深基坑臨近既有地鐵安全保護措施

焦莉莉 郝勇

（北京城建設計發展集團股份有限公司沈陽分公司，遼寧 沈陽 110166）

近年來我國軌道交通行業發展迅速，隨著地下空間的大規模開發，促使鄰近既有地鐵工程作業的工程數量劇增。地鐵保護區范圍內的外部作業會對既有地鐵結構造成較大影響，尤其是基坑開挖往往會引起基坑周圍土體的變形，會對臨近的既有地鐵造成損害。為保證地鐵的正常使用和運營，必須嚴格控制基坑周圍土體的變形，并采取相應的保護措施。

1 工程概況

1.1 項目工程概況

某大型項目位于沈陽市于洪區，東側黃河北大街為沈陽城市中軸線的主干道，北行500 米即可進入沈陽環城高速路，與地鐵2 號線醫學院站及區間毗鄰。地處沈陽市中心城區繁華路段，場地現狀地塊呈不規則長方形，南北長約303米，東西寬約118-133 米，場區內大體平整，無明顯高差。

該項目設有三層地下室，基坑東臨黃河大街，與地鐵醫學院站整體交接。在交接范圍內，有兩組車站排風口與一個地鐵出入口。支護樁與地鐵結構最近水平距離約5.7m；基坑東北角與盾構區間交接；東南角與礦山法暗挖區間交接?；诱w設計深度約15m，地鐵車站板底埋深約17m。

1.2 地鐵工程概況

醫學院站：為地下雙層三跨島式站臺車站，車站主體結構總長167.8m，標準段寬度20.5m，車站頂板覆土厚度約為3.5m。車站主體結構基坑采用Φ800＠1000mm 鉆孔灌注樁+坑內Φ609 鋼支撐的支護形式，基坑標準段寬度20.6m，深約17.0m。與車站小里程端相連的為礦山法區間，與車站大里程端相連的為盾構區間。

車站小里程端區間：采用礦山法施工，區間結構型式為單線單洞馬蹄形斷面，主要采用復合式襯砌結構，暗挖隧道高度約6m，埋深約11m。

車站大里程端區間：采用盾構法施工，區間結構型式為單線單洞圓形斷面，錯縫拼裝預制鋼筋混凝土管片，襯砌環外徑6m，埋深約11m。

項目基坑與既有地鐵的位置關系（如圖1 所示）。

圖1 基坑與既有地鐵的位置

2 基坑支護設計

該項目支護結構為臨時性支護結構，安全等級為一級。在設計上，臨近地鐵側的基坑采用單排或雙排鉆孔灌注樁，同時輔以預應力旋噴錨索或基坑內斜支撐。其余非地鐵側單排混凝土支護樁+預應力旋噴錨桿，詳見基坑圍護結構平面圖（如圖2 所示）。

圖2 基坑圍護結構平面圖

施工期間地面超載要求：基坑周邊地面超載等效均布荷載q=20kpa?；悠马斁€2.0m 范圍內不應堆載，基坑邊線2.0m 范圍外現場堆載不應超過設計荷載。

地下結構施工完成后，為保證地鐵結構安全，在后期使用時不產生附加側向變形，近地鐵側基坑肥槽均采用C20 素混凝土回填，確?；臃什刍靥蠲軐?。下面以臨近地鐵側的典型斷面為例2-2 及3b-3b 剖面為例詳細介紹設計上采取的保護措施。

2-2 斷面（如圖3）基坑側壁距地鐵2 號風井外墻約6m，風井底板埋深約16m。由于基坑側壁與地鐵結構距離過近，無法采用預應力錨索，因此結合雙方的相互位置關系，設計上采用φ800 雙排樁+基坑內斜支撐的基坑支護形式。雙排樁排距2.4m，前后排樁存在約4m 高差，采用混凝土連接板與后排樁植筋后的剛性連接?；觾刃毕騼戎尾捎?00x800 矩形混凝土支撐，支撐間距3.0m，與地面夾角30°，單根支撐長度約12m。斜支撐上部采用現澆混凝土腰梁與支護樁連接；斜支撐下部支撐于結構底板上，確保了基坑圍護結構的穩定性及安全性。

圖3 2-2 剖面基坑圍護圖

3b-3b 斷面（如圖4）基坑側壁與車站外墻間距最小約15.6m，車站主體埋深約17m。設計上采用φ800 單排樁+四道預應力錨索的基坑支護形式。最外側錨索距離車站外墻約3.2m，通過優化錨索長度，保證了錨索端部與地鐵結構側墻大于3m 的安全距離要求。

