”式开挖，先开挖盆中B1土体，并施工坑中底板结构。(2)坑中底板结构完成并养护2周后，开挖“盆”便土体，坑边土体按照B日2、日3、B4、BS、B6、B7、B8项序组织挖土流水施工。

      ③B2一B8挖土时，及时施工斜抛撑，并施加预应力，同时尽快进行坑边垫层和底板结构的施工。

      (4)挖土“竖向分层”施工技术

      竖向流程上原则上按分区分层挖土，由于支撑间层距较大，达4.6m，因此超过3m的挖土层每块挖土均分为两级方坡开挖。放坡按照1:3的坡度，坡顶设不小于10m宽停机坪台。

      每层挖土在时间搭接上遵循如下原则:先撑后挖;基坑开挖时，根据各施工区块的划分，在各施工块内分层开挖。

      以场地的绝对标高为士0.000m算起:基坑含地铁标准段部位总分5大层(车站6大层)。第一层开挖至一1.5m后浇筑第一道混凝土支撑，待混凝土达设计强度开挖至一5.50m，浇筑第二道混凝土支撑，待支撑混凝土达设计强度后开挖至一10.10m，浇筑第三道混凝土支撑和大基坑裙边300mm厚临时垫层，待混凝土达到设计强度后开挖车站标准段至一13.6m，设置第四道钢支撑并预加轴方，车站标准开挖至一巧.60mm设置第五道钢支撑并预加轴力，车站标准段开挖至坑底并浇筑200mm厚素混凝土垫层、施工车站底板，待底板混凝土达设计强度后拆除第五道钢支撑，施工车站标准段站台层结构，待混凝土达设计强度后拆除车站标准段第三道混凝土支撑和第四道钢支撑，施工车站标准段站厅层结构，同时项目南区大基坑中心岛开挖至坑底，并浇筑垫层、底板，项目南区基坑中心岛位置处待底板达到设计强度后基坑裙边抽条开挖至斜抛撑底，然后架设斜抛撑并预加轴力，斜抛撑搁置处土体开挖至坑底，施工剩余部分底板结构。(引挖土垫层、支撑施工技术根据设计图纸，本工程基坑较大，每层挖土周期长达40天左右，造成支撑形成整体受力时间周期较长。在深基坑开挖过程中，容易引起基坑的变形，为此，设计在坑内采用SM讨工法桩、高压旋喷桩加固及在南区基坑挖至一9.90m沿地墙一圈功m范围裙边设置300mm厚的临时素混凝土垫层的技术措施，以确保基坑施工的安全。特别是地铁侧落低部位采用了抽条加固的方式。

      结合深基坑的挖土施工工况和多年的深基坑和地铁工程的施工经验，在开挖至第三层土(一10.1m)时，和开挖至第四、第五层土体时，结合平面挖土流程，如何发挥垫层支撑的作用，需重点加以施工组织和安排。结合深基坑挖土“时空效应”理论和经验，我们在挖土施工及垫层施工上的总体方案考虑如下:

考虑垫层可有效限制地墙脚趾变形和减少坑底土体隆起，在大基坑挖至第三层土和车站段第6层土体时土方采用分小块开挖，12h内完成分小块挖土(约200m³)和浇捣完相应垫层(约120m³)的方法，将C2O素混凝土垫层作为坑底的一道支撑，力争将最后一层土开挖期间地墙的最大变形量控制在5mm以内，确保管线和基坑的施工安全。原则上有浇筑垫层工作面时就浇捣一块垫层混凝土。

      (6)信息化施工和时空效应原理指导挖土施工技术深基坑施工加强监测工作能可靠而合理地利用土体自身在基坑开挖过程中控制土体位移的潜力而达到保护环境的目的，在保护基坑安全同时保护环境安全。本深基坑施工设置的监测内容有:①围护墙水平位移;②土体分层沉降;③深井降水引起坑内外水位差;④地表沉降;⑤围护墙墙顶位移;⑥坑底土体回弹;⑦支撑轴力;⑧立柱沉降;⑨地铁不均匀沉降和位移;

4结语

      根据设计环境保护变形控制指标，加强深基坑环境监测，尤其是根据地墙位移、支撑轴力、建筑物沉降等数据综合分析，具有积极现实意义。基坑开挖的核心就是如何控制围护墙水平位移和对坑外土体的扰动，从而有效控制周边建筑物沉降;本深基坑开挖和结构施工阶段，即根据监测数据及切实可行的运用时间和空间效应对位移的控制，制定技术措施，调整施工方案，确保了基坑施工和周边环境的安全。