緊鄰地鐵樞紐超深基坑施工風(fēng)險控制技術(shù)

上海建工五建集團(tuán)有限公司 上海 200063

1 概述

上海世紀(jì)大都會2-3項目位于世紀(jì)大道與東方路、張楊路至福山路相交區(qū)域的三角形地帶，規(guī)劃建成一個集商務(wù)、商業(yè)和公共開放空間等功能的大型活動中心，占地面積近40 000 m2。擬建地面建筑物主要由多幢弧線形辦公樓和裙樓組成，地下空間按地下4 層（局部3 層）考慮，分別為商場和車庫，開挖深19.75～22.80 m（局部區(qū)域25.00 m）。周邊情況復(fù)雜，4 條軌交線與此交匯。軌道交通6號線相交區(qū)間以地下1 層的高度穿越地塊，其周邊平面如圖1所示。

擬建場地位于正常地層分布區(qū)，地基土分布較穩(wěn)定，其土層缺失上海市統(tǒng)編地層第⑧層土，第⑦層砂土與第⑨層砂土直接相接。本場地深部第⑦層屬上海地區(qū)第一承壓含水層，其承壓水位埋深一般在3～11 m，承壓水位呈周期性變化，隨季節(jié)、氣候、潮汐等因素變化。地質(zhì)勘察期間測得承壓水水位埋深為8.90～10.75 m，在施工過程中需要對承壓水進(jìn)行降壓處理。

圖1 基坑周邊環(huán)境示意

2 工程施工風(fēng)險分析[1-4]

（a）基坑工程的開挖方案對工程本身影響很大，該影響反映在基坑工程本身的變形和對周邊環(huán)境的擾動。因此選擇一個合理的開挖方案對于一個基坑工程是否能順利進(jìn)行來說起到先決作用。

（b）監(jiān)測數(shù)據(jù)能最直接地反映基坑工程中的動態(tài)信息，因此要做好基坑工程的動態(tài)風(fēng)險管理離不開監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理。經(jīng)過將監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效處理，得到基坑工程的風(fēng)險變化趨勢以及針對風(fēng)險的控制方法。

（c）深大基坑承壓水降水風(fēng)險分析，總結(jié)了基坑承壓水危害的主要形式是坑底突涌破壞和坑底隆起，包括坑底頂裂、坑底流砂、坑底“沸騰”等多種形式。采用風(fēng)險評估的方法分析緊鄰高層建筑與地鐵樞紐的承壓水降水運行風(fēng)險源，并提出承壓水降水風(fēng)險源的控制方法。

（d）針對緊鄰地鐵隧道深基坑開挖問題，進(jìn)行深基坑工程的現(xiàn)場實測分析，本基坑工程按一級基坑的變形控制要求進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測，主要針對地下連續(xù)墻沉降和水平位移、坑底隆起以及立柱沉降等監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3 深基坑方案的選取

本工程采用明挖順作法施工。根據(jù)上海地區(qū)已有的緊鄰地鐵樞紐深基坑的開挖經(jīng)驗，為減少緊鄰地鐵位置的基坑施工影響和增加支撐剛度對地鐵隧道的保護(hù)作用，設(shè)計時通常將整個基坑分為緊鄰地鐵隧道的小基坑和稍遠(yuǎn)的大基坑。本工程以軌交6號線為界，整個基坑劃分為A區(qū)和B區(qū)。在2 個區(qū)域中，通過設(shè)置分隔墻將本工程分為A1、B1區(qū)2 個大基坑，以及沿軌交6號線兩側(cè)及軌交4號線北側(cè)大致對稱的A2～A8、B2～B9區(qū)共15 個小基坑。

3.1 深基坑圍護(hù)支撐方案

本工程結(jié)構(gòu)圍護(hù)均采用剛度大、強(qiáng)度高、抗?jié)B性能好的地下連續(xù)墻，并與后期制作的結(jié)構(gòu)內(nèi)襯墻一起共同形成永久結(jié)構(gòu)的外墻。

大基坑沿張楊路和福山路側(cè)地下連續(xù)墻厚1.2 m，深度為50 m；大基坑剩余外圍地下連續(xù)墻厚1.0 m，深度為50 m；小基坑隔墻為厚0.8 m地下連續(xù)墻，深度為36 m。

大基坑基坑平面內(nèi)采用整體對撐的形式，在第1道支撐上設(shè)置了多條混凝土棧橋以方便挖土和地下室結(jié)構(gòu)施工，豎向共設(shè)5 道鋼筋混凝土支撐；小基坑A2～A4、B2～B4布置5 道支撐，第1道為鋼筋混凝土支撐，其他4 道支撐采用Φ609 mm鋼管支撐，其一端作用于大基坑分隔墻，另一端作用于6號線地下連續(xù)墻。

