上海虹梅南路頂進工作坑施工及監測分析

李春平

（上海東華地方鐵路開發有限公司，上海 200071）

1 工程概況

虹梅南路-金海路通道（越江段）下穿鐵路上糧七庫專用線工程位于上海市閔行區虹梅南路與上糧七庫專用線平交道口處，鐵路法線與通道中線交角約為10°。需要預制凈寬分別為9.25 m、9.75 m、13.55 m，凈高均為5.9 m，長度均為 28 m的三孔分離式框架箱涵，并將其頂入至鐵路下方。整個基坑長100 m，寬40 m，深10 m～11.5 m；基坑建筑面積4000 m2。

基坑中心與既有道路中心重合，工程區域內有道路、鐵路、高校及居民樓等。基坑東側，新建污水管距離基坑邊10.3 m、華東師范大學研究生公寓距離基坑邊19.89 m、紫晶南苑中2層樓房距離基坑邊19.71 m；基坑西側，乙烯管（直徑φ250 mm，壓力16 kg，埋深2.0 m，過鐵路段采用φ1200 mm鋼套管保護，其余區段采用蓋板涵保護）中心距離基坑為6.1 m，且基坑東、西側8 m范圍排滿了臨時改遷的煤氣、自來水、電力、雨污水等地下管線。

場地地勢平坦，地面標高在+5.0 m左右，年平均地下水位為地表下0.5～0.7 m。其土層物理力學性質見表1所列。

表1 土層物理力學性質一覽表

該工程基坑施工有以下特點：軟土地基基坑土質差；周邊管線復雜，特別是離基坑外僅6.1m的乙烯管；受分體箱體斷面尺寸及下穿鐵路頂進工藝影響，施工期間支撐、格構柱體系轉換多；近鐵路側邊坡支護難。

2 基坑支護方案

根據基坑深度和周邊環境條件，該基坑安全等級和環境保護等級均為一級，要求地面沉降量不大于0.1%H，圍護結構水平位移警戒值不大于0.18%H(H為基坑深度)。兼顧圍護體的變形控制要求和鐵路邊的安全特殊性，該基坑采用鉆孔樁圍護，水泥攪拌樁作止水帷幕，坑內設上下兩道水平支撐（不含封底）。

2.1 鉆孔圍護樁

為保證施工期間周邊管線和鐵路安全，基坑西側及東側的頂進段采用φ1500 mm，L=27 m鉆孔樁圍護和φ700 mm雙頭水泥攪拌樁止水（鐵路安全保護區范圍采用φ600 mm高壓旋噴樁止水）。其余位置采用φ1200 mm，L=27 m鉆孔樁圍護和φ700 mm雙頭水泥攪拌樁止水。圍護樁布置和地基加固見圖1所示。該工程基坑開挖部分為圖中右側梯形部分。

圖1 基坑圍護和地基加固圖

2.2 地基加固

頂進工作坑底采用5 m長雙頭φ700 mm水泥攪拌樁裙邊加格構式加固。受鐵路限制區域（長度約30 m）基底采用φ600 mm高壓旋噴樁加固，樁長13 m。

2.3 支撐系統（見圖2～圖4）

基坑深度方向設置兩道支撐，第一道為鋼筋混凝土支撐（截面為80 cm×100 cm），第二道為φ609鋼管支撐（壁厚16 mm）。兩道支撐中心間距為6 m，基坑封底厚100 cm，封底混凝土達到設計強度后拆除第二道支撐。

圖2 第一道支撐平面布置圖

圖3 第二道支撐平面布置圖

圖4 標準斷面支撐布置圖

2.4 線路邊坡

該基坑作為頂進段框架的預制、頂進工作坑，靠鐵路側采用1:2.5二級放坡防護，中間設置2m寬平臺，并分段設置1.8m寬的φ600高壓旋噴樁防護，坡面采用φ600高壓旋噴樁及φ700雙頭攪拌樁格構式加固，鐵路邊坡臨空處采用φ1000 mm的鉆孔灌注樁防護。邊坡加固平面見圖2和圖3所示。

3 施工中的關鍵問題

（1）優化設計方案，合理降低兩道水平支撐的標高。

（2）基底采用攪拌樁進行裙邊加固，嚴格控制裙邊加固的施工質量。

（3）在圍護樁與基底加固樁之間縫隙內采用高壓旋噴樁加固，以填補裙邊加固與鉆孔樁的縫隙。

（4）優化設計方案，第二道鋼支撐采用隔一加一的支撐布置形式，增加鋼支撐穩定性。

（5）在基坑外布置一定的壓漿孔，當圍護樁變形較大時及時采用注漿措施，以保證周邊管線的安全。

（6）基坑第二層土體采用先中間、后兩頭的分層分塊開挖方法。實踐證明，分塊開挖能有效控制基坑的變形開展。

（7）第二道支撐拆除的過程中，采取“穩、慢、妥”的策略，嚴防出現應力過度集中。

（8）嚴格控制鉆孔樁鋼筋籠接頭焊接質量。

（9）加強格構柱斜撐設置，抵消基坑縱向水平力。

4 基坑監測

4.1 基坑監測目的

可以根據實時的變形位移數據，分析判斷施工過程中位移，采取有效措施，達到保護基坑及周圍環境的目的。根據監測數據及時調整施工工藝和施工參數，以實現信息化施工；為修正設計和施工參數、優化施工方、預估發展趨勢、確保工程質量及周邊管線、建筑物的安全運營提供實測數據，是設計和施工的重要補充手段；為理論驗證提供對比數據，為優化施工方案提供依據。

