大型深基坑施工中鄰近隧道變形數(shù)據(jù)異常原因分析

曹建中

上海建工一建集團有限公司 上海 200120

上海徐匯濱江恒基H地塊項目基坑于2017年6月開挖作業(yè)，2017年10月中旬完成底板澆筑，2018年1月底完成地下室結(jié)構(gòu)施工，2019年7月14日完成塔樓結(jié)構(gòu)封頂。

從監(jiān)測開始至主體結(jié)構(gòu)封頂后3個月，龍耀路隧道主線南線沉降累計最大變化量為－6.59 mm、累計最大水平位移為1.00 mm，南線匝道累計最大水平位移為5.00 mm、差異沉降累計最大差異變化量為0.79 mm，主線北線沉降累計最大變化量為－8.74 mm，均未超出報警值（±10 mm）。

南線匝道上有一半以上的沉降監(jiān)測點的累計變形超過報警值，從基坑開挖至底板完成，南線匝道上監(jiān)測點最大沉降變形在35～40 mm的范圍，底板完成至±0 m期間又發(fā)生了83.03 mm和87.84 mm的沉降增量，且隨時間推移，沉降現(xiàn)象并未收斂，這種不合常規(guī)的基坑施工-沉降變化規(guī)律是本文研究分析的主要問題[1-4]。

1 工程背景

1.1 地理位置與周邊環(huán)境

工程位于上海市徐匯濱江商業(yè)區(qū)，南鄰西岸傳媒港地塊、北鄰龍耀路、西鄰云錦路、東至規(guī)劃云謠路。龍耀路隧道位于本工程基坑北側(cè)，隧道寬約9.0 m，埋深約3.0 m，隧道邊距本項目基坑邊最近處32.2 m（圖1）。

圖1 項目基坑平面示意

1.2 建筑、結(jié)構(gòu)及基坑圍護概況

本工程總建筑面積約254 498.56 m2，地下總建筑面積約64 200.74 m2，擬建物為1棟高280 m的61層辦公樓和4層裙房，地下室共4層。主體基坑總面積為17 410 m2，分為Ⅰ區(qū)（面積12 520 m2）和Ⅱ區(qū)（面積4 890 m2）先后實施。基坑普遍挖深為16.9 m，塔樓區(qū)域挖深為19.2 m。基坑安全等級一級，北側(cè)、西側(cè)及Ⅰ區(qū)南側(cè)鄰西岸傳媒港側(cè)基坑環(huán)境保護等級為二級，基坑采用厚1 m“兩墻合一”地下連續(xù)墻圍護，地下連續(xù)墻共計96幅，最深為49.5 m，坑內(nèi)設(shè)3道鋼筋混凝土支撐，塔樓深坑部位另設(shè)第4道和第5道鋼支撐。坑內(nèi)裙邊土體加固采用三軸攪拌樁進行加固，集水井、電梯井等深坑四周采用高壓旋噴樁加固。

1.3 龍耀路隧道概況

龍耀路隧道為黃浦江越江隧道，全長約3 564 m。隧道采用盾構(gòu)法施工，直徑約11.36 m，隧道頂部埋深約14 m，屬于一類隧道。龍耀路隧道施工報警值要求：隧道沉降、水平位移日變化量＋2 mm，累計變化量＋10 mm。依據(jù)上海市《城市橋梁、隧道安全保護區(qū)域技術(shù)標準》，本工程Ⅰ區(qū)基坑距離龍耀路隧道最近為32.2 m，在隧道保護區(qū)范圍以內(nèi)；Ⅱ區(qū)基坑距離龍耀路隧道最近為78.7 m，在隧道保護區(qū)范圍以外。

1.4 施工方案和施工進度執(zhí)行情況

本工程于2017年3月20日開工，深基坑施工方案于2017年3月30日通過專家評審，龍耀路隧道保護方案于2017年4月5日通過專家評審。在基坑施工前，專門編制了深基坑施工方案和龍耀路隧道保護方案，方案均經(jīng)專家評審?fù)ㄟ^。在基坑施工時，嚴格依據(jù)隧道安全保護范圍內(nèi)的要求，保護區(qū)內(nèi)不做重型材料堆載，圍護結(jié)構(gòu)施工、土方開挖和支撐施工，結(jié)構(gòu)回筑及換撐施工階段嚴格按照深基坑施工方案、龍耀路隧道保護方案以及圍護設(shè)計要求的工況施工，各項施工保護措施均落實到位。基坑及主體結(jié)構(gòu)施工期間各階段具體施工時間如表1所示。