3.2 土方開挖方案

經(jīng)過比選，從基坑安全性、圍護(hù)變形控制要求、對軌交運營的影響程度等方面綜合考慮，決定先開挖大基坑并澆筑完大基坑的結(jié)構(gòu)樓板，再開挖緊鄰地鐵隧道的小基坑。小基坑的基坑劃分及開挖采用間隔跳倉的施工順序，如圖2所示。

3.3 降水方案的選擇

對于坑內(nèi)淺層潛水，采用真空深井降水措施，對坑內(nèi)淺層土體進(jìn)行疏干降水。對坑內(nèi)開挖深度以下的承壓水進(jìn)行“按需減壓”降水，保證基坑安全及施工順利進(jìn)行。在基坑內(nèi)、外布置水位觀測井，根據(jù)地下水位監(jiān)測結(jié)果指導(dǎo)降水運行。

圖2 基坑劃分及施工順序

開挖過程中，確保減壓降水井的不間斷工作。根據(jù)減壓井抽水量及減壓觀測井的承壓水位，確定開啟的減壓井?dāng)?shù)量、抽水速率，合理控制承壓水水位，將減壓降水對環(huán)境的影響控制到最低程度。考慮回灌措施，主要在小坑內(nèi)布置回灌井兼作抽水井或觀測井，在大基坑開挖降水過程中，回灌井啟動，在大基坑降水完畢后，小基坑內(nèi)的回灌井作為降水井或水位觀測井使用。

3.4 針對地鐵隧道保護(hù)要求的土體加固措施

本工程大基坑采用高壓旋噴樁周邊裙邊加固，其中沿張楊路、福山路兩邊加固寬度為8 m，其余四邊加固寬度為10 m。

本工程小基坑為裙邊加抽條旋噴加固，其中沿軌交6號線區(qū)間兩側(cè)裙邊加固為寬10 m，沿4號線世紀(jì)大道站—浦電路站盾構(gòu)區(qū)間隧道裙邊加固為寬8～10 m ，并在裙邊加固與大基坑隔墻之間設(shè)置抽條加固。

針對6號線兩側(cè)小基坑，特別采取了三軸攪拌樁補(bǔ)充加固，由6號線老地下連續(xù)墻從內(nèi)向外依次為深36 m三軸攪拌樁加固+深50 m三軸攪拌樁止水+深24 m三軸攪拌樁加固。

4 深基坑支護(hù)與開挖施工風(fēng)險控制

4.1 大基坑土方開挖施工風(fēng)險控制[5]

大基坑分5 層土、4～6 個工作面同時開挖，以第2～5道支撐底部標(biāo)高為每層土開挖分界線，分別為－1.3 m、－6.3 m、－11.1 m、－15.4 m、－19 m，另外塔樓深坑局部開挖至－21 m。

（a）基坑開挖、支撐及墊層施工時應(yīng)遵循“分層、分塊、留土護(hù)壁、對稱、限時、開挖支撐”的總原則進(jìn)行，利用時空效應(yīng)原理，盡量減少基坑無支撐的暴露時間，嚴(yán)格控制基坑變形。

（b）將A1、B1區(qū)基坑劃分為若干小塊。每個分塊內(nèi)由中部向地下連續(xù)墻側(cè)留護(hù)坡退挖，每層深度不大于2.5 m。

（c）相鄰分區(qū)內(nèi)挖土及形成底部墊層交錯進(jìn)行，以避免大體量基坑卸載引坑底隆起，導(dǎo)致立柱樁的差異沉降，進(jìn)而影響支護(hù)體系的穩(wěn)定性；同時，也避免引起坑外過大土體變形。

（d）嚴(yán)禁超挖，坑底應(yīng)保留厚300 mm基土，采用人工挖除整平，并防止坑底土擾動。

（e）土方采用盆式開挖（基坑周邊留土、中部盆式）的方式挖至相應(yīng)的支撐底標(biāo)高，先施工中部的對撐，再分塊抽條開挖基坑周邊土方。

（f）支撐根據(jù)挖土分區(qū)及時分段形成，每段長度不宜大于30 m，以免混凝土支撐過長引起收縮變形和徐變。

4.2 小基坑土方開挖施工風(fēng)險控制

（a）小基坑開挖時分先期和后期2 次進(jìn)行施工，采用間隔、對稱的方式進(jìn)行施工。先期同時對稱均衡開挖A3及B3區(qū)、A5及B5區(qū)、A7及B7區(qū)及B9區(qū)，然后再同時對稱均衡開挖A2及B2區(qū)、A4及B4區(qū)、A6及B6區(qū)、A8及B8區(qū)；考慮到B9 區(qū)相對獨立且支撐體系為混凝土支撐，工期較長，因此安排在與B3、B5區(qū)同步開挖；在A5及B5區(qū)施工完畢后再對稱均衡開挖A7及B7區(qū)。

