某鄰近運營地鐵隧道深基坑工程變形分析

王云鋒

（上海市浦東新區建設工程安全質量監督站，上海市200135）

0 引言

城市軌道交通有效緩解了城市交通壓力，并引導、帶動沿線地區快速發展。有限的土地資源迫使越來越多的深基坑進入地鐵保護范圍線內。深基坑開挖因土壓力釋放導致周邊環境變形，威脅鄰近地鐵的正常運營。為確保地鐵的安全運營，鄰近的基坑工程應按照變形控制的原則進行設計與施工。

基坑支護結構設計和變形預估通常與實際情況有較大的差異，主要來源于以下幾個方面：（1）基坑支護設計和變形預估通常基于地層條件和支護條件的一系列假定，和實際狀況會有出入；（2）支護體系承受的土壓力等荷載有較大的不確定性；（3）施工過程中存在時空效應，與氣象條件、地面堆載、施工工序等偶然因素密切相關。

通過對施工過程中現場監測數據的分析，掌握實際的變形情況，可彌補巖土類半理論半經驗工程計算與實際情況的差異，防止破壞或極限狀態的發生[1]。根據深基坑實時監測數據及時調整施工方案，能有效控制開挖引起的變形。

對于每一個實際工程而言，工程目標、地質條件、施工方案千差萬別，但是監測數據的變化仍然存在著一些規律。本文對某鄰近地鐵隧道深基坑圍護結構變形進行了分析，以期得到有益的結論。

1 工程概況

某深大基坑南側為已運營地鐵隧道段，基坑沿地鐵隧道方向的寬度約105 m，垂直隧道方向的長度約418 m。為減小基坑施工對鄰近地鐵隧道的影響，按照“大坑劃小坑”的原則，將基坑分為A1、A2、B、C1、C2共 5 個區。C1、C2區為地下一層，開挖深度6.2 m，圍護結構距隧道最近處約8.5 m；A1、A2、B區為地下三層，開挖深度14.8 m。圍護結構距隧道最近處約50.1 m。基坑平面見圖1。

圖1 基坑平面圖（單位:m）

2 工程地質

基坑開挖深度范圍內共涉及5層土層，土層的主要物理力學性質指標見表1。

基坑開挖中涉及的地下水包含潛水和微承壓水，其中潛水水位埋深0.50 m，微承壓水水位埋深3 m。

3 圍護結構設計

C1、C2區開挖深度6.2 m，圍護采用Φ750鉆孔灌注樁，插入比1.1，外設Φ850三軸攪拌樁止水帷幕，坑內沿豎向設1道鋼筋混凝土支撐。A1、A2、B區開挖深度14.8 m，圍護采用厚800 mm地下連續墻，坑內沿豎向設置3道鋼筋混凝土支撐。C1、C2區之間設置Φ750鉆孔灌注樁隔墻，A1、A2、B區之間設置1 100鉆孔灌注樁隔墻。B區、C區基坑圍護結構見圖2。

表1 土層物理力學性質指標

4 地鐵保護措施

4.1 地基加固

為減小B區近地鐵側地下墻施工對周邊環境的影響，采用850@600三軸攪拌樁槽壁加固。為減小圍護結構變形對地鐵隧道的影響，B區近隧道側被動區采用裙邊加固，加固深度自第3道支撐底至坑底以下4 m，共計7.1 m，加固寬度8.3 m。C區被動區采用裙邊加固，加固深度為坑底以下4 m，加固寬度8.05 m。

4.2 基坑降水

C區基坑開挖時需疏干地下潛水，坑外設置850@600三軸攪拌樁止水帷幕。A1、A2、B區基坑開挖深度超過12.17 m時，需降低⑤2層中微承壓水。為減小降水對周邊環境的影響，B區地下墻在插入比1.02基礎上加長4.1 m，插入⑤3-1粉質黏土層，隔斷⑤2層。基坑開挖至臨界深度時按需降水。

圖2 圍護結構剖面圖

4.3 分區開挖

基坑分為 A1、A2、B、C1、C2共 5個區。地下一層距地鐵隧道近，地下三層遠（B區距隧道最小水平距離大于3H，H為地下三層開挖深度）。首先開挖A1、B區，待B2層頂板完成后，開挖A2、C1區，C1區頂板完成后開挖C2區。

