某臨近地鐵基坑對周邊構筑物影響分析研究

徐 冰

（上海山南勘測設計有限公司，上海市 201206）

0 引言

基坑是一個古老而又很新的課題，“老”在于很早期人類在開挖是就學會了進行圍護，“新”在于社會的飛速發展導致了基坑周邊環境越來越復雜，經常遇到新情況。這就要求基坑建設相關人員尤其設計要與時俱進，因為一旦基坑設計缺陷將會導致整個工程的失敗，后果相當嚴重[1-3]。

上海位于長江入海口，具有三高一低的不利地質條件，而作為全國的經濟中心，發達的區位優勢帶來基坑的周邊環境日益復雜，某臨近地鐵基坑就是其中的典型，具有普遍的代表性，又具有周邊老舊構筑物較多等特點，因此對該基坑對周邊構筑物影響進行研究探索，對今后上海地區的基坑建設具有積極的意義[4-5]。

1 工程概況

該項目擬建建筑面積約5萬m2，其中：地上十二層約4.0萬m2，地下二層約1.0萬m2。地上為辦公用房，地下為停車及設備用房。地下室層高為4.5 m，基礎采用樁筏基礎，普遍區域基礎底板厚為1 000 mm，底板墊層厚度150 mm。整個建筑樁基均采用850鉆孔灌注樁。

場地內原有建筑物尚未拆除，場地自然地面較為平坦，吳淞高程為2.50～3.10 m，擬建場地屬于上海地區“濱海平原”地貌類型。場地分部有兩棟二～三層鋼筋混凝土結構建筑，年代久遠，約為上世紀四十年代，基礎為天然地基淺基礎。本工程正式實施前，該建筑將全部拆除。

2 周邊環境

2.1 周邊建筑物

在本工程基坑工程影響范圍內的建筑物主要是南面一幢三層變電間、一幢三層辦公樓，一幢六層居民樓，具體建筑物概況及離基坑邊距離見表1。

表1 鄰近建筑物概況

2.2 周邊道路

場地西側圍墻外為城市某主干路，為雙向四車道，道路寬24 m，為基地主要出入口，人流和車流量均較大。基坑開挖區域距道路邊線約13.3 m。

2.3 周邊管線

目前，場地內原有建筑物尚未拆除，在本項目實施前，業主方為配合本工程的施工，對場地內的原有管線進行搬遷和廢除，因此不存在管線保護問題。

2.4 地鐵區間隧道

根據總平面圖及地鐵相關圖紙，測得地下室北側外墻邊線距離地鐵區間隧道邊線最近處約11.9 m。靠近地鐵側的基坑開挖深度是10.5 m，位于地鐵運營線路50 m保護范圍之內，地鐵隧道在一倍～二倍基坑開挖深度范圍內，該區域地鐵區間隧道頂埋深約15 m，已與地鐵主管部門進行溝通，地鐵主管部門認為本方案選型合理，總體方案可行，見圖1。

綜上，根據目前對周邊建筑物、道路情況及管線的資料查閱、現場調研等，依據上海市《基坑工程技術規范》（DG/TJ 08-61），該基坑工程的安全等級為二級，環境保護等級西側、南側為一級，其余為二級。基坑工程的環境保護等級劃分及變形控制指標見表2。

3 方案設計

本工程基地呈不規則矩形。基坑埋深地下二層，基坑總面積5 020 m2。

本工程地處市區繁忙地段，周邊環境對噪音等有一定特殊要求。西側位于地鐵保護區域范圍內，鄰近的地鐵區間隧道及居民樓對變形敏感，保護要求高。因此圍護形式采用地下連續墻擋土兼作止水帷幕，內設二道鋼筋混凝土水平支撐的方案，順作法施工，西側及南側設置三軸水泥土攪拌樁槽壁加固，保證地墻成槽穩定性。

本工程地下室區域為地下停車庫，普遍區域開挖深度為10.50 m，局部落深區開挖深度12.0 m。考慮到不同的開挖深度，分別采取不同入土深度的地下連續墻擋土兼作止水帷幕，為確保滿足地鐵防水要求，地下連續墻采用復合墻（見圖2），地墻內側另設400 mm厚永久地下室外墻作為內襯墻，在地下連續墻與地下結構內襯墻之間設置柔性防水層。水平支撐統一設置兩道混凝土支撐，局部落深區增設一道型鋼鋼支撐。

圖2 復合墻示意圖

具體方案見表3。

階前砌下新涼，嫩姿弱質婆娑小。仙家甚處，鳳雛飛下化成窈窕。尖葉參差，柔枝裊娜，體將玉造。自川葵放后，堂萱謝了，是園苑、無花草。 自恨西風太早。逞芳容、紫團緋繞。管里低昂，篦頭約掠，空成懊惱。圓胎結就，小鈴垂下，直開臨杪。凡間謫墮，不知西帝，曾關宸抱。(卷二六金鳳花門)

