地鐵周邊聯合大基坑開挖對地鐵結構的風險分析及監管對策

許林克

（廣州軌道交通建設監理有限公司 廣東廣州 510330）

1 工程概況

1.1 項目概況

廣州國際金融城起步區（I-2區）位于廣州市天河區黃埔大道南側、南至珠江、西至棠下涌、東至車陂路、西至科韻路合圍的區域，分為A003地塊、A005-1地塊、A005-2地塊、A007-1地塊、A007-2地塊等五個地塊，總用地面積133.4hm2，擬建超高層建筑，設4層地下室，地下總建筑面積約為200萬m2。該基坑總體平面上呈不規則形狀，基坑尺寸約（東西）733m×（南北）233m，基坑外周邊總長度約1800m；基坑開挖深度11.4～23.4m，地鐵區間隧道位于基坑基底水平線以上約5m的位置。基坑圍護結構外邊線距離地鐵隧道結構外邊線凈距約11.3～19.8m，其中A003地塊基坑圍護結構外邊線與地鐵隧道凈距最小約為11.3m。

1.2 地鐵隧道概況

工程相關的廣州地鐵5號線“科韻路～車陂南”區間盾構隧道位于黃埔大道下方，東西向設置。地鐵區間沿線地形較平坦，地勢較開闊，場地地貌單元屬珠江三角洲沖積平原和珠江三角洲海陸交互相沖積平原的河漫灘地；隧道埋深約為12.42～19.1m，主要穿過的地層為<5-2>硬塑狀粘性土，中密狀粉土、<7>紅色砂巖類強風化帶、<8>紅色砂巖類中風化帶、<9>紅色砂巖類微風化帶，結構底板主要位于<7>、<8>、<9>上。

1.3 基坑圍護方案

根據工程的特殊位置、地質情況和工期、安全、造價的綜合考慮，不同地塊采用了不同的支護方式。A003地塊基坑圍護結構鄰近地鐵隧道的基坑北側采用“φ1200/φ1400旋挖樁+三道混凝土內支撐”支護；基坑西側采用“φ1200旋挖樁+三道混凝土內支撐”及“φ1200旋挖樁+三道預應力錨索”支護；東側與A005地塊基坑相接；南側與公共區基坑相接，采用“放坡+土釘墻+鋼管樁+錨桿”支護；靠地鐵側樁間設單排φ850@600三軸攪拌樁止水帷幕，止水樁穿透強風化巖層到達中或微風化巖。A005-1～A007-2地塊鄰近地鐵隧道的基坑北側采用“φ1800/φ1500雙排旋挖樁+樁頂板+放坡”支護，基坑西、南側采用“放坡+土釘墻”支護；基坑北側內排旋挖樁外設單排φ850@600三軸攪拌樁止水，止水樁進入強風化巖層底。鄰近地鐵隧道側基底預留尺寸為8m（寬）×6m（高）反壓土平臺，待反壓土南側主體結構完成后再按20m分段開挖。

1.4 基坑開挖順序確定

按照“空間效應”理論，本著“分層、分塊、對稱、平衡、限時”的原則，先形成中部支撐，然后限時開挖分塊土方及澆筑支撐，先開挖基坑中間部位的土體，后挖周邊土體，挖至標高后分區域進行混凝土支撐的施工，以減少基坑無支撐暴露時間，靠近地鐵隧道側的基坑北側預留反壓土，待反壓土以外區域主體結構施工到地面再開挖反壓土體。遵循信息化施工原則，最后一層挖土施工時采取“先遠后近”的施工順序。在土體開挖全部完成后，即應立即快速澆筑墊層，以控制支護結構的位移。基坑開挖順序如圖 1～2。

圖1 基坑開挖平面示意圖

圖2 基坑開挖順序示意圖

2 項目施工對隧道風險總體分析

2.1 工程地質條件產生風險分析

因本工程所在場地工程水文地質條件復雜，巖層裂隙發育，較厚填土層會給樁基和基坑施工帶來一定的困難，同時填土層的填墊年限較短，土質雜亂，成分不一，結構松散，薄厚多變，極不均勻，工程性質較差，基坑施工采取基坑內降水，基坑外側水可能繞壁產生滲流，水位下降，土體固結，隧道周圍土體應力重分布，隧道產生變形。因此，施工過程中，基坑圍護結構應做好隔水措施，并嚴格控制坑內降水幅度。

2.2 施工工法分析

本工程距離已運營地鐵隧道較近，A003地塊基坑支護采用灌注樁+內支撐的形式，A005、A007地塊基坑支護采用雙排樁懸臂結構，內排樁外側施做止水帷幕。施工過程須做好基坑的止水，并控制基坑的變形，以降低本工程施工對地鐵既有結構的影響。

2.3 基坑開挖卸載及降水

聯合大基坑由于卸荷量大、施工時間長、對周邊土層擾動次數多、施工條件復雜等原因，其開挖造成的基坑外地表沉降范圍和沉降量相對以往的窄基坑都要大得多，卸荷對鄰近地鐵結構以及其他市政設施的影響也要復雜得多。基坑開挖的過程就是基坑卸載的過程，在不斷的開挖過程卸載也逐漸加大，由此會產生一種“空間效應”。由于卸載會引起坑底土體產生向上的隆起、基坑圍護結構側向變形以及基坑周邊地層的移動，從而導致地面沉降及坑外地鐵隧道的變形。

