上海地鐵M8線人民廣場站與已建車站
同站廳換乘深基坑施工方案研究


【摘 要】正建上海地鐵M8線人民廣場站與已建地鐵一號線人民廣場站采取同站廳平行換乘，施工過程中為保護周圍環境、尤其是確保地鐵一號線正常運營，施工方案中針對各技術難題提出了相應的解決辦法．并擬定了一整套合理的施工工藝。為方案有效、安全地實施，提供了技術上的支持和保證。
【關鍵詞】換乘地鐵車站 環境保護 逆作法 深基坑 信息化施工

0引言
正在建設的上海地鐵M8線人民廣場車站為地下二層三柱四跨島式車站，外包長度329．5m，標準段內凈寬26．48m，端頭井深15m，標準段深13．2m。車站主體西側緊貼一號線人民廣場車站東側地下墻布置。一號線人民廣場車站為地下二層二柱三跨的結構，地下一層為站廳層，地下二層為站臺層。新老車站之間擬采取同站廳平行換乘。
1 工程概況
本站沿西藏中路布置于道路西側，車站主體基本位于路側人行道及綠化帶中。車站北起九江路(過九江路)，南至人民大道，車站主體平行于一號線人民廣場站。車站北端頭井位于精品商廈、音樂書店，南端頭井靠近人民大道路邊。西藏中路東側有保護性建筑沐恩堂、大光明電影院、來福士廣場、世貿國際廣場。周邊交通繁忙、重要管線眾多，施工場地狹小。工程環境條件如圖1所示。
圖1 M8線人民廣場站工程環境圖

擬建場地地基土在基坑開挖深度影響范圍內，主要以飽和淤泥質粉質粘土、淤泥質粘土為主，但局部夾有薄層粉細砂及貝殼碎屑，第③層淤泥質粉質粘土中夾薄層砂質粉土。第③層和第④層淤泥質粘土層厚度分別為5．5m和8．7m。
2 技術難點
M8線人民廣場車站建設的核心問題是不影響一號線車站的結構穩定，確保一號線的高度運營功能。施工過程稍有不當，后果都將不堪設想。為了滿足以上原則，在設計和施工過程中，必須解決一下兩個技術難題。
2．1 新老車站之間差異沉降
為了滿足兩個結構平行換乘的使用功能，最好是將新老結構連為一個統一的整體。但是，目前一號線車站的沉降已經基本穩定，而新建車站的沉降肯定還有一段發展時間，如伺解決“一靜一動”兩個結構的變形一致和變形協調，至關重要。因此，有必要采取針對性的措施確保新車站本身結構的沉降穩定，從而減小新車站施工和使用過程中對原車站產生的不必要的附加沉降。
2．2 新車站建設過程已運營車站和線路的位移控制
在已建地鐵車站的四周(包括兩側和頂、底部)從事的一切工程活動，包括地基加固、深基坑土方開挖、支撐軸力的施加、原車站附屬結構施工等者附引起車站結構的位移反應。這種位移反應如果太大，一方面將在原結構中產生附加內力并在結構內產生裂縫；另一方面還將引起軌道道床的位移影響列車的正常運營。所以必須選用合理的施工方式、施工工藝和施工參數，將新車站施工對老車站的影響控制在最小程度。
3 設計思路
3.1主要控制參數
本工程的基坑本體和環境保護等級為一級，控制參數如下表
表1 設計主要控制參數表

