鄰近地鐵隧道及辦公區的深基坑施工

邱經緯

上海陸家嘴金融貿易區開發股份有限公司 上海 200120

隨著城市建設不斷推進，地下空間不斷利用開發，在現有運營地鐵周邊進行深基坑施工對地鐵周邊環境影響較大。盡管已有大量相關工程對周邊環境相互影響的分析研究，但在緊貼地鐵超深基坑的不同施工環境下，既要保證基坑安全穩定，又要確保緊貼基坑的地鐵區間隧道的沉降變形在可控范圍依舊復雜[1-6]。以上海前灘16-2地塊為例，對基坑施工進行優化研究，確保地鐵正常運營，周邊樓宇安全。

1 工程概況

1.1 周邊環境概況

背景項目位于上海市浦東新區楊思西路以北、東育路以東、濟陽路以西、企榮路以南。工程地下3層，靠近地鐵側為地下2層；地上裙房4層，主樓130層。

南側鄰近楊思西路下軌道交通8號線東方體育中心站—楊思站區間隧道，基坑邊線平行地鐵結構延長距離約190 m。北側距離企榮路前灘企業天地辦公樓及裙房約22 m（圖1）。

圖1 基坑周邊環境平面示意

1.2 地質水文概況

擬建場地位于上海市浦東新區，屬長江三角洲沖積平原，地貌形態較單一，地貌類型屬濱海平原。勘察測得地面標高一般在4.19～5.41 m，平均標高4.59 m。場地范圍內揭露的地基土均屬第四紀沉積物，主要由黏性土、粉性土及粉砂組成，主要涉及土層有⑤3-2透鏡體土層⑤3-2t灰色粉質黏土，第⑦層在局部分布有⑦t灰色粉質黏土。

潛水穩定水位埋深在地面以下0.50～1.20 m，相應標高在3.43～4.21 m之間。平均潛水位標高為3.82 m。承壓水分布于⑤2-1層砂質粉土夾粉質黏土、⑤2-3層粉砂和⑤3-2層砂質粉土中。

1.3 基坑概況

基坑開挖面積約15 775 m2，基坑周長560 m，開挖深度約15.2 m，安全等級為一級，環境保護等級為一級。地下3層開挖面積約13 205 m2，與隧道外邊線最小凈距20 m；地下2層開挖面積約2 285 m2，開挖深度約10.8 m，與隧道外邊線最小凈距9.3 m。隧道頂覆土8.5～12.2 m。整個基坑分為6個區：1區開挖面積6 209 m2，開挖深度14.55～16.25 m；2區開挖面積6 993 m2，深度14.55 m；3區—6區開挖面積651 m2，開挖深度10.6 m。

2 地鐵隧道實地勘察及控制要求

圍護施工前在對應的地鐵影響范圍內隧道結構確認中發現，對應基坑的隧道區間上行線結構由于年代久遠，較多環號均發現有滲漏水及結構病害現象。最終，為保護地鐵結構，控制變形速率，確定要求如下：最終絕對沉降、隆起值、水平位移量＜20 mm，施工引起的地鐵結構變形速率＜1 mm/d，且不得影響其安全及正常運營。

綜上情況，需結合工程實際情況制定優化方案并制定相應措施，在基坑施工時以確保地鐵運營安全為首要施工原則。

3 基坑施工措施

1區及2區圍護采用地下連續墻＋3道鋼筋混凝土支撐，3區—6區圍護采用地下連續墻＋1道鋼筋混凝土支撐＋2道φ609 mm鋼管水平支撐。

3.1 圍護加固措施

地下連續墻的剛度大，但是由于其需開挖狹長深槽，受土質影響，狹長深槽的自立性較差，較易發生槽壁坍塌且深槽的塌方量較大，極可能造成土體位移，這對地鐵隧道的保護是非常不利的。為此，采取以下措施：

1）對非地鐵側的1區、2區處：地下連續墻成槽前，用φ850 mm水泥土攪拌樁對地下連續墻兩側進行加固。為保證加固達到預期效果，水泥摻入量≥20%，加固深度范圍26～28 m。坑內三軸水泥土攪拌樁加固體與地下連續墻間300～500 mm空隙采用φ600 mm的三重管高壓旋噴樁填充加固，加固范圍－23.90～－7.80 m。

