緊鄰滬昆高鐵超深基坑施工監測分析

陳 沛（上海東華地方鐵路開發有限公司，上海 200071）

上海軌道交通機場聯絡線一號風井基坑緊鄰滬昆高鐵。本基坑開挖深度大，對高鐵保護要求高。基坑的圍護設計、施工過程的工序控制和全面可控的實時監測技術對本基坑安全和高鐵的變形控制起到了重要的作用。本文利用該項目的1 號風井 3 號基坑為主要案例，對基坑本體監測和高鐵鐵路監測進行了詳細的設計，并結合實際過程中的數據統計，分析基坑開挖期間監測變形規律，用于指導基坑施工，最終確保了基坑及高鐵的安全。本文同時總結了施工過程中的基坑和高鐵變形規律，驗證了時空效應的影響和可利用性。監測設計和數據的統計可為類似工程提供參考經驗。

上海軌道交通機場聯絡線項目是上海首條市域線工程，地質條件較差、周邊建筑物密集、地下管線眾多，尤其1號風井基坑，作為超深基坑，緊鄰滬昆高鐵，基坑開挖的工藝要求和對高鐵的保護要求更為嚴格。

該項目的 1 號風井 3 號坑為第一個開挖的基坑，項目施工順利，基坑安全可控，周邊環境及高鐵影響較小，可為涉鐵基坑工程施工起到一定的規范作用，并作為有效的參考模板。本文以該基坑為主要案例，詳細介紹基坑本體監測和高鐵鐵路監測的技術設計，并分析基坑開挖期間監測變形規律，借此拋磚引玉，以供各方參考。

1 案例概況

1.1 基坑概況

（1）基坑：寬 14.5m，長 31.45m，開挖深度 18.54～22.93 m。

（2）環境：鄰近滬昆高鐵路基段，距滬昆高鐵下行線路基坡腳的最近距離為 10.6 m，距高鐵下行線線路中線最近距離為 20 m。

（3）圍護：西側靠近滬昆高鐵地下連續墻厚 1.5 m，其余側地下連續墻厚 1.2 m，圍護深度 50 m。設 6 道支撐，其中 1、4 采用混凝土支撐，2、3、5、6 采用鋼支撐。

（4）加固：基坑地下連續墻底部采用 φ 3 500 @ 2 200 N-jet 工法樁進行隔水封底處理，加固厚度 5 m，加固地層位于地連墻底上部 1 m 處；在基坑靠鐵路側設置直徑 1 m@120 cm 鉆孔灌注樁作為隔離樁，深度與地下連續墻相同。

1.2 基坑地質情況

工程場地位于上海市中西部，地勢較為平坦，屬濱海平原地貌類型，場地以古河積區為主，僅南北兩側局部為正常沉積區。由上到下主要地層為：② 1 粉質黏土；② 3 粉砂夾粉質黏土；③ 1 淤泥質粘性土；④ 淤泥質粘性土；⑤ 1 粉質黏土；⑤ 1-1 粉砂與粉質黏土互層；⑤ 31 粉質黏土夾粉砂；⑤ 41 粉質黏土；⑤ 42 粉砂；⑥ 1 粉質黏土；⑦ 1 砂質粉土夾粉質黏土；⑦ 2 粉細砂；⑧ 2 粉質黏土。各地層性質符合上海地層普遍規律。

1.3 基坑開挖工序

基坑開挖工序詳見表 1。

表1 基坑開挖工序時間統計表

2 施工監測設計

為確保基坑及高鐵施工安全，施工中建立兩級監測方案，一是基坑施工本體監測，二是隔離樁及高鐵路基、軌道板智能監測。兩級監測數據均接入智能管理平臺，通過監控平臺實現自動報警推送功能。