基坑開挖后，隧道變形整體趨勢而言，隨著基坑開挖深度的增加，隧道的位移逐漸增大，在基坑開挖范圍內隧道的位移趨勢非常明顯。此外，基坑開挖對隧道的水平位移影響大于豎向位移影響。根據深基坑實際開挖順序、土方開挖工況和結構回筑工況，動態地確定疏干井的降深及運行數量，采用分段分層降水，不進行挖方的土體不再降水，精確控制建筑物周圍的地下水位，防止地基固結沉降，達到控制建筑物沉降的目的。工前分析預測，該項目施工對地鐵隧道影響的最大位移出現在A005地塊，基坑開挖至基底時，對臨近地鐵隧道影響的應力分析，整體分析，隧道截面正應力整體表現為負值即處于受壓狀態；通過模型的綜合分析不考慮降水時隧道的最大位移范圍為3.42～5.83mm，坑外地下水位將至基底時隧道的最大位移范圍為9.89～14.96mm。

3 監管措施

3.1 基坑施工前期

工程實施前必須遵循先監測后施工的原則，委托有資質和地鐵運營隧道監測業績的第三方監測單位對相鄰隧道進行變形監測，尤其注意加強臨近地鐵隧道一側的基坑變形、水位監測，并及時進行數據反饋。合理布置施工現場，施工期間臨時堆載、塔吊基礎等施工措施應該避開地鐵隧道一側，避免對隧道周圍土體的過多擾動，地鐵結構上方附加荷載不得大于20kPa。

3.2 圍護施工階段的監管

在施工圍護結構之前，需在遠離地鐵側進行相關的試驗，以取得最佳的施工參數（包括泥漿比重、施工速度），降低施工對隧道周邊地層的擾動，有效降低土體的側向擠壓。在施工時采取分區段跳挖的施工工法，以避免土體應力過于集中，有效減小環境的變形速率，同時確保樁基的成樁質量，從而減小對地鐵的影響。在圍護結構正式施工時，先行施工近地鐵側的圍護結構，并采用間隔施工法，以減小對地鐵隧道的疊加變形影響。

3.3 基坑開挖階段的監管

（1）在施工過程2014年6月初臨地鐵側基坑土方局部已開挖至基底，現場施工未按科技委審查批復的方案進行施工，在未做任何變更的情況下加深基坑開挖深度，且將隧道側的反壓土臺開挖，現場施工管理未落實地鐵保護方案；我司在巡查時發現該違規行為后立即制止，并通過協調促使現場采取其他補救措施，確保地鐵結構的安全。

（2）經過參建各方的努力，該項目各地塊鄰地鐵側基坑均已開挖至基底，其中A005-1、A005-2地塊已完成地下室結構施工，基坑側壁已回填。其余地塊均在有序進行地下室結構施工，整個實施過程地鐵隧道未出現監測數據報警或相關結構受損。

4 地鐵隧道監測數據分析

目前該項目已取得階段性成果，鄰近地鐵側土方已全部開挖至基底，其中的A005-1、A005-2兩地塊鄰地鐵側地下室結構已施工完成，且基坑側壁已回填，其余地塊正在進行地下結構施工，基坑外地下水位下降最大為-1057.2mm。根據本工程隧道監測，最新一期監測成果分析，上、下行線隧道隆起變形最大值分別為+2.14mm（豎向），出現在A007地塊相鄰的地鐵隧道，與工前分析預測的數據基本吻合；證明項目在施工過程中所采取的支護方式、施工工藝及施工順序安排、地鐵保護方案均滿足地鐵沿線施工的保護標準，地鐵隧道現處于安全穩定狀態。

圖3 隧道豎向監測數據

5 結語

在整個設計施工過程監管過程中，有如下幾點經驗可供類似在地鐵安全保護區內進行工程建設的工程借鑒和參考：

（1）對于緊鄰地鐵隧道的深大基坑，在采用有支撐形式不經濟的情況下，采用“樁頂放坡+雙排樁+樁頂板”并在基坑底部預留反壓土臺的支護形式，可以起到很好的基坑保護作用；同時將深大基坑分成不同大小的基坑并按分區開挖措施，穩定了大基坑開挖的基底隆起對地鐵的沉降變形，可以較好的減少深大基坑開挖對緊鄰地鐵隧道的影響，達到基坑變形控制和地鐵隧道安全的目的。

（2）采用降水最小化設計和施工，做到按需降水，分層降水，精確控制建筑物周圍的地下水位下降幅度，達到控制建筑物沉降的目的，確保了相鄰地鐵結構的安全。

（3）地鐵周邊進行商業房產的開發，和地鐵等快速交通都有著非常密切的聯系，因此在考慮地下結構形式時，除了安全性是最基本要求外，還應該要從全方位多角度來考慮。因為房產開發的成本控制與單純的施工成本控制不同，它和開發周期密切相關，不能僅從施工工藝的投入大小來考慮，還要結合整個項目開發周期以及資金的投入和回籠時間來綜合取舍。本項目的成功經驗可以作為類似工程的借鑒。

[1]王衛東，王建華.深基支護結構與主體結構[M].北京：中國建筑工業出版社.

[2]謝兆耕，傅先華.緊貼運營地鐵隧道的深基坑施工技術[J].施工技術，2008（9）.

[3]張明遠.基坑施工對鄰近地鐵隧道變形的影響研究.巖土力學，2011，3.