地铁站端头井施工技术.docx

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地铁站端头井施工技术

M8线翔殷路车站大型端头井施工技术

摘要翔殷路地铁站为地下一层单跨结构，因受周围环境条件影响，使北端头井结构尺寸特大（平面尺寸为65m×72.4m），而施工工期紧，无法使用钢筋混凝土支撑，只能采用φ609钢支撑，这又给施工带来很大难度。

文章就北端头井的施工作一介绍，供广大施工技术人员参考。

关键词基坑围护井点降水注浆加固支撑体系四通接头

一、工程概况

上海市轨道交通M8线工程翔殷路站位于中原路和翔殷路十字交叉道路下，横跨翔殷路呈南北走向，其北端位于中原路上，南端位于营口路上。

车站包括出入口、风井及设备用房，全长174.9m，宽16～65m，主体结构为地下一层单跨结构，标准段结构净高8.88m。

隧道掘进采用了双圆盾构施工的新工艺，而且双圆盾构从南端头井进洞后将在主体结构内部穿过，直接到达北端头井。

车站总平面布置见图1。

图1翔殷路车站平面布置图

车站围护结构为600mm厚地下连续墙，开挖深度达14.2m，设4道φ609钢支撑；车站两端风井部分开挖深度为10.8m，设3道φ609钢支撑；主体结构底板厚1.2m，侧墙厚0.35～0.6m，顶板厚0.8～1.2m。

线路纵坡为由南向北0.2%的下坡，车站顶板覆土厚度为1.5～4.0m。

基坑保护等级为二级。

北端头井特大（平面尺寸为65m×72.4m）是本工程的一大特点，为保证结构施工安全及管线搬迁和道路翻交的需要，在北端头井内增设了⊥型临时封堵墙（墙1和墙2），把北端头井分成北一段（44.5m×37.5m）和北二段，从而方便了施工。

二、现场地质条件

根据业主提供的翔殷路站的详勘资料，场地属长江三角洲入海口东南前缘的滨海平原地貌类型，微地貌属吴淞江古河道沉积层，主要由第四系上更新统和全新统滨海～河口相、滨海～浅海相、河口～沼泽相的粘性土及砂、粉性土组成，地层分布较稳定。

由于吴淞口左河道的切割，场地内缺失③层灰色淤泥质粉质粘土，代之而分布的有厚度较大的②3层砂质粉土。

各土层的埋藏分布及土层特征见表1。

表1地层特性表

层号

土层名称

层底标高，m

层厚，m

密实度

压缩性

①

填土

2.75～1.78

1.4～2.1

松散

②3

灰色砂质粉土

-9.02～-10.82

8.5～14

稍密

中

④

灰色淤泥质粉土

-13.41～-14.80

3.2～5.6

高

⑤1

灰色粉土

-20.82～-21.87

6.1～8.3

高

⑥

暗绿色～草黄色粉质粘土

-25.62～-27.03

4.2～5.4

中

⑦1

褐黄色砂质粉土

-31.97～-32.22

4.7～6.6

中密

中

⑦2

灰色砂质粉土

-36.82～-38.47

4.6～6.5

密实

中偏低

⑧1

青灰色粘土

47.82～-47.97

14.2～16.5

高

⑧2

青灰色粉质粘土

-58.02～-58.77

10.2～10.8

中

⑨

青灰色含粘性土粉砂

未揭穿

中密

中偏低

基坑开挖深度范围内，主要为②3层砂质粉土，其结构较松散，具较强渗透性，且易震动液化，在地下水渗流作用下易产生流砂、管涌现象；场地潜水主要在②3层土中，实测水位埋深0.6～0.8m（常年地下水位埋深可取0.5m），潜水对混凝土无腐蚀性。

