臨近地鐵深基坑變形控制措施研究

張吉純 （上海申元巖土工程有限公司，上海 200011）

1 引言

近年來隨著城市建設的快速發展，為了滿足居民的出行方便，城市軌道交通不斷建設及完善，其中地鐵隧道保護等級高，控制指標嚴格，而地鐵隧道周邊建設項目不可避免的出現越來越多的深基坑，深基坑的開挖施工，勢必對周邊環境有一定影響，引起地鐵隧道的變形[1]，因此，研究臨近地鐵深基坑變形控制措施具有重要的工程意義。對于上述問題，國內外也有較多關于臨近地鐵深基坑變形控制措施的研究及成果，其中李家平[2]分析了基坑開挖卸載對基坑下伏的隧道影響；張治國[3]采用數值模擬的方法分析了基坑開挖對臨近地鐵的影響；閆靜雅[4]以上海的工程實例及監測數據分析，提出了臨近地鐵隧道的基坑設計施工和監護要點。

本文以上海一臨近地鐵的工程實例為背景，通過圍護設計采用的技術措施及監測數據對比分析，研究了臨近地鐵深基坑變形控制措施。

2 工程概況及地質條件

2.1 工程簡況

上海御橋小區B地塊13-11(A塊)商業辦公項目位于北蔡鎮御橋路以北、滬南公路以東、咸塘港以西地塊，擬建2幢22～23層辦公樓，多幢5～6層商業房，場地整下設3層地下室，南側靠近御橋路下設1層地下室。地下三層位置基坑面積約26680m2，開挖深度14.8m，地下一層位置基坑面積約4180m2，開挖深度6.2m；基坑整體面積為30860m2，基坑邊長約1167m。

2.2 周邊環境概況

本工程臨近市政道路，周邊環境相對復雜，基坑西側為滬南公路，滬南公路下方有供水、電力、信息管線，基坑南側為軌道交通11號線隧道區間段，地下三層的外墻距離地鐵隧道最近處約為51.0m，一層地下室外墻距離隧道外邊線最近處約為10.0m，紅線外為御橋路，御橋路下方有上水、電力、信息管線。

2.3 地質條件

根據該項目的地質勘察報告，土層的物理力學指標見表1。

承壓水：根據地勘查報告，⑤2層含微承壓水位，其承壓水位最淺埋深3.7m，地下三層開挖約14.80m，第⑤2層埋深約26.0m，根據⑤2層承壓水位最淺埋深3.7m計算本工程施工時基坑會產生突涌。

3 基坑圍護設計及變形控制措施

3.1 基坑圍護設計技術難點

①本工程南側御橋路下方下伏軌道交通11號線，根據上海市地鐵管理相關部門要求，地鐵結構設施的沉降及水平位移不得超過20mm。如何控制本項目基坑開挖過程中地鐵的變形成為基坑圍護設計的首要考慮因素。

②本工程基坑面積較大，一次開挖實施勢必對周邊環境影響較大，應考慮分期分區開挖實施，減少單坑面積，以降低基坑開挖對地鐵隧道的影響。

③本工程場地存在承壓水突涌問題，抽降承壓水將引起基坑周邊的土體沉降，同時也會引起臨近地鐵隧道的變形，如何控制本項目的承壓水，盡可能較少對周邊環境的影響。

3.2 基坑整體分區籌劃

本項目南側鄰近已建的軌道交通11號線隧道區間段，變形保護要求高。臨近地鐵的深大基坑一般采用分坑施工，先施工遠離地鐵的基坑，再施工臨近地鐵的基坑，根據上述由遠及近的原則，基坑采用分區施工的方法。其中地下三層的基坑分區控制面積為10000m2左右，地下一層的基坑分區控制面積為2000m2左右，每個分區的面積見表2。