表1 基坑及主體結(jié)構(gòu)施工期間各階段具體施工時間

2 研究的方法

本文通過充分調(diào)研本基坑周邊環(huán)境情況，結(jié)合龍耀路隧道南線匝道不同區(qū)域的基礎(chǔ)形式和監(jiān)測點位布置情況，對ZS1—ZS6、ZS7—ZS23的沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)分別匯總分析，生成南線匝道沉降變形的時程曲線圖，研究基坑施工期間各個施工階段的南線匝道沉降變化規(guī)律，通過建立地層損失法基坑圍護墻體水平位移和周邊地表沉降之間的函數(shù)關(guān)系對龍耀路隧道南線匝道異常變形數(shù)據(jù)進行對比，分析隧道南線匝道沉降變形異常的原因。

3 研究的過程

3.1 隧道南線匝道監(jiān)測點布設(shè)情況調(diào)研

龍耀路隧道南線匝道共布置23個沉降變形監(jiān)測點（圖2），23個監(jiān)測點（ZS1—ZS23）于2017年7月12日布設(shè)。

圖2 沉降變形監(jiān)測點布置示意

根據(jù)龍耀路隧道的結(jié)構(gòu)圖紙，南線匝道入口接近地表處45 m范圍內(nèi)未設(shè)計樁基礎(chǔ)，南線匝道入口接近地表處45 m范圍以外至與南線主線并線區(qū)域均設(shè)計有鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。無樁基礎(chǔ)區(qū)域?qū)?yīng)的監(jiān)測點為ZS1—ZS6，有樁基礎(chǔ)區(qū)域?qū)?yīng)的監(jiān)測點為ZS7—ZS23。

南線匝道ZS1、ZS2監(jiān)測點與附近地表沉降監(jiān)測點、墻體測斜監(jiān)測點平面位置關(guān)系如圖3所示。

圖3 南線匝道ZS1/ZS2監(jiān)測點平面位置

3.2 隧道南線匝道變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

結(jié)合龍耀路隧道南線匝道不同區(qū)域的基礎(chǔ)形式和監(jiān)測點布置情況，對ZS1—ZS6、ZS7—ZS23的沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)分別進行匯總分析。

3.2.1 ZS1—ZS6監(jiān)測點變形數(shù)據(jù)分析

由ZS1—ZS6監(jiān)測點沉降變化曲線（圖4）可以看出：Ⅰ區(qū)基坑開挖至底板期間，ZS1—ZS6沉降值在26.60～38.91 mm，其中ZS1、ZS2監(jiān)測點距離南線匝道入口地表最近，其累計最大沉降變形分別為－150.22、－151.39 mm。

圖4 ZS1—ZS6監(jiān)測點沉降變化曲線

ZS1、ZS2監(jiān)測點沉降速率最大的階段是基坑開挖、支撐施工、底板施工、支撐拆除施工階段，至2017年10月8日Ⅰ區(qū)基礎(chǔ)底板澆筑完成，ZS1、ZS2監(jiān)測點累計沉降量分別為－38.91 mm和－35.31 mm。按以往工程基坑開挖對周邊地表沉降影響的規(guī)律，基礎(chǔ)底板完成后基坑周邊的變形應(yīng)逐漸趨于穩(wěn)定，但實際監(jiān)測數(shù)據(jù)反映出ZS1、ZS2監(jiān)測點的沉降不但沒有趨于穩(wěn)定，反而在支撐拆除及地下結(jié)構(gòu)回筑期間稍有加劇沉降的趨勢。