A1、A2、B區分4層開挖，B區第4層土采取盆式開挖，周邊留土限制圍護結構變形。C1、C2區分2層開挖，第2層土開挖順序見圖3。

圖3 C區第2層土分塊示意圖

B區澆筑地下一層結構，拆除第1道鋼筋混凝土支撐前，采用斜拋撐進行換撐，避免拆撐引起C區圍護結構變形。

5 基坑監測

5.1 圍護結構水平位移監測

B區和C區的圍護結構水平位移監測點布置見圖4。

圖4 B區和C區基坑監測點平面布置圖

5.2 監測成果分析

5.2.1 圍護結構水平位移

B區和C區的地下結構完成后，圍護結構水平位移隨深度的變化如圖5所示。由圖5可見，該水平位移呈現上海軟土地區典型的兩頭小、中間大、凸肚型變形特征。

B區、C區地下墻最大水平位移δhm與開挖深度H的關系如圖6所示（為最終變形，未包含中間工況）。

B區南側鄰近地鐵隧道，因被動區采用地基加固，圍護結構水平位移最小（0.19%H～0.33%H）；東側雖然基坑寬度小，時空效應相對好，但被動區未采用地基加固，圍護結構水平位移較大（0.47%H～0.50%H）；西側圍護結構水平位移最大（0.56%H～0.84%H）。

C1區先開挖，第二層開挖深度4.1 m，抽條開挖寬度大，挖至坑底后未能及時澆筑墊層及底板，坑底無支撐暴露時間長，圍護結構水平位移較大（0.39%H～0.50%H）。C2區后開挖，減小了抽條寬度，充分利用了時空效應，有效控制了圍護結構水平位移（0.08%H～0.35%H）。

圖6 地下墻最大水平位移與開挖深度的關系

本工程B區鄰近地鐵隧道側地下墻的水平位移小于文獻[2]統計的上海地區93個基坑地下墻最大水平位移的平均值，也小于文獻[3]中統計的多數地鐵車站基坑地下墻最大水平位移。改進開挖抽條寬度后，C2區鉆孔樁水平位移小于文獻[4]統計的上海地區80個基坑鉆孔樁最大水平位移的平均值。因而被動區加固及充分利用時空效應的開挖施工方法可有效控制基坑圍護結構變形。

本工程鄰近地鐵隧道頂覆土約16 m，C區鉆孔樁樁底位于④層淤泥質黏土中，高出隧道頂2 m，隧道大半部分位于④層中，小半部分位于⑤1層中。圖5中CX36、CX39測點圍護樁底水平位移分別為26 mm、18 mm，貼腳變形較大，不利于控制地鐵隧道的變形，宜加長樁長嵌固于⑤1層中。

5.2.2 圍護結構最大水平位移位置

B區和C區圍護結構最大水平位移深度Hm與開挖深度H的關系見圖7。C區圍護結構最大水平位移位于坑底以上0.8～3.3 m，B區圍護結構最大水平位移位于坑底以下4.7 m至坑底以上1.3 m。分析原因可能是C區坑底位于③2黏質粉土中，上部為③1淤泥質粉質黏土層，B區坑底位于④淤泥質黏土中，B區卸載大，坑底以下回彈影響深度大，且坑底土層的流變效應更加顯著，因而其最大水平位移基本位于坑底以下。本工程B區開挖深度14.8 m，地鐵隧道頂覆土約16 m，B區圍護結構最大水平位移的位置對地鐵隧道的變形不利。

圖7 圍護結構最大水平位移深度與開挖深度的關系

文獻[2]、文獻[3]統計的上海地區93個采用地下墻的基坑和80個采用鉆孔樁的基坑，其圍護結構最大水平位移均位于坑底以下5 m至坑底以上5 m范圍內。本工程B區基坑采用地下墻，坑底位于④層淤泥質黏土中，坑底卸載大，回彈影響深度大，流變效應顯著，最大水平位移的位置基本位于上述統計資料的坑底以下范圍內；C區坑底卸載小，回彈影響深度小，流變效應小，最大水平位移位置位于上述統計資料的坑底以上范圍內。

6 結論

（1）B區近隧道側、C2區基坑采用了被動區土體加固、充分利用時空效應的開挖方法，圍護結構變形小于大量實測數據的平均值，是有效控制基坑圍護結構變形的措施。

（2）C區圍護樁底位于④層土中，貼腳變形較大，不利于控制地鐵隧道的變形，宜加長進入⑤1層中。

（3）坑底卸載大，且位于軟土層中時（上海地區通常指③1層、④層），坑底土體回彈影響深度大，流變效應顯著，圍護結構最大水平位移的位置通常位于坑底以下。

[1]宋建學,鄭儀,王原嵩.基坑變形監測及預警技術[J].巖土工程學報,2006（S1）:1889-1891.

[2]徐中華，王建華，王衛東.上海地區深基坑工程中地下連續墻的變形性狀[J].土木工程學報,2008,41（8）:81-86.

[3]徐中華，王建華，王衛東.軟土地區采用灌注樁圍護的深基坑變形性狀研究[J].巖土力學,2009,30（5）:1362-1366.

[4]楊國偉，劉建航，劉濤，等.上海地鐵車站基坑工程設計若干問題探討[J].城市軌道交通研究,2006,9（12）:39-42.