軟土地區緊鄰地鐵的深大基坑土方開挖技術

朱 健 侯海芳 范垚垚 趙培龍 杜高帥

1. 同濟大學 上海 200092；2. 中國建筑第八工程局有限公司上海分公司 上海 200433

1 工程概況

1.1 基坑概況

上海市航空服務中心X-1地塊項目位于徐匯區黃浦江南延伸區，基坑南鄰龍耀路，東側及北側分別為規劃云謠路和龍啟路，西側平行于云錦路和軌交11號線云錦路—龍耀路區間隧道?；涌偯娣e約31 700 m2，劃分為7個分區，其中地下2層區域（4、5、6、7區）開挖深度11.5 m，地下3層區域（1、2、3區）開挖深度15.7～15.9 m，塔樓區域（處于1區）開挖深度18.6 m，塔樓局部電梯井深坑開挖深度達24 m?；游鱾鹊能壗?1號線區間隧道與圍護地下連續墻凈距離為8.3～10.9 m（圖1、圖2）。

1.2 地質條件

擬建場地地基土為第四紀松散沉積物，屬第四系濱海平原地基土沉積層，主要由飽和黏性土、粉性土以及砂土組成，具有成層分布特點。該場地受古河道切割，⑥層和⑦2層缺失，代而沉積為厚度較大的⑤3層、⑤3t層。

場地內④2-2、⑤3t（分布有2層）層為微承壓含水層，微承壓水水位一般埋深變化范圍為3.0～11.0 m；⑨1、⑨2層為承壓含水層，該2層連通，⑨1、⑨2層承壓水水位一般埋深變化范圍為3.0～12.0 m?？辈炱陂g測得④2-2層微承壓水水位埋深為4.66～4.89 m，⑤3t層微承壓水水位埋深為5.87～6.87 m。④2-2、上層⑤3t層微承壓水對坑底有突涌影響。

圖2 基坑與西側軌交11號線相對位置

1.3 支撐體系及土體加固

遠離地鐵的面積較大的分區（1～3區）采用3道鋼筋混凝土支撐，平面布置采用“井”字形對撐＋邊桁架的形式。近地鐵窄條形小坑（4～7區）采用首道混凝土支撐＋2道鋼管對撐的形式，鋼支撐采用軸力自動補償系統。

坑內利用φ850 mm@600 mm三軸攪拌樁加固被動區土體（圖3）：1區、2區沿地鐵側中隔墻裙邊加固，加固寬度8.05 m，深度至坑底以下5 m；4～7區坑內滿堂加固，加固深度至坑底以下5 m；1～3區除地鐵側以外各邊采用裙邊或暗墩加固，加固深度至坑底以下5 m。1～3區坑內深坑采用高壓旋噴樁加固。

2 遠離地鐵大坑土方開挖技術

2.1 遠離地鐵大坑土方工程特點

1）開挖面積大，單坑面積為8 300～110 000 m2，開挖深度深，土方量大。

2）采用3道鋼筋混凝土支撐，對撐＋角撐＋邊桁架的支撐形式，支撐制作并達到土方開挖條件所需時間較長。

3）大坑底板面積大、底板厚，又分布有較深的電梯井深坑，大坑底板鋼筋和混凝土工程量大，施工周期長。

4）大坑開挖土體卸荷引起坑底隆起量大，造成深層土體產生位移，且由于軟土的蠕變性，坑底隆起和深層土體位移隨著土方開挖的進行持續發展，直至底板澆筑達到穩定[1-3]。

2.2 遠離地鐵大坑土方開挖要點

為控制基坑變形，需應用時空效應原理，分區分塊，留土護壁，加快施工速度，減少基坑無支撐暴露面積和時間，并及時完成底板壓載。具體方法上，一般采用盆式開挖法（圖4、圖5），即先開挖中部土方，再限時對稱開挖盆邊土方并及時形成對撐。

圖3 坑內加固平面示意

圖4 盆式開挖平面示意

圖5 盆式開挖剖面示意

盆邊土方因分塊多、支撐密、倒運土方距離遠等因素影響，開挖速度一般都比較慢，影響基坑整體開挖進度，反而不利于控制基坑總體變形。為此，對于環境保護要求較低的一側，如除沿地鐵側以外的中隔墻側，不留土護壁，其余側仍留土護壁，成為所謂的半盆式開挖法（圖6、圖7），開挖方向為從環境保護要求低的中隔墻側向靠近地鐵和環境保護要求相對較高的外圍護墻側，從而加快整體開挖進度，有利于基坑變形控制。

圖6 半盆式開挖平面示意

圖7 半盆式開挖剖面示意

以1區為例說明半盆式土方開挖要點，其余2區土方開挖要點類同。

1）第1層土開挖深度較淺，不對基坑變形造成影響，采用大開挖。

2）第2、3層土方量分別為58 000 m3和57 000 m3，均采用半盆式開挖。1區西側近地鐵、南側近龍耀路隧道，為減小圍護墻無支撐暴露面積和時間，采用留土護壁，護壁土再分小塊開挖，并限制每塊開挖和支撐形成時間在24 h內；其余兩側為臨時中隔墻，變形控制要求較寬松，采用大開挖（圖8、圖9）。