承压水主要在⑦层砂质粉土中，实测承压水位埋深2.6m，据《DGJ08-11-1999规范》计算，基底会产生突涌现象，需降承压水。

三、北端头井施工技术

1.地下连续墙施工

北端头井地下墙共46幅，深度为21～28m，槽段平面呈直线形、折线形、L形、T形和Z形等多种形状，混凝土强度等级为水下C30，抗渗标号S8。

地下连续墙采用液压抓斗挖槽机成槽施工工艺。

（1）成槽难点

由于成槽需穿越②3灰色砂质粉土层，土层埋深为地面下4.2～14.3m，水平渗透系数为1.2×10-4cm/s，垂直渗透系数为2.6×10-4cm/s，流砂现象相当严重，成槽过程中土体易坍塌、不稳定。

（2）解决措施

①井点降水

在连续墙成槽施工前一星期，先使用大口径井点进行预降水，将水位降至地面以下约8m，有效固结该区段内的砂性土，从而增加槽壁的稳定性。

钻孔直径为600mm，井管直径为273mm，井点管中心距地下墙边2m，井点管水平间距约8m，转角处适当增加。

井管外侧空隙从孔底到地面下4m范围回填粗砂，地面下4m至地面用粘土封堵。

②双液注浆加固

在施工数幅地下墙后发现，直线形地下墙成槽质量较好，而转角幅地下墙混凝土充盈系数在1.2～1.4左右。

经过反复研究讨论后，决定对所有地下墙的阴角部位土层采取双液注浆加固措施，加固深度为地面下7m，水灰比为1∶1，注浆量为100L/m，孔位布置成梅花形。

井点降水管和注浆孔位布置见图2。

图2井点降水管布置和注浆孔位布置图

通过以上两种施工措施后，地下墙混凝土充盈系数基本控制在1.05～1.10，从而使地下墙成槽质量得到了很好的控制。

2.盖挖顺筑法施工

因翔殷路管线搬迁和交通道路翻交的需要，故在临时封堵墙1南侧的11m范围采用盖挖顺筑法施工，即先施工顶板，然后在顶板上进行管线搬迁和交通道路施工，再开挖顶板下的土体。

为此，盖挖段顶板下设计14根钻孔桩，用以支撑顶板及地面交通荷载。

（1）钻孔灌注桩

钻孔桩长66m，分成上下两节。

下节为直径1.2m、长53m的钢筋混凝土桩（至底板内），上节采用φ609钢管桩（从插入底板下3m至顶板），钢管内浇注混凝土。

2）施工要求

由于钢管桩是作为车站的永久立柱，因而对钢管桩定位误差和垂直度控制要求非常高，钻孔桩定位误差要求≯10mm，垂直度≯1/300；钢管桩定位误差≯10mm，垂直度≯1/600；单桩承载力设计值为7400kN；混凝土强度等级C40。

钻孔桩平面布置见图3。

图3钢管桩位置及剖面图

（3）实施措施

为保证钻孔桩的垂直度，施工采用GPS-20型钻机正循环钻进成孔。

钻孔66m深至设计标高后放入钢筋笼，钢筋笼长度为53m，然后开始浇注混凝土，当混凝土浇注至钢筋笼下3m位置时，立刻插入φ609钢管，控制好垂直度后，再在钢管内浇注混凝土直至管顶。

为保证钢管桩垂直度控制在1/600内，特在施工中改用浮球观测法进行控制，即先在钢筋笼上找出中心点位置，然后在中心点上绑扎1根线绳，线绳的另一头绑上球胆，线的长度应是系绳点至桩顶标高之间的距离；将壁厚为5mm、高400mm的钢护筒固定在钢筋笼顶部内壁钢筋上，作为以后千斤顶的支撑点；在钢管桩的底部预埋4只千斤顶，每只千斤顶的调节杆用1根φ14的钢筋固定并连接到地面，地面操作人员只需通过调节连接钢筋就可以调节千斤顶的预加应力，从而控制钢管桩的垂直度。

