淺談上海軌交13號線大渡河路站控制地表沉降關鍵技術

劉子欣

（上海市政建設有限公司，上海市　200438）

淺談上海軌交13號線大渡河路站控制地表沉降關鍵技術

劉子欣

（上海市政建設有限公司，上海市200438）

在城市軌道交通工程施工過程中，周邊環境往往十分復雜，如何控制地面沉降，避免發生管線、道路開裂，房屋沉降變形等事故是每個施工單位關注的重點。以上海軌道交通13號線大渡河路站施工為工程背景，對地面沉降及其危害進行分析。介紹工程中相關技術措施的運用及其效果，并對減少周邊地面沉降的技術手段進行了總結。

城市軌道交通；地面沉降；控制

0　引言

城市軌道交通具有運量大、速度快、安全、準點、保護環境、節約能源和用地等特點。世界各國普遍認識到，解決城市的交通問題的根本出路在于優先發展以軌道交通為骨干的城市公共交通系統。

為逐步解決城市交通擁堵問題，上海市加大了城市軌道交通建設的步伐，地鐵工程以及臨近地鐵的地下工程日益增多，各深基坑工程不斷加強地下空間的開發與利用。但上海作為典型的第四系松散軟土地區，各地基土層軟弱、復雜，且具有流變特性。本文首先對上海軌交13號線大渡河路車站建設過程中收集的情況加以描述，其次就地面沉降原因、地面沉降危害以及對整體工程施工的相互影響進行分析，并提出相應的技術措施。

1　工程概況

上海軌道交通13號線大渡河路站位于大渡河路與金沙江路，車站全長315 m，寬26～35 m，圍護結構采用800 mm厚地下連續墻，墻深30～32 m，基坑開挖深度16.4～18.2m。基坑共設5道支撐，首道為混凝土支撐，其余4道為鋼支撐。根據巖土工程勘察報告中的相關數據，該區域內土質條件較差，其中②3層砂質粉土厚度約10 m，埋深為12 m，土層滲透系數Kv=1.45E-04，KH=2.22E-04，且當土層擾動后極易液化，易造成地下連續墻施工過程中土體坍塌。

2　周邊環境

及時分析圍護結構墻頂位移、墻體變形、周邊建筑及地面沉降監測數據，判斷和預測周邊地表沉降的趨勢，以便采取施工保護技術措施，是指導正確施工的重要方法之一。

因本車站紅線整體規劃原因，在基坑5～36軸南側存有已建構筑物3棟，分別為2棟16層高層以及1棟6層小高層，距離基坑最小距離僅為13.7 m。6層建筑物基礎為片筏式，埋深約1.5 m。

針對大渡河路站的周邊環境及工況條件，南側為交通便道，有居民樓，北側為地塊開發的施工場地，關注與控制的重點是在南側。因6層居民樓位于車站主體6～18軸位置，因此該部位的基坑變形控制也成為關注中的重中之重。

3　地面沉降原因及危害分析

（1）上文中所提到的土質較差現象在整個施工區域呈全覆蓋狀態，土質擾動后極易液化現象在地下連續墻施工階段顯而易見。在圍護結構成槽階段，出現的土體坍塌使周邊地表明顯沉降。其中，最為突出的是南側地下連續墻S15及S16，因地下管線因素未進行土體處理而直接進行成槽施工。其中S15地墻理論方量122 m3，實際方量為158.6 m3，充盈系數為1.3；另一副地墻S16理論方量為115 m3，實際方量為143.7 m3，充盈系數為1.25，均超過規范要求（1.1），是造成周邊地表沉降的最主要的因素。

在該工程的施工策劃階段，通過對以往類似工程建設經驗的分析，預判到地下連續墻施工時的土體坍塌將對后續工程開展造成嚴重的不良后果：a.由于土體坍方造成混凝土澆筑產生繞流現象，不但影響鎖扣管頂拔過程的安全性及操作性，而且極易造成相鄰地墻成槽困難及鋼筋籠的下放；b.土體坍方使刷壁工藝不能完全迎合槽壁而導致刷壁質量差，從而使地墻接縫處漏水情況較為嚴重，對周邊地面沉降控制不利；c.地墻坍方本身會造成周邊地面的沉降；d.超方混凝土鑿除費時費力，將嚴重影響基坑開挖進度，使基坑裸露時間長，基坑變形增大；e.超方混凝土會占用地墻空間，坑底加固時鉆機無法緊靠地墻加固，造成坑底裙邊加固效果不佳，導致基坑變形增大。

（2）由于整體車站開挖的橫斷面較長，約315 m，且開挖深度較深，眾多的鋼支撐拼裝與土體開挖的時間控制不利，導致基坑暴露無支撐時間過長，這也是圍護結構位移的重要因素。根據深基坑施工經驗得知，在基坑開挖面下1～3 m范圍往往是圍護結構位移變形最大的區域，極易產生踢腳、內拱而使圍護結構產生位移。然而，一系列的空間變形連鎖反映如坑底隆起、格構柱上浮、墻頂下沉，最終使得周邊地表出現沉降量加劇。根公式δv=α×δn（其中，δv表示地面橫向最大沉降值，δn表示圍護結構最大水平位移，α為經驗系數，一般取0.7～1.0，δn較大時取大指，反之則取小指）也說明了基坑開挖導致圍護墻體變形，進而出現周邊地表沉降，是軟土地基基坑開挖普遍存在的現象，且兩者存在定量關系。