圖8 1區第2、3層土方開挖分塊示意

圖9 1區第2、3層土方開挖順序

3）第4層土方開挖至裙樓底板墊層底，土方總量約30 000 m3。為及時對坑底進行壓載、控制坑底隆起，第4層土方也需分塊開挖，開挖分塊一般根據底板后澆帶進行劃分，由于西側、南側根據后澆帶分塊較大，不利于控制該兩側的基坑變形，因此通過在底板增加施工縫將西側、南側土方開挖分塊再予以細分，整個第4層土方共分為7塊開挖，隨挖隨澆搗墊層，并及時施工底板完成坑底壓載（圖10、圖11）。

圖10 1區第4層土方開挖分塊示意

圖11 1區第4層土開挖順序

2.3 開挖實施效果分析

上海國際航空服務中心（X-1地塊）項目大區基坑開挖采用此技術取得了良好的效果（圖12）。

圖12 1區底板完成后各側地下連續墻測斜變形曲線

由圖12可知，西側地下連續墻側P23點和南側永久地下連續墻側P21點測斜明顯小于中隔墻P09、P18點的測斜，達到了犧牲中隔墻變形以加快開挖速度、保護地鐵側或永久地下連續墻側的目的，但也需注意適當控制中隔墻變形，不能因中隔墻變形過大而導致滲漏等風險出現。另外，由P21、P23點的對比也可看出，滿堂加固側的P23點變形比非連續加固側的P21點測斜變形要小，可見土體滿堂加固也對地下連續墻變形起著至關重要的作用。

監測數據顯示，在1區開挖至底板完成期間，其開挖范圍內對應的地鐵沉降點最大下沉1.2 mm，最大上抬1.5 mm，開挖范圍內的地鐵隧道自身差異沉降約10 mm，地鐵總體變形較小，且趨勢平穩。

3 緊鄰地鐵窄條形小坑土方開挖技術

3.1 窄條形小坑土方工程特點

1）基坑呈窄條狀，開挖面積小，一般單坑面積在1 000 m2以內，土方量小。

2）除第1道鋼筋混凝土支撐外，下方多為φ609 mm鋼管對撐，不設圍檁，支撐直接撐在地下連續墻上，可以實現快速支撐。

3）坑內采用三軸水泥土攪拌樁滿堂加固，坑內土體強度較高。

4）近地鐵窄條坑開挖均在相鄰大坑地下室結構完成后進行。開挖窄條坑時，一方面通過大坑的回筑壓載，穩定了深大基坑的開挖隆起，同時由于窄條坑內土體的加固作用，坑內土體的回彈較小，加之窄條坑兩側較深地下連續墻的遮擋作用，窄條坑卸荷狀態下其深層土體滑移影響也較小。

3.2 窄條形小坑土方開挖要點

以6區土方開挖為例，其余分區開挖要點類同。

1）首層土方開挖深度較淺，不對基坑變形造成影響，分塊開挖、限時沒有要求。

2）第2～4層土方分小段開挖，做到快速開挖支撐。第2、3層土方分塊結合支撐布置，每2～4根支撐劃分一塊（圖13），每塊土方開挖到支撐軸力施加完成不超過24 h。第4層土方開挖分塊結合底板澆筑分塊進行劃分，并隨挖隨澆筑墊層。為進一步控制圍護墻側向位移，在坑底墊層內加設型鋼支撐，并施加300 kN軸力。

圖13 6區土方開挖分塊示意

3）為加快挖土速度，采用2套挖土設備，每層土方由中間向兩端（或由兩端往中間）推進開挖；同時第2層及以下土方在起始開挖點提前抽條下挖一個操作面（下挖深度2～3 m，下挖寬度5～6 m，圖14），以解決小挖機下沉緩慢的難題，加快開挖速度。

3.3 開挖實施效果分析

6區從第2層土方開挖至底板完成僅用了18 d時間，即使施工過程中遇到雨季，也比地鐵公司要求的20 d提前了2 d。

6區開挖施工期間，地下連續墻測斜變形最大處僅為3.6 mm，遠遠小于地鐵公司要求的10 mm。

圖14 第2層及以下土方開挖時下挖操作面示意

4 結語

1）為控制基坑變形，緊鄰地鐵軟土深大基坑土方開挖總體上需應用“時空效應”原理，分層分塊開挖，合理安排挖土流程，限時開挖支撐，盡可能減小圍護墻無支撐暴露面積和時間。

2）大坑開挖主要控制坑底隆起和深層土體位移，加快單個基坑施工速度，縮短單個基坑整體施工時間，對控制基坑變形是有利的。因此大坑開挖可采用“半盆式”開挖法，對于環境保護要求較低一側，如除沿地鐵側以外的中隔墻側，不留土護壁，其余側仍留土護壁，開挖方向為從環境保護要求低的中隔墻側向靠近地鐵和環境保護要求相對較高的外圍護墻側，從而加快整體開挖進度，有利于基坑變形控制[4-6]。

3）窄條坑開挖主要控制鄰地鐵側地下連續墻的側向位移，窄條坑開挖結合基坑長條狀，沿基坑長邊分小段（每2～4根支撐為一段）進行開挖，做到快速開挖、快速支撐。