2）對地鐵側3區—6區：采用φ850 mm的三軸水泥土攪拌樁進行抽條加固，水泥摻量≥23%，加固范圍－24.00～－5.20 m。同時，在新老地下連續墻連接處采用RJP旋噴樁進行止水加固，以保證開挖施工時的防水要求。

3）對地鐵側地下連續墻采用了間隔施工法，間距3幅；同時在地下連續墻內預留注漿管，當地下連續墻達到設計強度后即進行墻底注漿，以減小支護結構的位移，并將單幅地下連續墻施工時間嚴格控制在16 h內完成。

3.2 提高降水效率及加強監測

本工程開挖范圍內主要以淤泥質粉質黏土土層為主，具有含水量高、強度低、滲透性差的特點，基坑開挖時極易產生流變、蠕變現象。若不采取措施降低土層含水量，將造成開挖面軟弱、積水等不良現象，影響開挖面上的施工，較高的含水量也使得土體自立性差，影響開挖效率。

采用疏干降水深井形式進行潛水處理，并盡可能增加預抽水時間；采用新型超級壓吸聯合抽水系統（圖2），有效疏干需要開挖土體，降低基坑開挖深度范圍內的土體含水量，從而確保順利開挖。

圖2 超級壓吸聯合抽水系統

由于位于地鐵隧道20 m控制線范圍內，需要密切注意坑外水位變化，防止由于隔水帷幕止水效果問題導致坑外水位有較大變化，造成坑外地面、地鐵區間隧道和管線產生較大沉降，因此需要布置坑外觀測井觀測水位變化。對場地南側地鐵隧道及場地周邊市政管道沉降情況進行重點監測，當沉降接近報警值時，對坑外觀測兼回灌井進行回灌，控制坑外沉降。為有針對性地對⑤2-1層和⑤2-3層進行水位觀測和回灌，在該2層分別布設坑外觀測兼回灌井。

3.3 支撐優化措施

項目把位移和變形控制放在首位，尤其是靠近地鐵側更是重點保護對象。同時工程可利用場地極其有限，除南側圍護體與紅線距離大部分能達到6 m外，其余三側圍護體與紅線距離不足3 m，無法滿足車輛通行要求，給場內交通組織、材料堆放等帶來了極大困難。為此，對支撐采取以下優化措施：

首先，在靠近楊思西路地鐵側3區及6區第2道、第3道轉角處設置鋼筋混凝土角撐及板撐，以增加支撐體系剛度，再在3區—6區基層底板厚300 mm墊層內設置H型鋼支撐，并施加300 kN預加軸力。

其次，支撐集中分段施工，快速形成支撐體系。開挖階段將整個大坑支撐分為10塊，每塊區域面積約為600 m2，集中人力和機械開挖，隨挖隨澆筑（后續分塊支撐混凝土強度相應提高至C60），確保每塊區域從挖土到混凝土支撐澆筑完成的施工時間控制在12 h內。

最后，優化棧橋，將后開挖區域的基坑部位澆筑硬地坪作為材料堆場和加工廠，在滿足堆載不超過設計要求的前提下用作材料堆場，支撐施工所需的鋼筋預先加工配置，及時運至現場隨用隨運。

3.4 基坑開挖及底板澆筑措施

考慮基坑開挖對地鐵和周邊環境的影響，開挖分6個區域（圖3）。首先開挖1區，待1區底板到強度后進行2區開挖；待1區出±0 m后依次進行3區、4區施工，其中3區底板達到強度后進行4區開挖；2區出±0 m后依次進行5～6區開挖，其中5區底板達到強度后，方可進行6區開挖。

圖3 基坑分區示意

為了減少挖土時支護結構的變形，采用了順作盆式開挖，在及時形成對撐的情況下，根據出入口的位置進行四周土方的開挖。這種開挖方式的優點是擋墻的無支撐暴露時間短，同時保留了地鐵側20 m區域的保護性土坡，這部分留土的反壓可抵消部分土壓力，以減小支護結構的變形。

