緊鄰地鐵車站的深大基坑開挖變形控制技術

閆靜雅 謝小林

1. 上海申通地鐵集團有限公司 上海 200070；2. 同濟大學建筑設計研究院（集團）有限公司 上海 200092

1 工程概況

上海市海門路55號地塊項目為地下5層，基坑開挖總面積約30 440 m2，開挖深度達29 m，上海同類開發(fā)項目中基坑達到如此深度的并不多見。項目鄰近軌交12號線運營車站及區(qū)間隧道，12號線于2013年底正式通車運營，其提籃橋站位于基地北側。車站頂板埋深約2.7 m，底板埋深約15.6 m，采用厚800/1 000 mm、深34/38 m地下連續(xù)墻作為圍護結構；地下2層三跨現澆鋼筋混凝土結構，底板下設有抗拔樁（一柱一樁），樁徑800 mm，有效樁長35 m，樁端進入⑧1層。車站南側的附屬結構結合軌交公司代建的3層地下室一體設計、建設。代建的3層地下室底板埋深約16.4 m，采用φ850 mm鉆孔灌注樁，樁端持力層為第⑨層。代建結構南側圍護結構采用厚1 000 mm、深50 m地下連續(xù)墻（下部10 m為素混凝土），設計上為項目與代建地下室共墻開挖地下5層的設計進行了預留（圖1）。

圖1 基坑平面示意

2 圍護設計

2.1 工程地質條件

場地內存在第⑤3t層微承壓水層及第⑦層承壓水層。按最不利條件驗算，第⑤3t層土的層頂最淺埋深為32.50 m，承壓水頭埋深為地下4.78 m，當基坑開挖至16.30 m時，坑內地基土抗微承壓水穩(wěn)定性達到臨界狀態(tài)。第⑦層土的層頂最淺埋深為42.50 m，承壓水頭埋深為地下6.71 m，當基坑開挖至21.60 m時，坑內地基土抗承壓水穩(wěn)定性達到臨界狀態(tài)，故本工程各分區(qū)基坑開挖均有承壓水突涌的可能性，需要按需分級降第⑤3t層及第⑦層承壓水以確保基坑開挖安全。

2.2 基坑分區(qū)

將基坑分為6個區(qū)獨立交叉、先后施工，與地鐵的關系為遠大近小、遠深近淺，施工工序的原則為先遠后近、先大后小，從而控制基坑開挖對周邊環(huán)境的影響。先同時開挖施工遠離地鐵側的2個大坑A-1區(qū)和A-2區(qū)，待底板完成澆筑并達到強度后，回筑并同步開始挖大坑B區(qū)，待B區(qū)底板完成澆筑后，開始挖C區(qū)，待B區(qū)底板達到強度且C區(qū)底板完成澆筑后，B區(qū)與C區(qū)方可同步拆撐回筑，待A-1區(qū)及A-2區(qū)出±0.00 m后，開始開挖D-1區(qū)及D-2區(qū)。

2.3 基坑圍護

大坑圍護采用厚1 200 mm、深55 m地下連續(xù)墻（局部58 m），中隔墻采用厚1 200 mm、深52 m地下連續(xù)墻。C、D-1、D-2小坑地鐵側外墻采用厚1 000 mm、深50 m地下連續(xù)墻（與地鐵附屬代建區(qū)共墻），小坑東西側地下連續(xù)墻厚1 200 mm、深50 m，中隔墻采用厚1 000 mm、深45 m地下連續(xù)墻。外側地下連續(xù)墻加設深41 m槽壁加固。圍護外側地下連續(xù)墻墻趾均進入⑧1層，隔斷坑內外承壓水水力聯系。

小坑采用φ850 mm三軸攪拌樁滿堂加固，大坑坑內采用寬8 mφ850 mm三軸攪拌樁裙邊加固（圖2）。

圖2 基坑圍護及加固示意

地鐵側小坑設6道支撐，其中第2、第3、第4、第6道為鋼支撐，首道和第5道為混凝土支撐。大坑設6道混凝土支撐。其中鋼支撐均采用自動軸力補償系統（圖3）。

圖3 基坑支撐剖面示意

3 施工組織

按照先遠后近原則分區(qū)開挖支撐施工，各區(qū)按照“分區(qū)、分塊、對稱、平衡、限時”的原則指導開挖，并采用明挖順作法施工。

基坑沿地鐵側留土寬度不少于4倍的單層挖深，且最后挖除，根據圍護變形情況，實施嚴格的開挖支撐，將單塊土體開挖混凝土支撐的總施工時間控制在24 h內，C、D-1、D-2區(qū)單根鋼支撐的開挖支撐時間嚴格控制在16 h以內，以控制圍護結構的位移和坑底回彈。施工單位加強設備投入和現場施工組織，嚴格按計劃挖土。開挖后及時澆筑墊層，快速形成底板。

