TRD工法在深基坑止水帷幕工程中的应用

摘 要：随着上海轨道交通建设发展,在紧邻周边建筑建设地铁新站点的现象已越来越普遍。本文主要阐述了在高架下方进行车站施工,通过全新工艺TRD工法作为围护体的止水帷幕,从而克服低净空施工的难度,而又达到在降水阶段消除或降低基坑降水对周围环境的影响作用。

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1.1工程概况

上海轨交 14 号线是连接市中心区和东西部地区的轨道交通骨干线。其中，中心城区的黄陂南路站是 14 号线与 1 号线的地下换乘站。站点位于金陵西(中)路下，西至重庆南路，东到黄陂南路。主体规模 343.836 m×30.000 m，地下二层结构，坑底深约 17.09 m。

黄陂南路站西端头井基坑深度约 18.57 m，坑底位于第 ⑤ 1 层黏土层中，采用明挖顺作法施工。围护结构选用 1 000 mm厚地下连续墙(工字钢接头)，北侧墙长 34 m，墙趾位于第 ⑤3-1 层粉质黏土夹黏质粉土层中；南侧墙长 39 m，墙趾位于第 ⑤3-2 黏质粉土夹粉质黏土层。成槽后采用 800mm 厚 TRD 工法作为止水帷幕，其加固深度 48 m。局部 TRD 加固无法施工区域采用 MJS 加固补全。

1.2 工程地质与水文地质条件

1.2.1 工程地质

经工程勘察，拟建场地位于古河道地层分布区域，在深度 80.45 m 范围内地基土属第四纪晚更新世及全新世沉积物，依据上海市工程建设规范《岩土工程勘察规范》(DGJ 08—37—2012)，按其沉积年代、成因类型及其物理力学性质的差异，可划分为 7 个主要土层，其中：第 ①1-1 层杂填土；第 ②1 层灰黄色粉质黏土；第 ③ 层灰色淤泥质粉质黏土，含 1 个夹层第 ③ j 层灰色黏质粉土；第 ④ 层灰色淤泥质黏土；第 ⑤1-1 层灰色黏土，第 ⑤1-2 层灰色粉质黏土，第 ⑤2 层灰色黏质粉土夹粉质黏土，第 ⑤3-1 层灰色粉质黏土夹黏质粉土，第 ⑤3-2 层灰色黏质粉土夹粉质黏土，第 ⑤3-3 层灰色粉质黏土夹黏质粉土；第 ⑦2-1 层灰色砂质粉土，第 ⑦2-2 层灰色粉砂；第 ⑨ 层灰～青灰色粉砂。各土层分布较稳定，具有成层分布的特点，缺失上海地区统编地层第 ⑥ 层硬塑状粉质黏土层，第 ⑦ 层层顶埋深有一定起伏。

1.2.2 水文地质条件

地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙水，按照地质形成时代、成因和水理特征，划分为潜水含水层、(微)承压含水层。本工程地下水主要为赋存于浅部土层中的潜水、⑤2 及 ⑤3-2 层中的微承压水、第 ⑦ 层中的承压水。

上海地区潜水分布于浅部土层中，埋深一般离地表面0.3～1.5 m，年平均地下水水位埋深离地表面 0.5～0.7 m。由于潜水补给来源主要为大气降水入渗及地表水迳流侧向补给，受大气降水和地表水的影响，浅部土层中的潜水位呈季节性波动。勘察结果显示，本工程地下水静止水位埋深一般为 0.90～3.10 m(相应标高约 2.43～0.25 m)。

拟建场地第 ⑤2 层黏质粉土夹粉质黏土及第 ⑤3-2 层黏质粉土夹粉质黏土层均为微承压水含水层。根据上海地区经验，第 ⑤2 及第 ⑤3-2 层中的微承压水水位埋深一般约3～11 m，均低于潜水水位，并呈周期性变化。第 ⑤2 层微承压水水位稳定埋深约 6.39 m(相应标高约–3.30 m)。

本工程西端头井基坑施工涉及 ⑤2 层微承压水。经详勘，拟建场地局部区域第 ⑤2、第 ⑤3-2、第 ⑦、第 ⑨ 含水层存在连通情况。

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(1)黄陂南路站西端头井距南北高架新承台最近处约 1.1 m，承台原有桩基为 PHC 管桩，桩长 44～49 m。TRD 止水帷幕深度为 48 m，与管桩深度接近，且距离管桩又近，TRD 加固施工时需确保承台及桩基安全。

(2)TRD 工法桩设备高度 10 m 左右，但紧邻的高架净高影响，TRD 施工的场地面积和高度受限制影响施工连续性，加固施工质量决定了止水效果以及降水对周边环境影响。