4　相關技術措施的運用及效果

4.1地下連續墻施工前采取土體處理

根據現場實際情況，結合該工程地質及以往類似工程的施工經驗，在確保工程質量的前提下，盡可能在施工期間減少對周邊環境的影響，故采用地墻內、外兩側增設單排Ф650攪拌樁圍護的施工措施，從而減少在地下連續墻施工過程中產生坍方的現象。開挖面加固深度控制在12 m，即超過砂質粉土層即可，迎土面加固深度控制在18 m，目的是加固兼止水。加固土水泥滲量為12%～15%，總加固方量約14 000 m3。通過采取加固措施，地墻施工過程中沒有發生大的塌方，施工順利，地墻平均充盈系數在1.05，達到預期目標。基坑開挖后的情況也證實了這一點，除局部有少量超方混凝土外，地墻表面平整，沒有出現漏水現象，只有局部少量滲水情況，通過人工堵漏予以解決。圖1為地墻內外兩側加固示意圖。

圖1　地墻內外兩側加固示意圖

4.2調整基坑坑底加固位置

大渡河路站基坑分為一級基坑及二級基坑，南側有6層居民樓位置對應的6～18軸屬于一級基坑，其余部分屬于二級基坑。基坑坑底裙邊采用高壓旋噴樁加固，一級基坑加固寬度為5 m，二級基坑加固寬度為4 m，加固深度均為4 m。針對大渡河路站周邊環境，位移重點保護對象是南側，因此在不改變加固總量的基礎上，對基坑坑底加固寬度進行了適當調整。一級基坑部位，將北側加固寬度由5 m減少到3 m，南側將相應增加到7 m；二級基坑北側加固寬度由4 m調整到3 m，南側加固寬度相應增加到5 m，加固深度不變。

調整加固范圍的目的在于通過增加加固體的體積，提高其土體加固能力。把加固體作為一道臨時支撐，在基坑無支撐暴露過程中起到支撐作用，為基坑整體支撐體系在建立過程中填補空缺，降低圍護結構的位移變形，使基坑的整體穩定性得以保障。同時，地基加固范圍調整也加大了圍護結構跟部抵抗彎矩的能力，降低坑底隆起，從而確保基坑的穩定。

4.3增加一道混凝土支撐

根據以往基坑開挖的經驗，一般開挖深度在16 m以上、基坑寬度達15 m以上的深基坑，地墻的最大變形一般在50 mm左右。大渡河路站的情況更為特殊：（1）地質條件差，砂質粉土層厚達8 m，埋深在7～11 m，南側的交通便道上行駛的車輛對土體撓動作用較大，砂質粉土層在車輛的撓動作用下液化，會增加土體對地墻的側壓力；（2）大渡河路站基坑開挖深度為16.4 m，寬度為26 m，屬于超寬型基坑，鋼支撐因接頭過多易產生應力損失，從而使變形量增大；（3）大渡河路站基坑標準段長度達230 m，一次性放坡開挖，盡管已經考慮到6～18軸基坑優先開挖到施工底板，但整個基坑開挖時間較長，無支撐暴露時間過多，會造成地墻變形量增大。基于上述諸多不利因素，將第三道鋼支撐變更為混凝土支撐，以減少地墻的變形，從而減少對周邊環境的影響。從基坑開挖后的情況來看，未增設混凝土支撐的部位地墻最大變形為47 mm，增加混凝土支撐的部位地墻最大變形為32 mm，效果明顯。

5　減少對周邊地面沉降的建議

（1）信息化監測作為保證基坑施工安全的一種有效手段，對分析周邊地面沉降變形規律，判斷水土流失狀況，指導工程施工安全預警等方面能起到重要的作用。密切關注沉降變形的發展，仔細分析數據，及時提供信息化跟蹤，以便發生險情時及時發出警報。

（2）設計階段應充分考慮δv=α×δn的定量關系，雖為經驗公式，但地面沉降量與圍護結構位移顯然是息息相關的。在圍護結構配筋過程中，可以適當考慮開挖工況時最不利因素，在適當部位增加配筋量，從而提高圍護結構的抗彎變形能力。

（3）深基坑施工的影響范圍往往以2H（2倍基坑開挖深度）為最不利控制范圍，可以在施工前做好前期排摸工作，對可能影響較大的區域做好防范工作或技術處理。

（4）本文中提到的增設混凝土支撐并非適用于每一個深基坑，筆者認為混凝土支撐的增加從某種意義上是提高了基坑的整體剛度，但混凝土支撐的成型及強度發展需要較長的時間，而這段時間里基坑變形量是一個累加的過程，此外，在基坑不斷挖深時，也能發現第一道混凝土支撐從一個受壓構件已轉變為受拉構件，所以隨著基坑深度的增加，側壓力不斷提升的過程中能最快速度完成開挖是技術控制的重中之重。

（5）從可控制措施看，圍護結構變形是先兆，如圍護結構出現較大變形或突變，隨后一定會出現地面沉降。此時，除立即加強基坑施工措施外，應及時對相應區域的地表采取加固措施，以最快速度降低對周圍環境的影響程度。

（6）利用先進的科技手段，對每一道鋼支撐采用自動應力補償措施，第一時間對鋼支撐所損失的應力加以附加，從而提高基坑的整體剛度，但落實該措施的費用較大，需做好可行的權衡分析。

［1］SZ-08-2000，上海地鐵基坑工程施工規程［S］.

［2］DGJ08-11-2010，地基基礎設計規范相關條文［S］.

U231.3

B

1009-7716（2016）06-0243-03

2016-02-18

劉子欣（1984-），男，上海人，工程師，從事施工技術及工程管理工作。