基坑分區表 表2

該基坑分區主要考慮了對11號線隧道的保護，按照與地鐵隧道的位置關系由遠及近施工。首先施工距離地鐵較遠的地下三層基坑，考慮到其面積較大，地下三層區域分為了A1、A2、B區3個分區，其中A1區首先施工，確保了其范圍內的兩棟超高層的盡早施工。地下三層基坑完成后，基坑風險大大降低，地下一層最后施工，更有利于地鐵的保護。

圖2 基坑施工順序圖

3.3 基坑圍護樁選型

從安全、經濟的角度出發，結合基坑的周邊環境、基坑開挖深度、施工周期等因素，按照軟土地區常規設計，地下三層位置采用板式支護結合三道混凝土支撐的圍護體系，地下一層區域板式支護結合一道支撐的圍護體系。

地下三層基坑開挖14.80m，考慮到對地鐵隧道的保護，采用了剛度大的地下連續墻，并結合Φ850三軸攪拌樁槽壁加固，以盡可能的減少對地鐵的影響，并確保地下連續墻施工質量，避免了基坑開挖過程中墻體質量差、墻幅接縫處漏水等工程事故。A、B區分隔樁采用Φ1000鉆孔灌注樁；地下一層區域基坑開挖6.2m，采用直徑Φ750鉆孔灌注排樁擋土，并結合Φ850三軸水泥土攪拌樁止水。

3.4 基坑圍護支撐設計

該項目基坑地下三層位置開挖14.8m，采用三道鋼筋混凝土支撐，地下一層位置開挖6.2m，采用一道混凝土支撐。其中A1/A2區支撐布置形式采用對撐+角撐+邊桁架的支撐體系；B區支撐布置形式采用對撐為主的支撐體系，并減小水平支撐的間距，臨近地鐵側增加八字撐，從而提高垂直地鐵方向的支撐剛度，同時建議結合第一道支撐的設置，布置一定數量的挖土平臺和運土棧橋，從而加快基坑施工速度，減少環境影響。地下一層區域支撐布置形式采用十字對撐的支撐體系，支撐控制間距為9.0m，并減小水平支撐的間距，從而提高垂直地鐵方向的支撐剛度，減小圍護結構的變形，支撐布置見圖3。

圖3 支撐平面布置圖

3.5 坑底加固設計

為控制基坑側向變形，減小基坑施工對周圍環境的影響，尤其在地鐵隧道位置，坑內的加固是提高被動區土體性能是行之有效的方法。故在基坑南側臨近11號線地鐵隧道區域，在坑底以下至第一道支撐標高設置了三軸水泥土攪拌樁加固，加固樁布置形式為裙邊加固。

地下三層臨近地鐵位置為裙邊加固，加固寬度6.85m，強加固（水泥摻量20%）范圍為第二道支撐底至坑底以下4m，弱加固（水泥摻量10%）范圍為從第一道支撐底至第二道支撐底。地下一層臨近地鐵位置為裙邊加固，加固寬度8.05m，強加固（水泥摻量20%）范圍為坑底以下4m，弱加固（水泥摻量10%）范圍為從第一道支撐底至坑底標高。

3.6 承壓水處理控制措施

一般而言，深基坑抽降承壓水勢必對周邊環境影響較大，且本工程臨近地鐵11號線，對承壓水處理控制措施要求較高，考慮到⑤2埋深不深，增加地墻構造配筋段隔斷承壓水，見圖4，大大減弱了坑內抽降承壓水對周邊環境的影響，同時鄰地鐵側設置減壓觀測井及回灌井，監測坑外承壓水水位，并應監測降水引起的周邊環境變化，如出現明顯沉降可及時回灌。

4 基坑實施情況及監測數據分析

本基坑開挖施工過程中，由監測單位全程進行監測，確保基坑是否處于安全穩定的狀態，本次測試所采用的具體項目主要有水平垂直位移的量測、測斜、槽鋼100cm間距布置，套箱頂部下50cm布置一道圍囹，圍囹及內支撐設計為雙榀I40a工字鋼，鋼圍堰總高度為6m，總重55.5t。