3．2 方案要點
(1)逆作法施工，設置強有力的逆作立柱樁；加深樁基礎和樁底注漿，減小新建車站沉降對老車站的影響；中樓板和底板下實施高壓旋噴加固，減少樓板制作時車站位移。
(2)地基加固：進行攪拌樁裙邊地基加固、攪拌樁和地下墻之間采用旋噴樁地基加固；每次開挖前進行井點降水。
(3)基坑開挖：采取“一明二暗”基坑開挖方式；基坑開挖時，其縱橫向邊坡放坡應根據地質、環境條件取開挖時的安全坡度；必須分段、分區、分層、對稱進行，不得超挖；土方開挖的順序、方法必須與設計工況相一致，并遵循“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴禁超挖”的原則；嚴格控制挖土時間和支撐時間。
4 主要施32技術要點和措施
4．1地下墻施工
逆作法地鐵車站中地下連續墻及其施工極其關鍵，墻體適宜的厚度和人土深度對減少變形十分有利。在施工中護壁泥漿的陛狀、溝槽的穩定、槽段的連續、連續墻清底質量等也影響著周圍沉降的大小。
(1)地下墻設計參數：車站主體結構地下連續墻厚度為800MM。內襯墻的厚度：北端頭井600mm；南端頭井500mm；標準段靠一號線400mm。地下連續墻深度：端頭井處28m，標準段處25m。
(2)地下連續墻槽段連接：地下連續墻無論采用何種接頭形式，都需解決接頭處的地下水滲漏問題。漏水、甚至墻后細砂、泥向坑內流人，都會影響基坑開挖，并且水土流失產生地層土體變形對周圍環境保護極為不利。本工程地下墻接頭形式為十字鋼板接頭。為防止接頭處滲水，采用坑外雙液跟蹤注漿的方法，進行防滲漏。
(3)地下連續墻清底和墻趾注漿：為控制連續墻本身的豎向沉降量，嚴格連續墻清底質量，并在連續墻混凝土大于設計強度70％后，進行墻趾注漿。在每幅地下墻內布置2根壓漿管，插入墻底下1m，壓漿范圍為地下墻底下1．5m。
4．2地基加固
4．2．1攪拌樁和旋噴樁加固
為減小M8線人民廣場站基坑施工中圍護結構的變形，減少對一號線車站及周邊其他管線建筑的影響，在坑底以下3m進行攪拌樁格構式裙邊加固。靠一號線一側裙邊加固寬度為8m，靠西藏路一側裙邊加固寬度為4m。在地下連續墻和攪拌樁之間用旋噴樁進行加固。攪拌樁和旋噴樁施工過程中必須進行地下連續墻尤其是一號線地下墻側向位移地監測，選用合理的施工參數和施工工藝，控制樁體施工時對一號線結構的擠壓效應。
4．2．2深井降水施工
在挖土施工前，對基坑內的地下水進行預降水，以使土體固結密實，是基坑開挖時確保基坑穩定性的關鍵因素之一。本工程車站主體內共設39口井，深井孔的成孔深度為23m(端頭井)和21m(標準段)，深井井管的布置為梅花形布置。本工程進行深井降水的主要目的是為了疏干工作面，應當避免降水過深造成一號線車站的水平位移。
4．3基坑開挖與支撐
根據車站所處的工程環境條件，本工程擬定采用一明二暗挖土的逆作法施工，同時，基坑開挖施工中將采取一系列環境保擴惜施和優化施工工序，以達到安全、快速、優質的目標。
4．3．1 鋼支撐平面布置及要求
控制變位最有效的方法就是及時可靠地架設支撐系統和對支撐系統施加預應力，挖土和支撐是兩項不可分離的工作，挖土的成敗取決于支撐的施工，支撐架設的是否及時，直接影響到挖土的進度，二者相輔相成，施工方案必須同時考慮，缺一不可。本工程鋼支撐的平面布置為：車站標準段：主要采用東西向的直撐，支撐間距一般為3m，共3道支撐，明挖時安裝1遭支撐，暗挖時安裝2道，為φ鋼管，每節6-9m，用法蘭螺栓連接，在中間布置一排支撐立柱(利用結構鋼立柱)，為保證立桿的穩定性，在支撐立柱之間．每根支承樁在鋼支撐底用型鋼作為連桿，并在鋼支撐位置用10#槽鋼做抱箍抱住鋼支撐，限制支撐中點處的變形，從而減少鋼支撐的計算長度，確保鋼支撐受力穩定。南北端頭井：采用φ609鋼管做斜直撐。
4．3．2 頂板順作法挖土
開挖流程：根據施工分塊和總體安排，明挖施工分三大塊進行，順序為中塊-南塊-北塊。其中中塊挖土工作由18軸向10軸推進，8至9軸間向10軸推進，即展開兩個工作面，由九江路臨時道口出土；南塊挖土由]8軸向40軸推進，只展開一個工作面；北塊挖土由1、9軸向5至6軸推進，亦展開兩個工作面，由九江路出土。其挖土分塊分區圖如圖2。