盖挖段基坑开挖后，对钻孔桩进行了复测，其定位误差和垂直度基本上都在设计要求的控制范围内。

3.地基加固

（1）双液浆加固

为防止基坑开挖过程中因地下连续墙产生过大的位移及土体回弹而影响附近地下管线和建筑物的使用安全，因而在基坑底采用抽条注浆加固土体，从而减小地下连续墙的水平位移及基坑旁土体的沉降。

加固深度为基坑面以下4～5m，加固后28d强度Ps≥1.0MPa。

由于地下连续墙转角处的钢支撑集中轴力较大，故对其外侧土体从基坑底至地面范围进行双液注浆加固。

（2）搅拌桩加固

车站主体结构因盾构过站需要，其底板标高比出入口、风井及设备用房等底板低3.2m，此部位土层为②3砂质粉土，土质相当差；而在北端头井东侧又有高层建筑，离基坑较近；加上北端头井开挖面积大、基坑暴露时间长，风险很大。

为保证在基坑开挖阶段周围建筑物的安全和坑底的稳定，故在主体结构与附属结构的底板高低错落处采用深层搅拌桩加固土体，加固宽度为3.2m，靠近高层建筑的基坑边6m范围内采用深层搅拌桩加固，其中底板面至底板面下7.4m为强加固，水泥渗量为14%；底板面至地面范围为弱加固，水泥渗量为7%。

搅拌桩28d强度指标：

开挖面以下qu≥1.5MPa；开挖面以上qu≥0.8MPa。

（3）地下墙墙趾注浆加固

地基加固平面布置见图4。

图4地基加固平面布置图

为防止地下连续墙在基坑开挖时产生过量沉降，须在地下墙达一定强度后对墙趾进行加固。

用地下墙施工时预埋的注浆管进行注浆加固，注浆的浆液为粉煤灰、膨润土、水泥和水玻璃组成的双液浆，注浆量为1.5m3/m。

4.井点降水

井点降水包括基坑内潜水降水和承压水降水两种，因现场周围建筑物和地下管线相当多，在降水过程中，地下水位的下降会导致降水漏斗范围内地表沉降，因此降水范围和程度需要合理控制。

（1）基坑内降潜水

通过降低基坑内潜水，可以及时疏干开挖范围内土层中的游离水，使土体得以压缩固结，提高土体的水平抗力，防止开挖面的土体隆起。

车站范围内已有搅拌桩加固和双液注浆抽条加固，故布置降水井时应考虑避开地基加固位置，合理布置井点，确保降水效果达到最好。

本工程单井有效抽水面积取200m2（经验值为160～220m2），井管直径为273mm，钻孔直径为600mm，井管深达19m；为保证抽水效果，滤管分为2节，第1节长8m，第2节长4m，井管壁钻有16个孔，孔径为30mm。

（2）降承压水

场地内承压水主要来自⑦

层砂质粉土中的地下水，⑦层土顶埋深为29.6～31.4m，为第一承压含水层。

由于实测承压水位在地面下2.6m，据《DGJ08-11-1999规范》计算，基底会产生突涌现象，若要保证基坑安全，承压水水头高度不得小于6m，因此在基坑内布置了4口降水井，在基坑外布置了1口观测井。

降水井直径为273mm，钻孔直径为600mm，井管深达41m，水泵抽水能力为6m3/h，其中滤管布置在地面下-31～-39m范围。

为避免地下水下降太快而影响地面沉降，北一段基坑开挖至地面下8m时开始抽承压水，这样既保证施工时基坑底板的稳定，又避免了抽水时间过早而造成降水漏斗过大，导致地表大范围沉降，影响周边建筑物安全。

在降低基坑内承压水头的过程中，当观测井中的承压水头降至设计要求（地面下7m左右）时，应及时调整抽水量，防水因过分降水而引起地面沉降，待底板混凝土达到设计强度后可停止抽降承压水，并做好封井准备工作。