2.1 基坑監測內容

（1）監測項目及點位布設。基坑監測主要監測點匯總見表 2，3 號坑監測點布設示意圖如圖 1 所示。

表2 基坑監測主要監測點匯總表

圖1 3 號坑監測點布設示意圖

（2）監測頻率。降基坑內承壓水之前監測頻率為 1 次/d，降承壓水至基坑底板澆筑完成期間為 2 次/d。

（3）報警值。按一級基坑計算 3 號坑地墻測斜報警值為 26.0～32.1 mm，本項目設計報警值為 17.8 mm。

2.2 線路及隔離樁監測內容

（1）監測項目及點位布設。線路監測主要監測點匯總見表 3，圖 2 為高鐵線路監測點布置橫斷面示意圖。

圖2 高鐵線路監測點布置橫斷面示意圖

表3 線路監測主要監測點匯總表

（2）監測頻率。隔離樁和滬杭高鐵變形按照 1 次/2 h，土體測斜按照 1 次/d；

（3）報警值。高速鐵路變形累積值按 ±2 mm 控制，單日報警值按 1 mm 控制。

3 基坑監測數據分析

3.1 基坑圍護體測斜分析

施工過程中鐵路側 CX 96，非鐵路側圍護體測斜典型測點 CX 100 測斜值相對較大，其變化曲線如圖 3 所示。

圖3 圍護體測斜階段變形曲線

（1）第一層土方施工，非鐵路側變形 1.86 mm，鐵路側變形 2.51 mm，速率在 0.4 mm/d 左右，數據變形平緩。

（2）第二層土方施工，非鐵路側 4.91mm，鐵路側1.94 mm，圍護體變形明顯增大，速率在 1 mm/d 左右，數據變形加速。

（3）第三層土方施工，通過優化組織加快了施工進度，非鐵路側 1.63 mm，鐵路側 2.32 mm，速率在 0.3 mm/d 左右，變形穩定可控。本層施工期間，第二、三道鋼支撐通過伺服系統及時調整軸力，圍護體呈現開挖面以下向基坑內位移，孔口至第二道支撐向坑外位移現象。

（4）第四層土方施工，非鐵路側 3.27mm，鐵路側3.25 mm，速率在 0.4 mm/d 左右，變形平緩，但累計值持續增加。

（5）第五、六層土方至底板施工，隨開挖深度的增加，圍護體變形反應較為明顯。本階段施工期間，非鐵路側6.25 mm，鐵路側 4.02 mm，速率在 0.7 mm/d 左右。最終，圍護體測斜最大值非鐵路側達到 18.1 mm，鐵路側達到 14.85 mm，非鐵路側已報警（報警值 17.8 mm）。

由以上可知，在基坑開挖期間，土方卸載，基坑圍護體兩側土壓力出現變化，引起地墻向基坑內側移動，主要變形位置出現在開挖面以下 2 m 左右。隨著支撐施工進程，地墻不同深度變形會出現明顯規律。圍護的設計參數、施工工序的緊湊銜接、支撐的形式與施工狀態，會對圍護體變形產生迅速、直接的影響。

3.2 混凝土支撐軸力測點階段變形曲線分析

混凝土支撐各階段軸力值曲線及歷時如圖 4 所示。

圖4 支撐軸力變化歷時曲線圖

（1）第一道混凝土支撐軸力在前兩層土方開挖期間，軸力持續增加，最大至 1 000 kN 左右，第三層及以下土方開挖后，圍護體在開挖面以下向基坑位移，而孔口處向坑外位移，造成第一道混凝土支撐軸力迅速減小，期間出現受拉情況。至底板澆筑，第一道混凝土支撐處于基本不受力狀態。

（2）第四道混凝土支撐在第四層及以下土方開挖期間，軸力迅速增大，并穩定在 2 000 kN 以上。至底板澆筑，第四道混凝土支撐軸力值達 2 822 kN，未超報警值。