圖2 挖土分塊分區圖
4.3．3 逆作挖土施工
暗挖施工利用預留的九個出土口出土，總體水平流程為由車站兩端向中間推進，逐層予以完成。暗作施工豎向流程為：頂板做好后挖土至第一道支撐面，同時抽槽安裝第一道支撐-挖土至第二道支撐面，同時抽槽安裝第二道支撐-中板施-挖土至第三道支撐面，同時抽槽安裝第三道支撐(由第二道下移-挖土基底)。
基坑開挖遵循“分層、分步、對稱、平衡、限時”的原則。基坑開挖分若干段進行，在每一分段挖土施工時又分層分小段地進行，分層的厚度以每一道支撐的底面標高為界，而每一小段的長度同地下連續墻的半幅長度為3m，每一層的每一小段開挖完畢后，立即安裝支撐。
支撐安裝與挖土施工做到緊密配合，隨挖隨撐。挖土時控制好每一小段的長度，同時控制好每一分層的深度至支撐面，不超挖。在挖土到標高后立即安裝支撐，做到在8h內安裝完畢并施加預應力。為保證支撐的及時安裝，支撐均事先在地面拼裝。
為減少基坑開挖后的暴露時間，從挖土、支撐到頂板鋼筋混凝土底板的澆筑均控制在30d內完成，一般在15d左右完成。
圍護結構平面位置和支撐布置如圖3所示。

圖3圍護結構平面布置和支撐布置圖
5 環境監護和施工監測
實踐證明，按照時空效應的理論和設計方法，基坑工程在各開挖過程中，擋墻水平位移和墻后土層為已基本符合設計預測值。但由于土層的不均勻性、各向異性以及施工過程不可避免的突發或偶發因素，使得擋墻和土層位移在施工過程中發生偏離預測值和警戒值的現象。因此，施工監測及環境監 護工作必不可少，同時，利用監測數據進行反分析，從而摸索一整套優化施工參數、控制基坑變形和保護周圍環境的信息化施工技術。
5．1 監測點布置原則
監測點的布置范圍為連續墻或樁基施工、基坑降水及土體開挖的影響區域，按2倍開挖深度考慮必須考慮到監測對象的特定情況(重要性、距離遠近、結構和基礎形式等）。
5．2監測項目及測點布置
本工程擬定的監測項目有：地鐵一號線人民廣場站變形監測；建筑物沉降及裂縫觀測；地下管線沉降及水平位移監測；地表沉降斷面監測；地下連續墻頂沉降及水平位移監測；地下連續墻側向位移監測；坑內外地下水位監測；支撐軸力監測；坑底回彈和隆起監測；連續墻鋼筋應力監測；孔隙水壓力觀測；坑外土壓力觀測。監測點布置如圖4所示。

圖4 圍護結構監測點布置圖
上海地鐵八號線人民廣場站基坑是典型的長條形基坑，由于其特殊的工程環境和地質環境條件，對設計和施工帶來了很大的難度，同時也提出了很高的要求。方案針對本工程的目的和特點，在保證工程質量、速度和環保要求的情況下，采用了多種較為先進的、科學合理的施工方法和工藝，為方案的有效實施，提供了保證。
(1)方案采取“一明二暗”法施工，能最大限度地縮短交通封鎖時間，使結構受力更加合理，基坑開挖對環境影響相對減小，并具有很好的經濟效益與社會效益。
(2)基坑內采取降水加固、攪拌樁加固和旋噴樁加固，對于維持基坑穩定和控制墻體位移具有良好的效果。
(3)軟土深基坑工程環境保護綜合技術中考慮時空效應的開挖與支撐技術占有主導地位。在考慮時空效應的開挖與支撐技術中，合理選擇各種施工參數十分重要。基坑開挖施工嚴恪遵照“分層、分步、對稱、平衡、限日寸”的原則。開挖分為中—南—北三塊，以支撐底面為界進行分層，每一層按每3m分段，無支撐暴露時間控制在8h以內。以次來減少基坑開挖對一號線及周圍其他建筑物的影響。
(4)施工過程以理論為指導，以施工過程中的量測監控為依據，通過完善的監控系統，獲得動態的施工信息，有效地指導施工、優化和調整施工參數。

參考文獻
1 劉建航 候學淵．基坑工程手冊.北京：中國建筑工業出版社，1997
2 孫更生 鄭大同．軟土地基與地下工程北京：中國建筑工業出版社，1991