地下潜水和承压水降水井点布置及滤管构造见图5。

图5降水井点布置及滤管构造图

5.北一段基坑开挖与支撑

（1）钢支撑

①四通接头

北一段平面尺寸为44.5m×37.5m，中间开挖深度为14.2m，两侧风井及设备用房开挖深度为11m。

因受工期限制，无法采用钢筋混凝土支撑，只能使用φ609钢支撑。

而在这样大的基坑中，单根钢支撑长度将达到44.5m，因而很难保证钢支撑的稳定性，若基坑内采用双向支撑，这又使上下道支撑之间的净高变得很小，给开挖施工带来困难。

经过专家、设计院和公司总工多次讨论后，决定采用钢支撑双榀，且双向支撑均布在同一标高，钢支撑?

quot;＃字"型，钢支撑相互连接采用四通接头（见图6）。

根据开挖流程和安装的便捷，南北方向钢支撑贯通连接，东西方向的钢支撑与四通接头、四通接头相互之间连接均采用螺栓固定。

图6钢支撑与四通接头连接示意图

②钢围檩

为加强地下墙的整体稳定性，在钢支撑端部地下墙上设置双榀H型钢（规格700×400×40×30）作为钢围檩，钢支撑撑在双榀H型钢上，这样既可以使地下墙形成整体，又可以放大钢支撑水平之间的间距，给挖土施工带来很大方便。

③钢支撑轴力设计

钢支撑设计轴力第1道为582kN，第2道为2281kN，第3道为2630kN，第4道为2545kN。

施工时，除第1道施加设计轴力的50%外，其余均施加设计轴力的70%。

支撑布置见图7。

图7钢支撑布置图

（2）基坑开挖

由于基坑内支撑呈"＃字"布置，上下道钢支撑间距约3m，因此，挖土施工时无法采用传统的分段分层开挖方式，而是采用中间向四周扩散的盆式开挖方式。

①支撑设置

基坑开挖至第1道钢支撑设计标高下1m，凿平地下墙上凸出的混凝土，在四侧拐角上按设计图施工钢筋混凝土角撑，在直撑段安装双榀70＃H型钢。

先设置好东西向钢支撑，并在两端同时施加预应力，然后在支撑十字交叉位置放置好四通接头，再把南北向支撑与四通接头用螺栓固定，并在两端同时施加预应力，最后在格构柱之间用工字钢支护钢支撑。

依次施工第2道和第3道钢支撑，当第3道钢支撑安装后，开挖至风井设计底板标高（约-7.3m），施工并浇注两侧风井底板混凝土，待混凝土强度达到设计强度70%后再开挖中间落深部位（高差约3.2m）土层，此时可采用分段分层开挖方式，边挖边撑，钢支撑撑在两侧已施工完成的混凝土底板上。

②注浆堵漏

开挖过程中对地下连续墙上有渗漏水的地方随时进行注浆堵漏，直至无渗漏水出现。

③复加支撑轴力

基坑施工过程中，支撑不可避免的会产生预应力损失。

支撑轴力

的损失与开挖进程、围护结构位移、地面沉降变形、温度变化、施工过程中的震动等有关。

支撑预应力损失必然会引起围护结构的位移，所以，及时、有效地复加支撑轴力，对控制地下墙位移是一项非常关键而有效的措施。

施工中通过预放在钢支撑端部的轴力计监测钢支撑轴力变化情况，当轴力计显示支撑轴力损失≥10%时，应对支撑进行轴力复加。

6.北二段开挖及支撑

北二段有一段顶板（约11m范围），由于管线搬迁和交通组织需要，将采用盖挖法施工，即先施工顶板，顶板完成后在其上铺设管线和施工沥青混凝土道路，然后再在顶板下挖土，施工底板和内衬。