本工程土方共分4次挖至基坑底，每次先行開挖中部或遠離地鐵側的部位，保留地鐵側20 m范圍內的土體1∶1.5放坡，為之后鄰近地鐵側的施工提供支撐工作面。

2區基礎底板施工時進度較為緊迫，需滿足地鐵監護60 d的施工要求。為了確保地鐵區間隧道及2區基坑結構安全，加快2區地下室回筑施工進度，確認取消原有后澆帶改為跳倉法施工，最終在55 d內提前完成。

4 地鐵監測及措施

施工期間經地鐵監護委托第三方機構的監測，本工程對基坑、地鐵進行施工階段全過程監測。

重點分析1—6區基坑分區開挖階段，對地鐵區間隧道上行線靜力水準儀自動化沉降、激光測距自動化收斂數據進行整理顯示：

上行線沉降累積變化值：1區—2區開挖階段，沉降值范圍2.01～3.35 mm；1區—2區底板結束后進行上行線外側及下行線內側注漿，直至收斂值成功回歸至預期值，注漿至區塊開始開挖期間的沉降范圍為－4.47～3.35 mm；3區—6區開挖階段，沉降值范圍－4.47～3.54 mm。

上行線收斂累積變化值：1—2區開挖階段，沉降值范圍7～21 mm；1區—2區底板結束后進行上行線外側及下行線內側注漿，注漿至區塊開挖期間的收斂累積變化范圍為21～23 mm；3區—6區開挖階段，收斂累積值范圍23～30 mm。

地鐵隧道最終實測絕對沉降量及水平位移量僅有2處達到20 mm（測點共49處，累積變化量報警的2處由于原先初始變量就已達近10 mm），完全符合地鐵正常運行的要求。

綜合分析各階段上行線沉降累積變化值、收斂累積值變化規律可知，分區施工方法及注漿節點的把控對于控制地鐵區間隧道變形、沉降起到重要作用，也充分證明了施工前制定的各項施工方案優化和措施都是行之有效的，達到了預期效果。

5 地鐵隧道注漿措施

根據監測數據情況結合現場實際條件（企榮路側人行道路下管線眾多），先后進行了2次微擾動注漿加固（圖4），2019年12月29日—2020年1月12日，加固8號線上行線185環—215環。2020年12月12日—2021年1月18日，加固8號線上行線97環—228環。

圖4 微擾動注漿剖面

第1次注漿上行線185環—215環范圍，注漿前隧道直徑與設計值相比，變形值在55.1～89.1 mm之間，注漿后隧道直徑與設計值相比，變形值在51.2～77.1 mm之間，注漿施工引起的直徑縮小，最大為14.4 mm。

第2次注漿上行線97環—228環范圍，注漿前隧道直徑與設計值相比，變形值在45.6～94.2 mm之間，注漿后隧道直徑與設計值相比，變形值在48.1～79.7 mm之間，注漿施工引起的直徑縮小，最大為16.2 mm。

通過對區間隧道兩側土體進行微擾動注漿的補強加固，有效緩解區間隧道的進一步擴張變形，防止區間隧道因結構持續擴張變形而產生滲漏水、漏泥漏砂、結構裂縫甚至管片碎裂破壞等病害。

6 結語

前灘16-02地塊項目工程深基坑施工實踐表明：進行地鐵邊及對地基沉降、位移要求極高的深基坑施工時，必須嚴格按照“時空效應”理論組織施工，這對減少地下連續墻圍護體的沉降、位移的累積變形量極為有利；在土方開挖至設計標高后，應快速完成混凝土墊層，以控制土體的反彈、圍護體的側向位移；在鄰近基坑邊開挖面以下進行土體加固效果顯著，對抑制坑底土的隆起和地下連續墻的突變起到很好的支撐作用；施工中應對隧道收斂變形進行治理，確保施工區域內的隧道收斂變形趨于穩定，確保后續施工過程中地鐵的運營安全。