由以上可知，支撐受力狀態與坑外土壓力有著直接的關系，隨挖深增加，坑外土壓力也會產生變化，尤其表層土壓減小，墻頂向坑外移動，嚴重時第一道支撐會產生受拉狀態。在基坑圍護設計中， 不同基坑工程應慎重考慮第一道支撐形式，避免使用不可受拉的鋼支撐。

3.3 坑外水位測點階段變形曲線分析

3 號坑坑外水位孔包括潛水孔和承壓水孔，各選取一典型測孔繪制歷時曲線見圖 5。

圖5 坑外水位變化歷時曲線

理論模型中，地下水位受止水帷幕影響，變形較小，會隨基坑降水呈下降趨勢，實際狀態下，地下水受到地表補給、動態水文等影響較大，具體變化如下。

（1）基坑開挖期間，坑外潛水整體呈下降趨勢，速率較小，期間受降雨和地表水補給等影響，水位上升后繼續回落。

（2）基坑開挖前期減壓井未啟動，承壓水位穩定。基坑開挖中后期坑內承壓水降水后，坑外承壓水位開始下降，速率穩定，表明坑外承壓水受到了坑內降水的影響。后期為保證滬杭高鐵側水位穩定，坑外承壓水回灌井開啟，坑外承壓水水位同步出現抬升現象，速率穩定。表明坑外水位控制起到了良好的作用。

4 高鐵監測分析

隔離樁水平位移及豎向位移數據各選取典型測點如圖 6所示。

圖6 隔離樁豎向位移歷時曲線

3 號坑開挖期間隔離樁監測點 GLK5＋000、GLK5＋010變形較為明顯。在第二層土方開挖到第三道支撐安裝完成測點 GLK5＋000 變化最為明顯，累計往基坑側偏移 4.0 mm，最終累計變化量為 5.0 mm；開挖期間豎向位移呈隆起趨勢，變形最大的監測點是 GLK5＋010，開挖期間累計隆起1.1 mm，最終累計隆起 1.7 mm。高鐵變形情況與理論變形規律基本一致。

路基監測點水平位移及豎向位移典型數據如圖 7 所示。

圖7 滬杭高鐵路基點位移曲線圖

基坑開挖期間路基監測點變形較小，水平位移最大變化監測點 XL5＋020 往基坑側偏移了 0.7 mm，所有測點均在允許范圍內波動；豎向位移最大變化監測點 XL5＋040 下沉1.5 mm，所有測點均在允許范圍內波動。

鐵路下行線線路監測點水平位移及豎向位移數據如圖 8所示。

圖8 滬杭高鐵底座板位移曲線圖

基坑開挖期間線路水平、豎向位移監測點變形均在較小范圍內波動，整個開挖過程中數據穩定。

5 基坑、高鐵監測數據分析結論

（1）3 號坑土方施工期間，整體變形穩定，無突變和異常狀態，非鐵路側圍護體測斜最終報警，但未超過一級基坑允許值，且未對周邊環境造成負面影響。

（2）基坑開挖期間各監測科目變形數據較小，說明圍護整體情況較好，各項加固措施起到了相應的作用。

（3）第一、二層土方開挖時間銜接不緊密且第二層開挖略慢，未充分把握失控效應，導致基坑變形較快；后期基坑暴露時間超過一定期限后，變形速率又開始增大，變形趨勢發展迅速，導致最終報警。

（4）圍護體測斜變形與支撐軸力變化可相互印證，能有效的反應了整體變形狀態，達到預期效果。

（5）基坑環境的變形向遠處（鐵路側）為遞減趨勢，其中隔離樁發揮了重要的消緩土體變形的作用。

（6）對鐵路變形控制重點在于合理的圍護結構設計、緊湊的施工安排和全方位的數據監控。

6 結 語

在 3 號坑的施工過程中，完整的監測體系覆蓋了整個施工過程，信息透明地、全面性地反應了施工狀態，驗證了維護體系設計的合理與施工的優質，為其他基坑的開挖提供依據，也為后續涉鐵及高環境等級的類似施工提供經驗。