圖4 3b-3b 剖面基坑圍護圖

3 施工措施

根據工程實際情況，將基坑分為兩個開挖段進行開挖，其中基坑東側30m 范圍為近地鐵保護區開挖段，基坑西側70m 范圍為非地鐵保護區開挖段，保護區與非保護區之間預留15m 施工道路（如圖5 所示）。其中，地鐵保護區范圍內土方采取分層分段階梯式開挖施工，由南至北共劃分為10 個開挖段，每段長為30m，寬約25m。開挖時由南北兩側向中間階梯狀挖土，減少基坑土方開挖卸荷對地鐵產生的影響。每段土層開挖深度結合各層錨索標高，開挖深度不大于3m，開挖后立即施做錨索并對樁間土進行掛網噴護施工嚴禁裸露，待噴護作業完成后方可進行下一步開挖。

圖5 基坑開挖示意圖

基坑施工期間，為保證地鐵車站的正常運營，盡量減小施工對地鐵車站的影響，本工程不僅加強了基坑的結構設計，同時也采取了施工措施，并提出了相應的技術要求，確保了地鐵運營及基坑施工的安全。

3.1 施工準備階段

施工場地圍擋，同時在西南側沿建筑紅線設置1 個大門并預留坡道。場地內障礙遷移、地下管網探挖，測量控制點制作、引測、開槽邊線放線，肥槽外測雜填土挖除與場平，為支護樁施工創造條件。

3.2 支護樁施工階段

為保證施工質量及地鐵結構安全，本工程施工順序，先施工基坑外排樁，再進行內側混凝土樁施工，并采取“隔二打一”的施工順序，且為保證支護樁施工時，臨近地鐵一側減少施工動荷載對地鐵的影響，在混凝土樁施工時，鉆機整體站位在基坑內側，不得超過外排樁中心線。

3.3 土方開挖施工階段

土方施工采取分區分層開挖，按照“分層、分步、對稱、平衡、限時”五個要點，遵循“豎向分層，縱向分段，先支后挖”的施工原則。

3.4 旋噴錨桿施工階段

本階段已基本完成基坑灌注樁施工，土方采取全區階段梯狀開挖取土，同時腰梁、錨桿、噴射混凝土穿插施工。本階段，原支護樁作業面土方下挖至錨桿施工標高，并向基坑內保留10m 寬地面場平，留作錨桿施工作業面。錨桿施工跟隨支護樁施工步序，采用4 臺設備以東南角、東北角作為起始點，余下設備均勻布置在各區段施工位置。

4 施工監測及應急預案

4.1 施工監測

為了及時、有序、有效地控制施工過程中可能發生的安全事故，結合施工實際，對臨近地鐵側基坑監測設置預警分級，建立黃、橙、紅三級預警機制，當出現危險征兆時必須進行危險報警。針對不同預警狀態，應采取相應的響應措施。

4.1.1 發出黃色預警時：a.增加檢測頻率；b.密切關注支護樁、軌道和圍墻的變形數值和發展趨勢；組織施工技術人員和設計單位檢查現場并分析原因，加大不利因素的控制力度。

4.1.2 發出橙色預警時：a.監測頻率增加一倍；b.會同建設單位、監理單位、設計單位對現場進行檢查，對原因進行分析，提出整改方案并經專家進行論證后立即執行。必要時局部停工處理。

4.1.3 發出紅色預警時：a.變形監測頻率加密至全天候監測；b.現場立即停工，根據現場情況采取局部回填、邊坡卸載、邊坡加固等方式暫時穩定邊坡。并將危險信息通報給各參建單位及相關主管部門。同各參建單位及專家對成因進行分析，提出整改意見并進行專家論證。在根據方案對支護體系加固并排除危險源后，報監理審批同意后方可開工。對已造成破壞的軌道、圍墻、管網等由設計單位或專家組出具整改或恢復方案，由專業單位進行整改、恢復。

4.2 應急預案

為保護運營地鐵結構的安全，防止施工現場的生產安全事故發生，針對臨近地鐵的深基坑施工，有可能發生的突發狀況編制應急預案，在工程項目發生突發事故狀態下，迅速有序地開展事故的應急救援工作，搶救傷員，減少事故損失。

4.2.1 事故類型Ⅰ：地鐵結構變形應急處理預案

4.2.1.1 當地鐵車站、區間、軌道及附屬結構的變形超過預警值時，啟動預警程序，暫?；娱_挖施工，必要時可以進行局部回填反壓，同時通知地鐵指揮部、建設單位、設計單位和各有關部門。