盖挖段开挖深度为5m，此深度土层为②3灰色砂质粉土，流砂现象特别严重，又紧邻翔殷路，地面下有大量管线。

而地下墙围护只有东、西、北3侧，为确保安全，在开挖段南侧打设1排40＃钢板桩作围护，钢板桩长12m，水平向设56＃H型钢作为围檩，用φ609钢支撑撑住，但不加预应力。

钢板桩施工完成后，先开挖至第1道钢支撑标高下1m，安装双向钢支撑，然后开挖至顶板设计底标高下，浇注200mm厚素混凝土，再施工顶板。

待顶板混凝土强度达到设计强度后拆除支撑，进行防水涂料施工，最后回填土、铺设管线和施工沥青混凝土道路。

支撑布置见图8。

图8钢板桩围护及支撑平面布置图

7.结构施工

基坑开挖至设计标高后，浇筑底板素混凝土C30厚300mm，兼作底撑。

北端头井两侧风井结构底板比中间段盾构过站结构底板标高高出约3.1m，因此先施工两侧风井结构底板，然后再施工中间段盾构过站结构底板。

一方面由于管线搬迁、道路翻交，要求顶板施工尽快完成；另一方面为了减少围护结构的后期变形，所以内衬墙采用了后浇法，即在顶板混凝土浇注并达到强度后，再施工内衬墙。

为便于以后内衬墙的混凝土浇筑，顶板和内衬墙上部1m范围内的混凝土一起浇筑，内衬墙下端作成45°的内斜口（见图9），以方便以后混凝土浇注。

图9内衬墙施工示意图

四、施工监测

为保证施工期间基坑开挖的稳定性及周边道路、地下管线和建筑物的正常使用，实现信息化施工，在地下墙、建筑物、道路和管线等部位设置了沉降及位移观测点（见图10）。

图10测点布置图

监测周期从基坑开挖开始到结构顶板完成，监测频率视施工工况，每天1～2次，基坑变形控制保护等级为二级。

监测结果见表2、表3。

由于基坑每一层土方开挖和支撑安装的时间较长，使围护结构无支护暴露时间较长，地下墙墙体位移较大，局部超出了设计报警值（40mm），但建筑物沉降、管线沉降和路面沉降均满足设计要求。

表2地下墙位移及沉降值

测点

位置

W1

W2

W3

W4

W5

W6

W7

墙体水平位移，mm

34.5

44.2

24.7

68.1

21.6

45.5

26

墙顶水平位移，mm

0.6

1.8

0.3

1.0

0.4

1.2

0.7

墙顶沉降，mm

5.8

4.8

2.3

6.2

2.2

5.6

2.8

表3建筑物及地下管线沉降值

测点

沉降值，mm

建筑物

J1

7．6

J2

7.9

J3

8.5

J4

8.2

J5

8.1

J6

7.3

地下管线

GX1

6.5

GX2

8.2

GX3

7.8

GX4

6.4

GX5

6.2

GX6

6.8

GX7

6.0

五、小结

本工程北端头井结构远远大于常规的地铁车站端头井，基坑暴露时间相当长，但基坑变形还是得到了很好的控制，这是由于在施工中采取一系列技术措施，如：

地下墙成槽在穿越②3灰色砂质粉土层时，采用井点降水固结土体，地下墙转角处采用双液注浆加固，在大型基坑围护结构内侧采用深层搅拌桩加固等。

由于端头井单根支撑长度达到45m，通过四通接头固定，减小了支撑的长细比，有效地增加了支撑的稳定性；采用双榀钢支撑、四通接头和钢围檩作为支撑组合体系，使支撑间距达到6m左右，为支撑的吊装和土方开挖创造有利条件，加快了工程进度。

为控制地下墙变形，及时进行钢支撑轴力的复加；因钢支撑长度很长，故施加预应力时应提高轴力设计值的10%～20%。

以上提到的一些技术措施，是翔殷路车站大型端头井施工成功的关键，对今后的类似工程，有一定的参考价值