表3 基坑圍護結構設計方案

3.1 坑內加固

本基坑平面西側位于某地鐵保護區，離區間隧道較近，側鄰近居民樓對變形要求較高，為減少基坑開挖對周邊環境的影響，在坑內結合坑內電梯井和集水井等局部落深區的處理進行被動區墩式加固。為了減少對環境的影響，坑內被動區加固采用850@600三軸水泥攪拌樁。鄰地鐵區域加固深度范圍從第二道支撐底部至基底以下5 m，攪拌樁水泥摻量20%，加固寬度約8 m；其余側加固深度范圍從坑底開挖面至基底以下5 m，水泥摻量20%；寬度范圍統一為5.65 m；坑內加固與槽壁加固之間，坑內加固與地下連續墻連接空隙采用800高壓旋噴樁填充。

根據目前建筑結構圖紙提供集水井等落深分布，對坑邊落深大于等于1.3 m的局部深坑采用三軸水泥土攪拌樁對深坑加固封底。

3.2 換撐設計

臨時支撐拆除后，主體結構梁板作為換撐對圍護結構起到支撐作用，傳遞水平力。因本地下室作為機械車庫的特殊性，在B1板主體結構中部開洞處設置臨時型鋼換撐，保證水平力的有效傳遞，在地下室施工完成，滿足設計強度要求后方可拆除。

3.3 施工順序

結合本基坑地鐵保護區位于西側的特點，劃分為西、東兩個施工區，開挖總體順序由西往東依次開挖。每塊土方開挖到標高，立即澆注混凝土支撐（或鋼支撐），支撐完成，方可進行下一塊土方開挖，直至底板澆注完成。具體順序：開挖后施工第一道支撐→開挖西區第一層土方，澆筑第二道支撐→開挖東區第一層土方，澆筑第二道支撐→開挖西區第二層土方，澆筑地板→開挖東區第二層土方，澆筑地板或設置第三道支撐（局部深坑）→局部深坑地板澆筑。

4 周邊構筑物變形監測結果

對基坑及周邊構筑物的沉降觀測貫穿于基坑工程土方開挖的全過程各階段。在周邊構筑物上均設置變形測點，包括沉降、水平位移、地下水位等。 在基坑圍護四周、地鐵區間隧道、地鐵頂部路面、周邊建筑物關鍵部分等共計布設測點約200個（沉降觀測點80個、水平變形觀測點80個、深層水平位移觀測點25個、地下水位觀測點15個）。

4.1規范預估分析

按照《基坑工程技術規范》（DG/TJ08-2010）中17.2.3條預估基坑開挖引起的圍護墻后的地表沉降，見圖3。

圖3 上海地區地表沉降預估曲線

由圖3預估周邊構筑物沉降見表4。

本工程基坑南側鄰近建筑物區域環境保護等級定為一級，因此圍護結構最大側移控制在基坑開挖深度的0.18%以內，相應的坑外地表最大沉降控制在基坑開挖深度的0.15%以內。根據以上估算結果顯示，基坑周邊建（構）筑物地表沉降均能滿足相關規范要求。

表4 周邊構筑物沉降預估

4.2 實測結果分析

基坑圍護結構的側向變形能夠較好的反映基坑變形對周邊環境影響情況。圖4為基坑西側（臨近地鐵）代表性的測斜點CX12、基坑東側CX19在各個工況下的側移。圖4表明，基坑施工開始圍護結構各測斜點的最大變形只有3.3 mm（位于CX19測點處），說明由于留土等措施的實施，效果很好。基坑開挖至坑底時，圍護結構的變形迅速增大，但均在規范允許范圍內，實測結果表明：臨近地鐵的北側圍護結構的最大變形約為15 mm，位于CX12測點處，小于規范；東側圍護結構的最大變形約為26 mm，位于CX19測點處。有效確保了地鐵運營安全及周邊構筑物的正常使用。

經現場實測，地鐵右隧道測點中最大水平變形2.5 mm，最大豎向隆起3.3 mm。地鐵左隧道變測點中最大水平變形1.0 mm，豎向隆起1.1 mm。表明基坑施工未影響地鐵隧道結構安全。

周圍典型建筑物沉降監測結果匯總見表5。

表5 周圍建筑累計沉降和水平變形監測結果

5 監測結果分析

本基坑開挖較深，環境要求較高，為有效防范基坑工程施工對工程周邊環境及基坑圍護本身的危害，應對基坑圍護體系和周圍環境的變形情況進行監控，為工程實行動態化設計和信息化施工提供所需的數據，從而使工程處于受控狀態，確保基坑及周邊環境的安全。根

根據本工程性質、土層條件及周邊環境狀況，建筑物、建筑物實際監測位移與計算分析相當，滿足規范及相關方要求；圍護結構水平、垂直位移均未出現大于3 mm/d或累計大于30 mm的情況；坑外地下水位也未出現累計下降達500 mm或200 mm/d的情況。

以上監測結果分析表明，基坑周邊建筑物及地鐵區間隧道變形在工程可控范圍之內，這也與規范預估法的分析結果一致，表明了該設計施工方案是安全可靠的。

圖4 典型測斜測點的深層水平位移曲線

6 結語

本文依托某臨近地鐵基坑項目，針對其周邊存在較多既有建筑物及地鐵區間隧道等復雜環境，采用地下連續墻的圍護結構形式，深層水平位移（測斜）、地鐵區間隧道沉降及水平變形、周邊建筑物沉降及水平變形現場等實測結果表明最大變形均在規范允許范圍內，較好的解決了對周邊環境的影響問題，通過監測驗證了設計施工方案的合理性，可以供相關工程參考。