软土地层暗挖车站工程中组合顶管相继顶进的叠加效应分析

2018-04-04杨忠勇王禹椋潘伟强

建筑施工 2018年12期

杨忠勇王禹椋潘伟强

1. 同济大学上海 200092；2. 上海隧道工程有限公司上海 200032

目前，国内轨道交通地下车站常见的施工方法主要有明挖法、暗挖法以及明暗结合法。明挖法是各国地下轨道交通车站施工的首选方法，在地面交通和环境允许的地方通常采用明挖法施工。但在城市中心地区，受到地面交通、管线以及周围建筑物的制约，明挖法因其施工时占用地面空间较大，往往无法适用于某些场地条件紧张的地下车站工程。相比之下，暗挖法因其不影响地面交通和管线、占用场地小等优点，近年来在国内各大城市地面交通繁忙和地下管线复杂的城市中心地区得到越来越广泛的应用。目前国内外采用暗挖法修建地铁车站的施工方法主要有浅埋暗挖法、管幕法、盾构法、洞桩法等[1-4]。

经过综合调研分析，由于上述工法在上海市轨交14号线静安寺车站工程B区段施工的适用性均较差，最后该区段决定采用顶管法进行施工。

截至目前，国内外尚无采用顶管法进行地铁车站施工的案例，该工程在软黏土地区环境敏感区域地铁车站建设方面具有开创性意义，因此需要从多方面研究该工程存在的重、难点以及施工风险。

本文则着眼于组合顶管相继顶进的叠加效应研究，通过分析叠加效应对周围土体变形、场地周边高架桥桩基变形产生的影响，从宏观角度得到组合顶管顶进过程中存在的施工风险，为该工程以及今后的同类工程提供参考。

1 工程概况

上海市轨交14号线静安寺站位于华山路与延安中路交叉路口，沿华山路南北向布置，为地下3层岛式站台车站，与已建成通车的轨交2号线、7号线静安寺站形成三线换乘枢纽。车站长度225 m，净宽20.54 m。整个车站主体自北向南分为A、B、C共3个区（图1），其中A、C区采用分段半幅盖挖＋局部框架逆作法施工，本文所研究的B区采用暗挖顶管法施工。

B区暗挖段横贯延安高架路及其地面道路，长度82 m，顶管顶部埋深15 m左右，顶管管节断面为8.85 m×7.65 m、9.50 m×4.80 m这2种规格的类矩形，每节顶管纵向长度为2 m，施工时先采用钢管节顶进，后期于隧道内部现浇钢筋混凝土，形成复合管节（图2）。

图1 轨交14号线静安寺站平面布置

图2 顶管横截面

2 顶管近距离相继顶进叠加效应分析

轨交14号线静安寺站B区暗挖段所在地层横断面上无地面建筑物，因此，在研究组合顶管相继顶进产生的叠加效应对邻近地面结构的影响时，主要研究延安路的路面不均匀沉降以及延安高架路桥墩桩基的变形情况。

2.1 叠加效应对周围土体的影响分析

图3反映的是组合顶管相继顶进叠加效应对地面沉降的影响。左侧大顶管顶进结束后地表沉降最大值为5 mm，位于顶管上方，此时沉降槽宽度大约为18 m；右侧大顶管顶进后地表沉降普遍达到7 mm，此时沉降槽宽度明显增加，达28 m；在站厅层小顶管施工后地表发生小范围的大幅度沉降，沉降最大值达到14.3 mm。根据这一分析结果，虽然站台层两顶管断面大于站厅层顶管，但由于站厅层顶管覆土浅，且整个组合顶管为非对称结构，所以站厅层顶管施工时会发生大幅度的不均匀沉降，站厅层顶管上方地表6 m范围内沉降均达到14 mm，而这一范围外的沉降仅0.6 mm，因此在实际施工中需要特别注意这一工况的施工风险。

图4反映的是组合顶管相继顶进叠加效应对不同路径分层沉降的影响。不同路径的分层沉降反映了组合顶管施工对周围土体的扰动情况。对于不同路径，呈现一定的相似规律，又有所不同：例如深度0～5 m，沉降均缓慢变化；而5～10 m，沉降值迅速变化。对于路径B，由于该路径位于顶管正上方，其沉降随深度的增加而增加，这主要是由于顶管顶进过程中顶管上方土体出现陷落引起的，而其他路径在深度5 m以下迅速减小，表明这一部分区域的土体不在组合顶管施工扰动较强的范围内。由于C、D路径距离小顶管较近，因此可以看到小顶管施工后，曲线上6m深处沉降值突增。

图3 组合顶管施工对地面沉降的影响

图4 组合顶管施工对不同路径的分层沉降的影响

2.2 叠加效应对高架桥桩基的影响分析

从3根顶管顶进完毕后左侧和右侧第1根桩基的变形（图5、图6）可以看出，由于组合顶管结构不对称，施工时的影响不同，两侧桩基变形值规律也不同，左侧桩基变形最大值接近2.2 mm，而右侧桩基变形最大值达到3.2 mm。左侧桩基随着顶管施工的变形增量较为平缓，而右侧桩基由于上下顶管叠交施工，在深度9～21 m范围内变形发生突增。