運營地鐵上方基坑的分塊施工與監測*

董 龍 席永慧 朱毅敏

1. 同濟大學建筑工程系 上海 200092；2. 上海建工一建集團有限公司 上海 200120

1 工程概述

本工程位于上海市靜安區南京西路地鐵站附近，為南京西路南、石門一路東的一異形地塊。工程將建3 層的休閑廣場（局部1 層），地塊分A、B兩個基坑區域，總地塊面積約4 300 m2，其中深基礎范圍（A區）基坑開挖深3.95～4.55 m，面積3 810 m2；淺基礎范圍（B區）基礎面積約350 m2，開挖深度1.55 m。本文主要研究A區基坑開挖對其正下方地鐵隧道的影響。

1.1 周圍環境概況

本工程地塊正下方有運營地鐵穿過，地鐵隧道Φ6.2 m，頂端埋深9.0 m。A區基坑底板距隧道頂部僅4.5 m左右，隧道位于基坑下長約100 m。基坑位于市區繁華路段，周圍建筑物及管線密集、復雜，周邊房屋與A區基坑的最近距離僅25 m。

從周邊環境特點可見，本工程基坑開挖施工應嚴格控制基坑開挖引起的土層位移，尤其是嚴格控制基坑開挖卸載和地鐵上蓋施工加載對下臥運營中地鐵隧道的影響，以確保地鐵運營安全及周邊環境的安全。

1.2 工程地質概況

工程所處地貌形態為濱海平原地貌，地勢較為平坦，地面絕對標高在2.41～3.19 m。場地內原建筑物主要為居民住宅，目前原有建筑已經拆除。基坑設計時，取自然地面絕對標高為2.80 m。

場地內老建筑物基礎、地下障礙物較多，對圍護結構、工程樁、地基加固的施工有一定的影響。

2 基坑加固及圍護情況

根據相關規范，本基坑的安全等級為三級，環境保護等級為一級，因此需對基坑的加固及圍護進行設計。基坑開挖前，采用Φ850 mm三軸攪拌樁對基坑進行加固，加固深度為地面以下7.5 m，另隧道兩側工程樁范圍內加固深度為地面以下17.8 m。A區基坑圍護結構采用Φ850 mm SMW工法樁，內插700 mm×300 mm×13 mm×21 mm的H型鋼（隔一插一）。為控制基坑開挖卸載后坑內外土體位移變形，SMW工法樁樁長取為12.0 m，樁端置于第④1層淤泥質黏土層中，在隧道上方范圍內的SMW工法樁樁長為8.0 m（SMW攪拌樁距離隧道頂面僅1 m）。Φ850 mm三軸攪拌樁坑內加固與SMW工法樁的空隙采用三重管高壓旋噴樁填充。

基坑加固、圍護、與隧道關系見圖1。基坑內部支撐形式按區域分別采用鋼管斜拋撐、鋼管對撐、槽鋼角撐，具體支撐分布見圖2。

3 基坑施工要點[1-3]

3.1 基坑施工難點及措施

（a）基坑施工場地狹小，施工困難：施工階段僅布置施工機械及臨堆場，不設置臨時辦公設施或加工場地等。施工過程中需配備履帶吊安裝鋼支撐，采用汽車吊下放鋼筋及其他設備、材料，必要時應根據工況需要按需進出場，東側增加大門和占用部分吳江路。

圖1 基坑、加固及與隧道關系剖面

圖2 基坑支撐平面

（b）底板施工分塊導致鋼筋連接節點多，無法完全滿足規范及結構設計要求：結構設計取消所有鋼筋接頭必須錯開50％搭接的設計要求，采用綁扎，搭接長度1 m。同時建議簡化配筋，歸并鋼筋規格。

（c）底板下防水施工無法滿足7 h要求：取消底板下防水，采用每分塊放置膨脹止水條。待所有分塊底板完成后根據滲漏點堵漏完成后，在底板上方施工厚2 mm橡化瀝青，最后施工100 mm混凝土整澆層。

（d）各分塊施工時間安排不確定：鑒于地塊位于地鐵隧道正上方施工，需滿足地鐵監護，7 h內完成每分塊土方開挖至底板混凝土澆筑完成，且有嚴格的時間限制，導致整個地塊底板施工總時間存在不確定性。建議在前期要等施工隧道數據穩定的前提下，逐步放開施工時間，確保每天晚上施工。