（b）所有小基坑在地鐵隧道側(cè)是利用原隧道施工的地下連續(xù)墻作為本工程的圍護(hù)墻，為此，在小坑土方開挖過程中必須保證隧道原有的圍護(hù)墻的變形控制在允許的范圍內(nèi)。小基坑支撐除第1道為混凝土撐外，其余各道撐全部采用Φ609 mm鋼管支撐，其一端作用于大基坑分隔墻，另一端作用于軌交6號線地下連續(xù)墻。針對鋼支撐在施工過程中支撐軸力衰減可能引起地下連續(xù)墻的變形超標(biāo)，本工程采用了具有自主知識產(chǎn)權(quán)和專利的“支撐軸力自動補(bǔ)償系統(tǒng)”，確保了在小基坑土方開挖過程中，所有的鋼支撐軸力均控制在設(shè)計軸力。

4.3 降承壓水施工風(fēng)險控制[6,7]

對于減壓井，為減少降水對周圍環(huán)境的影響，必須按需降水，水位控制嚴(yán)格按照基坑穩(wěn)定性分析中的基坑開挖深度和承壓安全水位埋深曲線進(jìn)行。基坑開挖深度與安全承壓水位埋深之間的關(guān)系如圖3所示。

圖3 基坑開挖深度與安全承壓水位埋深關(guān)系

4.4 施工現(xiàn)場監(jiān)測控制[8]

（a）圍護(hù)墻體豎向變形。在大基坑B1區(qū)域開挖過程中，其周圍的圍護(hù)結(jié)構(gòu)各測點總體呈上浮趨勢，每開挖1層產(chǎn)生的上浮量約為1～2 mm；開挖至底層時，各測點墻頂?shù)淖畲笊细×慷酁?5～8 mm。在隔了一個小基坑（約為寬20 m）的外圍墻體各測點變形則明顯不同，在開挖第2層土體后墻體沉降約為3～6 mm，以后隨著B1區(qū)域的開挖又呈現(xiàn)略微的上浮趨勢，但總體仍表現(xiàn)為墻體下沉。

（b）圍護(hù)墻體水平變形。在大基坑B1區(qū)域開挖過程中，其周圍的圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生向基坑內(nèi)側(cè)的水平位移，每開挖1 層向坑內(nèi)變形約5 mm；開挖至底層時，各測點墻頂?shù)淖畲笏轿灰贫酁?25～35 mm。在隔了一個小基坑（約為寬20 m）的外圍墻體各測點盡管水平位移方向仍然是向坑內(nèi)發(fā)生的，但其水平位移量值明顯要小得多，開挖至底層時，各測點墻頂?shù)淖畲笏轿灰贫酁?～3 mm。

（c）地鐵隧道區(qū)間豎向變形。本工程的觀測結(jié)果表明鄰近深基坑開挖引起地鐵隧道總體呈上浮趨勢。

（d）實測表明，鄰近深基坑開挖引起地鐵隧道總體呈上浮趨勢，地鐵隧道的變形仍在規(guī)范允許范圍之內(nèi)，緊鄰地鐵隧道的連續(xù)墻水平位移較小，滿足風(fēng)險控制的要求。

5 結(jié)語

目前，上海“世紀(jì)大都會”2-3項目已經(jīng)完成地下部分施工。實踐表明，在軌交沿線和軌交樞紐附近復(fù)雜的地理環(huán)境下，超深基坑施工過程中各階段都存在較大的風(fēng)險。施工各方必須對風(fēng)險進(jìn)行分析和識別，制定風(fēng)險控制措施和對策，并且基于風(fēng)險分析和識別成果，針對主要風(fēng)險事故，優(yōu)化和完善監(jiān)測方案，對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行及時分析，指導(dǎo)現(xiàn)場安全有序的進(jìn)行施工風(fēng)險控制。這樣的風(fēng)險控制技術(shù)有利于施工安全，有廣闊的應(yīng)用價值。