ZS1、ZS2監(jiān)測點從本工程Ⅰ區(qū)底板完成至±0 m施工完成期間沉降變形量分別為83.03 mm和87.84 mm，Ⅰ區(qū)底板完成至±0 m施工完成期間沉降變形量是基坑卸土作業(yè)至底板完成期間沉降變形量的2倍以上，直至Ⅰ區(qū)±0 m施工完成后才趨于穩(wěn)定。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，本基坑開挖期間對隧道的影響符合設(shè)計發(fā)展規(guī)律，底板完成后隧道沉降加劇，對隧道沉降的影響應(yīng)進一步分析查明。

3.2.2 ZS7—ZS23監(jiān)測點變形數(shù)據(jù)分析

由ZS7—ZS23監(jiān)測點沉降變化曲線（圖5）可以看出：ZS7—ZS23監(jiān)測點區(qū)域匝道下設(shè)有鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，相比無樁基區(qū)域的ZS1—ZS6監(jiān)測點，ZS7—ZS23監(jiān)測點累計沉降變形量明顯減小，最大沉降量為－44.79 mm，監(jiān)測點距離地表越深，沉降變形越小，ZS13—ZS23監(jiān)測點已基本穩(wěn)定在報警值范圍以內(nèi)。

圖5 ZS7—ZS23監(jiān)測點沉降變化曲線

Ⅱ區(qū)基坑開挖至Ⅱ區(qū)地下結(jié)構(gòu)施工期間，ZS7—ZS23監(jiān)測點的沉降變形量均呈上抬趨勢，至2018年9月底，ZS10—ZS23監(jiān)測點上抬量達到頂峰，累計上抬16.1 mm（ZS19監(jiān)測點），超出報警值上限；從2018年10月開始，ZS7—ZS23監(jiān)測點又呈下沉趨勢，Ⅱ區(qū)基坑±0 m已于2018年12月16日完成，ZS7—ZS23監(jiān)測點沉降變形在Ⅱ區(qū)±0 m完成后仍呈下沉趨勢。

3.2.3 利用地層損失法估算理論變形量與實際變形量的對比

由于南線匝道ZS2監(jiān)測點與CX02地下連續(xù)墻測斜點、DM2-1—DM2-6地表沉降監(jiān)測點基本處于同一條線上，故根據(jù)CX02地下連續(xù)墻測斜點的最大水平位移（89.19 mm），按地層損失法估算基坑變形量經(jīng)驗公式（地下連續(xù)墻最大水平位移≈1.4倍墻后地表最大沉降）計算出理論墻后地表沉降量。將計算出的理論地表沉降量與實際地表沉降量進行對比，如圖6所示。

圖6 理論地表沉降值與實際地表沉降值對比

經(jīng)對比分析，DM2地表沉降監(jiān)測點地表沉降最大值應(yīng)控制在63.71 mm內(nèi)，按墻后地表沉降與地下連續(xù)墻水平位移之間的函數(shù)關(guān)系，DM2-1—DM2-6、ZS2的沉降量應(yīng)分別為26.41、46.16、60.23、62.40、53.24、43.27、33.41 mm，而且最大值應(yīng)出現(xiàn)在距離基坑邊16.5 m附近，南線匝道ZS1、ZS2沉降變形監(jiān)測點接近該處附近地表，而且距離基坑邊尚有32.20 m。按照地層損失法估算沉降值中理論，南線匝道ZS1、ZS2沉降變形監(jiān)測點沉降變形量應(yīng)該在33.41 mm左右，不應(yīng)該超過63.71 mm。然而隧道南線匝道靠近地表處的實際沉降量達到151.39 mm，遠遠超過理論計算的33.41 mm，這種不合常理的變形規(guī)律正好側(cè)面說明隧道南線匝道沉降變形過大可能是受基坑施工以外的因素影響。

3.3 龍耀路隧道南線匝道變形數(shù)據(jù)分析結(jié)論

本工程在21個月內(nèi)完成了圍護和2個基坑施工，從基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)來看，在基坑開挖至底板完成這一最易導(dǎo)致基坑和周邊環(huán)境變化期間，雖局部基坑和環(huán)境監(jiān)測點略超報警值，但總體還屬正常，基坑施工對周邊環(huán)境和隧道的影響總體是受控的。