5.2 拼裝平臺牛腿施工

鋼套箱承重牛腿采用I32a型鋼，單根牛腿長度160cm、310cm，在套箱組拼時作為臨時承重結構，待套箱下沉時作為套箱內壁定位導向結構，套箱著床后作為臨時支撐結構。套箱承重牛腿焊接前，由測量人員在鋼護筒上測量牛腿頂面標高位置，施工作業人員對鉆孔樁鋼護筒牛腿焊接范圍內護筒外表面淤泥及銹污或氧化膜清理干凈。

5.3 懸吊系統施工

套箱懸吊結構承重梁采用2I45a型鋼，焊接剪刀撐加固鉆孔樁鋼護筒，懸吊支撐采用既有鉆孔樁鋼護筒，沿縱橋向布置3道，沿橫橋向布置2道，上開凹槽放置扁擔梁，凹槽位置下方采用鋼板或型鋼幫焊加勁。

5.4 鋼套箱拼裝

鋼套箱拼裝分塊進行，側板分為4塊，塊與塊間通過法蘭螺栓連接緊固。套箱模板組拼安裝在每日退潮時進行，作業人員在河床面人工配合組裝模板。每塊套箱側板頂口焊接5個起吊吊耳，其中2個用于模板吊裝，另外3個用于懸吊體系吊掛下沉。套箱模板采用50t汽車吊吊裝，懸吊倒鏈掛住套箱吊耳并拉動倒鏈使倒鏈受力，松開汽車吊吊鉤完成模板受力轉換，吊裝下一塊模板，重復以上過程直至套箱側板組拼完畢。

5.5 河床開挖找平

河床開挖前聯系好上游水電站，在上游無泄水，潮水間歇時間段進行河床開挖找平。用3臺挖機將圍堰區域的河床找平，圍堰范圍內現狀河床標高為-0.67m～-0.12m，找平河床標高至-2.0m。找平時注意對棧橋和平臺鋼管樁進行保護，以免超挖導致鋼管樁周圍土體擾動。

5.6 套箱下放

套箱組拼完畢后，作業人員通過倒鏈緩緩向上提升套箱15cm，觀察套箱受力狀況以及套箱頂口高差，合格后由作業人員割除臨時承重牛腿承臺范圍內多余部分，承重牛腿作為套箱底口導向定位以及臨時支撐設置，可比套箱內尺寸小5mm以便于套箱下放。套箱頂口設置10個倒鏈，作業人員站在套箱頂口作業平臺上拉動倒鏈完成套箱下沉過程。

5.7 混凝土封底

封底混凝土采用C30水下混凝土，封底厚度為1.5m，總方量為251.6m3。由于混凝土一次連續澆注方量大，擬配封底混凝土塌落度控制在22cm～24cm，初凝時間控制在不小于18h。現場采用分層往復從一側向另一側擠壓的方式施工，使基底在同一水平面上普遍勻速上升。

5.8 拼裝第二節鋼套箱及內支撐安裝

當封底混凝土強度達設計強度80%以上，拼裝第二節鋼套箱以及圍堰內支撐安裝，對口撐及斜支撐均選用I40a工字鋼型鋼。內支撐端部設置法蘭盤，法蘭盤與型鋼除沿周邊焊接，三角綴板加固，圍堰內外壁板之間設置型鋼加強加固。

5.9 變形監測

鋼套箱抽水前、抽水過程中進行位移變形監測，若發現位移變形突變或累計位移變形量過大應立即停止抽水，查明原因，待解決處理后方可繼續施工。在后續的承臺施工過程中，每天進行位移變形監測。通過監測數據統計分析，⑤和[11]變形位移值最大為2cm，其他點位位移變形值在1cm～2cm之間。根據具體施工情況能滿足現場施工的安全性要求。

6 結論

通過P6、P7兩個水中墩基坑施工，驗證了單壁鋼套箱無嵌固增加混凝土封底厚度基坑支護施工方案在卵漂石地區應用可行性。經過方案對比，卵漂石地區基坑支護施工，該方案是最有效的解決方案。