4.2.1.2 立即組織技術人員對現場實際情況進行調查，對各類過程資料進行整理，為下一步預警處理做好準備工作。

4.2.1.3 組織專家、設計和施工技術人員根據現場情況和過程資料，制定相應的設計和施工方案。

4.2.1.4 施工時加密地鐵邊形和變形監測，觀察方案是否有效，確認變形得到有效控制，方可繼續進行施工，若變形未獲得有效控制，則需重新制定方案。

4.2.1.5 若兩次制定的方案仍無法滿足變形要求，或變形已達到預警值，則應建議建設單位修改支護設計或結構設計。

4.2.2 事故類型Ⅱ：近地鐵基坑支護變形應急處理預案

4.2.2.1 出現險情后，立即停止現場施工、疏散現場人員，并及時通知地鐵指揮部和其他可能造成影響的周邊單位或住宅，并對其內的人員進行疏散。

4.2.2.2 通知影響范圍內相關管線單位，根據影響程度進行管線監護和處置，避免出現管線斷裂、破損情況對地鐵運營和基坑安全造成進一步影響。

4.2.2.3 會同交警部門對影響到的周邊道路進行調整和交通疏解。

4.2.2.4 派專人在受影響區域和臨近范圍內的基坑周邊進行不間斷巡查，發現地表塌陷等險情及時設置防護，并上報處置。

4.2.2.5 用基坑土方回填覆壓變形較大區域，在變型較大區域附近增設臨時支撐和附加軸力，抵消基坑外土體側壓力防止變形進一步增大導致土體繼續沉降，保證地鐵及周邊道路安全。

4.2.2.6 通知地鐵保護監測單位和基坑監測單位，加密對受影響區段的地鐵變形監測和基坑支護結構監測，實時掌握各項監測數據。

4.2.2.7 立即通知設計單位并組織專家對設計方案和施工方案進行評估，采取有效措施減小基坑變形。

4.2.2.8 加密此區段的監測工作，待各項地鐵監測和基坑監測數據均穩定合格后，方可按照新的設計和施工方案繼續施工。

4.2.2.9 重新開始施工后，應繼續加密受影響區域的地鐵和支護結構的監測，并對效果進行評估，若不合格則立即停工，重新進行設計和施工方案修改，直至沉降和變形被完全控制。

4.2.3 事故類型Ⅲ：地鐵區間隧道及軌道達到預警值

4.2.3.1 出現險情后，立即停止現場施工、疏散現場人員，并及時通知地鐵指揮部和其他可能造成影響的周邊單位或住宅，并對其內的人員進行疏散。

4.2.3.2 通知影響范圍內相關管線單位，根據影響程度進行管線監護和處置，避免出現管線斷裂、破損情況對地鐵運營和基坑安全造成進一步影響。

4.2.3.3 會同交警部門對影響到的周邊道路進行調整和交通疏解。

4.2.3.4 派人在地鐵受影響區域和臨近范圍內的基坑頂部進行不間斷巡查，發現地表塌陷等險情及時設置防護，并上報處置。

4.2.3.5 暫停基坑開挖施工，必要時可以進行局部回填反壓，同時通知地鐵指揮部、建設單位、設計單位和各有關部門。

4.2.3.6 加強對地鐵隧道、周邊建筑物及基坑的監測頻率，采取措施后待各項地鐵監測和基坑監測數據均穩定合格后，方可繼續施工。

5 采取上述保護措施對既有地鐵的影響分析

在臨近地鐵車站處開挖深基坑其難度及風險是可想而知的，但因為落實了一系列的安全防范技術措施后，在保證工程安全的前提下取得的效果相當明顯。在深基坑施工過程，對車站內乘客及設備基本無影響。同時經過該基坑各監測點的測定數據及地鐵車站結構變形監測值的分析比對后?？梢哉J定深基坑施工過程中，既有地鐵車站處于安全狀態。

6 結論

在地鐵安全保護區內進行工程建設，必須考慮工程施工對既有地鐵結構的影響。本文通過以上保護措施，對緊鄰地鐵車站的深基坑變形及施工方法進行分析，并結合工程實例數據分析可得出以下結論：

6.1 對于臨近地鐵側基坑無法打設錨索的情況下，通過合理的支護設計，加大臨近地鐵側的支護樁剛度，采用雙排圍護樁+基坑內斜撐的支護形式，滿足了近地鐵基坑支護的需求，確保了基坑的穩定性，同時也能夠減少對已運營的地鐵車站的影響。

6.2 對于緊鄰地鐵車站的深基坑，采用“分層、分步、對稱、平衡、限時”的開挖方法，可以較好的減少深基坑開挖對緊鄰地鐵結構的影響，達到基坑變形控制和地鐵車站保護的目的。

6.3 在基坑施工過程中，通過布設監測點對既有車站結構進行變形監測，可對施工過程進行有效指導，掌握既有結構變形情況。

6.4 在地下結構施工完成后，為保證地鐵結構安全，在后期使用時不至于產生附加側向變形，近地鐵側基坑肥槽均采用C20 素混凝土回填，確保了基坑肥槽回填密實。

通過采用以上保護措施，很好的減小了深基坑施工過程中對既有地鐵車站的影響，這可以為設計和信息化施工提供很好的指導作用，并為以后類似工程提供了一個借鑒的實例。