4.2 監測內容和測點分布

監測點詳見圖5所示，該工程工作坑是指圖中鐵路右側的基坑。

圖5 基坑開挖監測儀器布置示意圖

4.2.1 深層土體水平位移

共設置8根測斜埋設管，編號為CX1～CX8。

4.2.2 地下水位

共設置8根水位管，編號為SW1～SW8。

4.2.3 支撐軸力

第一道為混凝土支撐，共設置5個觀測點，編號為Z1～Z5。第二道為鋼管支撐，編號為Z3～Z5。

4.2.4 鐵路路基沉降觀測

共設置11個點，編號為TD01～TD11，其中T06位于基坑中心線位置。

4.2.5 墻體土壓力監測

共設置5個觀測點，編號為TY1～TY5。

4.2.6 墻頂變形監測

共設置8個觀測點，編號為B1～B8。

該工程在基坑監測過程中還進行了周邊巡視，主要觀測檢查基坑支護結構，周邊環境等。

4.2.7 坑底隆起觀測

共設置兩個觀測點，K1～K2。

4.3 監測頻率

開挖前確定初始值，開挖期間1次/d，基坑封底穩定后1次/3 d，超過報警值時2次/d。

4.4 監測成果及分析4.4.1深層水平位移

基坑開挖過程中，圍護墻側向變形逐漸增大，發生最大位移的位置逐步向下發展，圖6顯示在基坑開挖至基底的過程中，圍護墻的變形逐步發展至穩定，尤其是從第二道支撐開挖至基底過程中，位移相對明顯，另外基坑封底后拆除第二道支撐的過程中，圍護樁有微量的位移。此時第一道支撐面至基坑封底混凝土面的高度達到9.5 m，圍護樁在側壓力作用下最大變形為39.9 mm。

圖7后背側觀測點CX8顯示，基坑開挖至封底及第二道鋼支撐拆除過程中，圍護樁變形的發展變化，從圖7可以看出，最大位移發生在第二道支撐拆除時，達36.17 mm。

從圖6、圖7還可以看出，由于第一層土開挖深度較大，土體大部分位移由該部分土體卸載所引起，因此，在軟土地基的基坑施工過程中，兩道支撐的中心間距不宜過大。

圖6 CX06深層水平位移變形曲線圖

圖7 CX08深層水平位移變形曲線圖

4.4.2 地下水位

該項基坑進行了地下水位監測，監測顯示，在基坑開挖過程中，地下水位變化幅度較小。由于基坑止水樁質量較好，且未實施坑外降水，監測結果與施工吻合度較好。

4.4.3 支撐軸力監測（見圖8、圖9）

圖8 第一道支撐軸力-時間變化曲線圖

圖9 第二道支撐軸力-時間變化曲線圖

監測結果顯示，基坑在開挖至封底過程中第一道混凝土支撐的軸力變化幅度不大，整個過程中支撐軸力遠小于設計軸力4702 kN。可能是由于第一道支撐與圈梁、立柱相互連接組成的空間體系有效地減小了支撐的實際軸力。

第二道支撐由于施加預應力較小，在基坑向基底開挖過程中，支撐軸力迅速增大，基坑封底后趨于穩定，最大軸力約1790 kN，小于設計值2500 kN。

4.4.4 鐵路路基沉降觀測

該工程基坑靠近鐵路側采用放坡開挖，監測點位于坡頂鐵路線中心，圖10顯示，基坑開挖至封底過程中，近基坑中心位置T06點沉降最大，約21.8 mm。鐵路沿線觀測點沉降類正態分布。施工過程中，邊坡無明顯裂縫，說明設計采用的加固措施滿足基坑邊坡穩定需要。

圖10 路基沉降變形曲線圖

4.4.5 墻體土壓力監測（見圖11、圖12）

TY1和TY5主動土壓力監測點顯示，圍護樁外土壓力隨基坑深度的變化而增加，但近基底時土壓力反而有增大的趨勢。說明坑外止水圍護的質量對土壓力有較明顯的影響，基坑上部由于止水圍護施工效果好，相當于在圍護樁與土體之間形成了一層帷幕，能有效分擔土壓力，隨著深度的增加，由止水帷幕分擔的土壓力有效減小，作用在圍護樁上的主動土壓明顯增加。

4.4.6 墻頂變形監測

根據墻頂變形監測結果，基坑施工過程中，圍護樁頂的觀測點均出現不同程度的下沉，下沉量在2～7 mm之間。

圖11 TY1土壓力曲線圖

圖12 TY5土壓力變化曲線圖

4.4.7 坑底隆起觀測

由于基坑開挖過程中，觀測點發生破壞，未能提供有效的觀測數據。

5 結語

（1）為了保證基坑施工的安全，除考慮設計因素外，必須采取可靠的施工措施，合理的措施能有效地控制基坑開挖時的變形發展。

（2）基坑施工過程中，信息化監測是施工的重要輔助措施，為施工提供了可靠的依據。

[1]DG/TJ08-61-2010，基坑工程技術規范[S].

[2]顏建平.某深基坑工程圍護結構設計與實測分析[J].施工技術，2011，（344）：32-34.

[3]史佩棟,等.深基礎工程特殊技術問題[M].北京：人民交通出版社，2004.