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3.1TRD 加固布置

在黄陂南路站西端头井地墙施工结束后，考虑到地墙坍方等因素，在距地墙外侧 1 m 位置施工一排 800 mm 厚 TRD 水泥土搅拌墙，墙深 48 m，由于端头井地墙南侧 TRD 施工受到桥台基础的影响无法施工，则在无法施工区域采用 MJS 工法施工，使止水帷幕能形成有效封闭，其桩位距地墙 50 cm，桩深 48 m。TRD 加固与地墙相交区域无法形成搭接的，也采用 MJS 工法施工进行封闭。

3.2监测点布置

TRD 加固施工时主要针对高架及地表进行沉降监测，监测点位布置见图 1。

图1 监测点位布置图

3.3施工工艺要点

(1)TRD 加固条长度约为 21 m，考虑到距离高架承台及桩基较近，TRD 加固采用“化整为零”的方法，将加固条分为 3 段进行施工，每段长度约为 7 m，通过减小加固长度的方式，方便施工场地布置并减少对周边环境影响。

(2)安排挖机进场开挖预埋槽，清除障碍物和表层杂填土，TRD 主机行走区铺设钢板等加固处理措施，确保桩机和切割箱的垂直度。

(3)切割箱自行打入时，按设计要求严格控制浆液配比，适当减少挖掘液的注入量，保持混合泥浆处于高浓度、高粘度状态，以便应对地层突变和地下水影响。本工程固化液水灰比为 1.2，水泥掺量为 25%。

(4)施工过程中通过安装在切割箱体内部的测斜仪，对墙体进行垂直精度管理，保证墙体的垂直度偏差不大于1/250。

(5)后序成型墙体应搭接已成型墙体约 50 cm，搭接区域应严格控制挖掘速度，使固化液与混合泥浆充分混合、搅拌，搭接施工中须放慢搅拌速度，保证搭接质量。

(6)施工结束拔出切割箱时，注浆泵工作流量应根据拔切割箱的速度作调整，防止孔内产生负压而造成周边地基沉降。切割箱起拔过程中同步注入相当于切割箱体积的水泥固化浆液，进行填充。切割箱全部拔出后一段时间，再进行二次补浆。

(7)施工过程实时监测 TRD 加固体施工影响范围内高架承台和地表沉降点，根据监测数据及时调整 TRD 加固施工速度、浆液参数等措施，必要时对加固体进一步分段减小影响。

黄陂南路站TRD隔水帷幕施工现场

TRD工法桩机自身高度8.7-12m可以在高压线，高架桥等低静空环境完成大深度的等厚度水泥土搅拌墙施工。

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4.1降水效果

西端头井基坑在开挖前进行了降水试验，坑内采用 YG 1 作为抽水井，坑内采用 Y 1、坑外采用 G 1 为观测井。期间，YG 1 抽水井流量由最初的 1.24 m3/h 逐步减少约 0.68 m3/h。停止抽水，进入水位恢复阶段。试验期间，坑内观测井水位埋深随时间的变化趋势见图 2。

图2 抽水试验期间，观测井水位埋深历时曲线

由图 2 可知，基坑内抽水稳定后，坑内观测井 Y 1 水位降深为 9.09 m，水位埋深为 14.49 m，达到安全水位降深要求。停抽后，坑内观测井 Y 1 水位恢复较慢，30 min 水位恢复 0.60 m，恢复比率为 4.6%；100 min 水位恢复 1.10 m，恢复比率为 8.5%；200 min 水位恢复 1.80 m，恢复比率为 13.9%。

此外，试验期间同时对坑外一口观测井 G 1 进行了水位观测，其水位基本无明显变化。TRD 止水帷幕达到了预期效果。

4.2施工监测

TRD 加固从 2017 年 11 月 30 日开始，12 月 21 日结束。从监测数据来看，加固区附近的地表沉降点变形区间在 0.53～3.50 mm 之间。邻近的高架立柱沉降 GJ 10 变形为–0.57 mm，GJ 14 变形为 2.16 mm。沉降数值远远小于报警值(10 mm)。地表沉降和高架立柱沉降曲线见图 3、图 4。

图3 地表沉降变形曲线图

图4 高架立柱沉降曲线图

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(1)黄陂南路站西端头井目前已经完成底板结构施工，降水及周边环境变形控制理想，TRD 止水帷幕很好地满足了基坑开挖承压水降压要求。

(2)工程采用 TRD 工法，满足了低净空条件和低环境影响度要求，通过合理的施工组织安排，将施工对周边环境的影响降到了最低。

(3)深基坑施工历来是各方重视的工程重大风险之一，其中基坑支护更是重点关注。本工程 TRD 工法作为深基坑止水帷幕措施的成功运用，为类似条件下的基坑支护体系提供了成功的实践案例。

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