3.2 基坑開挖施工總體流程

限于場地原因，為方便施工，加快施工進度，確保施工對下臥地鐵造成的影響較小，最終整個A區基坑開挖施工大體分為3 部分進行（A-1→A-2→A-3區共計59 塊，見圖3）：A-1區分1#～21#分塊開挖；A-2區分22#～40#分塊開挖；A-3區分41#～59#塊開挖。基坑開挖遵循“分層、分塊、限時開挖”的總原則（每天施工時間為22：00～5：00），利用時空效應原理，盡量縮短卸載及加載的時間，嚴格控制基坑隆起。

圖3 基坑開挖分塊

具體施工要點如下：

（a）A-1區施工時先開挖施工隧道正上方的分塊區域，再施工Φ609 mm鋼斜拋撐，最后開挖施工隧道兩側的分塊區域。分塊的原則既要考慮土方量與隧道位置關系的影響，也要顧及每塊澆筑的底板下都有工程樁下臥，最大限度地減小下臥地鐵隧道的變形。

（b）開挖A-2區域時，Φ609 mm鋼支撐應于相應分塊正式開挖前施工，例如施工22#、23#、24#分塊前應先施工4 道角撐；施工24#～40#分塊前應先施工相應位置的鋼對撐。

（c）開挖A-3區域時，限于基坑場地原因及施工方案，分塊開挖的順序是59#～41#分塊（逆序開挖）。

（d）根據現有分塊，每分塊將有3～5 根樁頭，及時跟進人工鑿除。底板鋼筋將采用現場綁扎，每分塊下翻梁需預留兩側鋼筋，長度不小于1 m。由于開挖土體全加固，28 d無側限抗壓強度≥1.5 MPa，建議白天對當晚需施工分塊進行土體預先打孔破碎。控制開挖至底板混凝土澆筑完成在7 h內。

3.3 基坑施工變形控制措施

（a）將基坑分為A區和B區兩個區域先后施工，減少一次性卸載對下臥運營地鐵隧道所產生的不利影響。

（b）A區及B區基坑遵循“分塊、限時開挖、及時澆筑底板并壓載”的總原則，快速卸載再壓載以控制地鐵隧道的隆起變形。利用時空效應原理，施工時盡量縮短卸載及加載時間，嚴格控制基坑隆起，防止基坑下方地鐵隧道變形開裂。

（c）A區基坑坑內地基加固與工程樁相結合，形成“門”式加固體，能夠較好地控制基坑卸載回彈變形，減少下臥運營地鐵隧道的變形。

（d）本工程施工全過程實施信息化監測監控，通過對監測數據進行分析，及時調整施工參數，以控制基坑變形和穩定。

4 地鐵隧道變形監測與分析[4-6]

4.1 基坑變形監測方案

本基坑在施工過程中對下臥地鐵運營隧道、基坑周邊地層變形、附近建（構）筑物、地下管線等保護對象的變形及受力情況進行了實時監測，規定了變形及變形速率，設置報警值，并將監測數據及時與計算預測值相比較，判斷施工工藝和施工參數是否符合預期要求，以確定和優化下一步的施工參數，實現信息化施工。

對于各監測項目的日變化量速率，當其連續2 d達到日報警值的情況下應報警。

4.2 基坑下臥隧道變形實測數據分析

依據現場開挖時的監測數據，繪制了分塊開挖時地鐵隧道的自動沉降變化曲線，依此得出如下結論：

（a）基坑開挖施工期間，隧道以隆起為主，局部有沉降，符合相關理論研究的結果。

（b）地鐵上、下行線隧道隆起量最大值分別為4.12 mm、7.15 mm，均未超過相關監測要求的10 mm限值，說明基坑開挖的分塊及施工順序是合理的。

（c）地鐵下行線隆起量在整個開挖區域基本都大于地鐵上行線隆起量，這與實際的基坑、隧道關系相符，即下行線穿過基坑A-1和A-2區域，而上行線穿過基坑A-3區域，且先開挖的A-1區域，故下行線的隆起量偏大。

（d）下行線各曲線之間的變化幅度較上行線各曲線之間的變化幅度偏大，這是因為下行線所位于的基坑開挖區域暴露時間長，且上行線東段部分相較于下行線不位于基坑正下方，故受基坑開挖影響小，隧道隆起量變化小。

5 結語

本文就實際工程的基坑開挖對隧道的變形進行了闡述、分析，在施工組織中針對下臥地鐵隧道的安全性措施進行了全面分析，如基坑加固、圍護支撐、土方分塊開挖方案。通過對地鐵隧道沉降變形曲線的分析，說明了施工方制定的施工組織計劃是合理的，達到了預期的要求，將下臥地鐵隧道的變形控制在允許的范圍內，切實地保證了地鐵運營期間的安全，其周圍地面沉降、建筑物安全性也得到了很好的控制，確保了整個基坑的順利開挖。