從龍耀路隧道南線匝道在本工程基坑施工期間的變形分析來看，Ⅰ區(qū)基坑開挖至底板期間，ZS1—ZS6沉降值在26.60～38.91 mm，雖超出報警值，但與基坑的變形趨勢基本是吻合的。在Ⅰ區(qū)回筑過程中，基坑的變形略有增加，但南線匝道ZS1—ZS6累計沉降達71.56～123.15 mm，變形增加值達80～90 mm，遠超出基坑本體變形量，與基坑本體變形量相比嚴重失衡，此階段及隨后發(fā)生的變形應(yīng)與本工程基坑施工關(guān)系不大。

Ⅱ區(qū)基坑位于隧道安全保護區(qū)以外，且中間隔有Ⅰ區(qū)基坑，Ⅰ區(qū)基坑完成后，Ⅱ區(qū)基坑施工對隧道應(yīng)該沒有大的影響，但此階段南線匝道沉降仍有增加，累計達73.79～141.74 mm，變形增加量達20 mm左右，此階段及隨后發(fā)生的變形應(yīng)與工程基坑施工關(guān)系不大。

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，龍耀路隧道南線匝道的沉降變形在不同基礎(chǔ)形式下沉降量差別非常大，有樁基礎(chǔ)區(qū)域且埋深較深的監(jiān)測點沉降變形量能控制在報警值范圍以內(nèi)，無樁基區(qū)域的監(jiān)測點的最大沉降量卻遠超報警值。

4 結(jié)語

關(guān)于龍耀路隧道南線匝道沉降數(shù)據(jù)異常的原因，本工程的施工雖是其中的影響因素之一，但影響程度有限，更多原因可能為多個基坑施工共同影響、重型車輛頻繁碾壓以及下臥層可能存在軟弱地基等情況。結(jié)合現(xiàn)場的實際情況分析，龍耀路隧道南線匝道沉降變形異常的原因主要有以下幾點：

1）本工程位于徐匯濱江大規(guī)模建設(shè)的核心地段，龍耀路隧道輔道是周邊十余個工程的土方車、泥漿車等運輸車輛以及其他社會車輛的必經(jīng)之路，長期受重型車輛碾壓的動載，導(dǎo)致地面出現(xiàn)較明顯的沉降，是出入口匝道沉降的主要因素之一。

2）龍耀路隧道南線匝道無樁基區(qū)段埋深淺，在重車道路側(cè)周邊地表環(huán)境復(fù)雜，施工過程中經(jīng)歷淺層潛水的多次水位變化，出現(xiàn)一些沉降變化的異常是可以解釋的。

3）經(jīng)查閱本工程的地質(zhì)勘察報告，本工程場地內(nèi)存在大量暗浜區(qū)域（圖7）。由于地勘報告只針對地下室基坑范圍內(nèi)進行探明，基坑范圍以外的區(qū)域未有詳細的地質(zhì)勘察資料，但根據(jù)暗浜區(qū)域分布情況推測，ZS1、ZS2和DM2地表沉降監(jiān)測點區(qū)域地下極有可能存在暗浜，這可能也是造成ZS1、ZS2和DM2地表沉降變形過大的重要原因之一。

圖7 場地內(nèi)暗浜區(qū)域位置示意

4）本工程擬建物為高280 m的超高層建筑，由于塔樓自身荷載較大，至塔樓主體結(jié)構(gòu)封頂，塔樓結(jié)構(gòu)自身沉降值約40 mm，且塔樓與隧道南線匝道距離僅40 m，龍耀路隧道南線匝道沉降較大可能受塔樓自身拖帶沉降的影響。

綜上所述，關(guān)于隧道南線匝道沉降異常的原因，本基坑施工雖有影響，但影響程度應(yīng)屬有限，更多的原因可能為多個基坑施工共同影響、重型車輛頻繁碾壓、下臥層可能存在軟弱地基的情況以及塔樓拖帶沉降等多因素綜合疊加影響。在后續(xù)碰到類似工程施工時，應(yīng)充分調(diào)查研究周邊環(huán)境情況，針對可能影響鄰近隧道變形的各項因素，在勘察、設(shè)計、施工階段采取針對性措施進行處理，以確保周邊環(huán)境和鄰近隧道的安全。