A1、A2區(qū)同步對稱下挖，每層土方量為30 000～50 000 m3不等，支撐混凝土體積2 700～3 000 m3不等，通過嚴格的施工籌劃和加強人力設備投入，做到了每層土方開挖到支撐完成17 d左右。2個近10 000 m2的基坑，6道支撐，從第2層土開挖到底板澆筑完成僅用時約140 d。

地鐵側小基坑平均每層土方量為3 000～5 000 m3，從第2層土方開挖到底板澆筑完成用時約45 d。

在施工組織中特別注意了以下幾方面：

1）基坑開挖前進行降水試驗，確認圍護結構的封閉性和隔斷承壓水的有效性，這對深基坑開挖的安全是極其重要的。

2）合理安排分區(qū)、分塊、對稱、平衡、限時的開挖計劃，做到隨挖隨撐，支撐的及時跟進是保證控制基坑變形的基礎。為嚴格控制坑底隆起，減少對地鐵的影響，邊挖邊形成墊層，快速形成底板，在挖土完成7～10 d完成全部底板。

3）機械設備、人力物力、周邊穩(wěn)定等均是快速施工的保障，基坑處于上海的鬧市區(qū)，保證出土的土方量和連續(xù)施工是重要的措施。

4）做好各類針對性的應急預案，不因突發(fā)狀況影響基坑的開挖施工。

4 監(jiān)測分析

4.1 基坑變形

基坑施工過程中，對基坑圍護測斜、立柱樁隆起、支撐軸力、周邊管線及建筑等均進行了監(jiān)測，監(jiān)測頻率根據開挖工況調整（圖4）。

圖4 A基坑地下連續(xù)墻測斜點平面示意

對不同部位地下連續(xù)墻的典型測斜情況進行分析，鄰地鐵側大區(qū)側墻測斜（CX36）最大點發(fā)生在地面以下29 m，測斜值約63 mm，中隔墻（CX66）及另一側地下連續(xù)墻（CX12）測斜最大點發(fā)生在地面以下30.5 m及27.5 m，測斜值約87 mm及81 mm，滿足基坑二級環(huán)境保護要求。雖然大基坑鄰地鐵側地下連續(xù)墻變形略超過0.18%的一級保護要求，但在上海典型軟土地區(qū)開挖如此深大的基坑，其變形控制也算是成功的，且對于地鐵來說，這一變形是發(fā)生在大、小坑的分坑中隔墻處，車站自身結構的變形量控制在4 mm以內，說明分區(qū)施工對控制相鄰地鐵附加變形是非常有效的。

近地鐵側小區(qū)開挖施工過程中，亦設置了對應的測斜點（圖5）。對與地鐵附屬代建區(qū)共用的地下連續(xù)墻補設了地下連續(xù)墻測斜孔（CX104），基坑開挖過程，共用地下連續(xù)墻測斜僅變化0.8 mm（該孔位從大基坑開挖至小坑開挖完成的累積變化量僅9 mm）。與大坑中隔墻（CX42）地下連續(xù)墻測斜變化約3 mm，小坑之間中隔墻（CX77）地下連續(xù)墻測斜變化約18.7 mm。可見劃分小坑是非常必要的，通過自動軸力鋼支撐系統的應用，可以有效控制小坑開挖過程中的地下連續(xù)墻變形，從而保護地鐵設施。

圖5 小基坑測斜點平面示意

4.2 地鐵變形

基坑施工的全過程對鄰近的地鐵結構采用人工測量結合自動化設備進行了全面、全過程監(jiān)測（圖6）。

圖6 地鐵變形監(jiān)測點布置

大坑A區(qū)開挖施工期間，基坑對應地鐵車站近側道床中間點（SX38）呈現隆起變形，A區(qū)底板完成時變形累積量約4 mm。端頭井隧道段（XX22）呈現下沉變形，A區(qū)底板完成時變形累積量約－4 mm。地鐵變形未出現報警。

小坑C區(qū)開挖施工期間，基坑對應地鐵車站近側道床中間點（SX38）比較平穩(wěn)，變化量不大，這與小坑開挖期間基坑圍護變形控制較好直接相關。端頭井隧道段（XX22）呈現微隆起狀態(tài)，變化量約2 mm。

項目施工全過程，地鐵車站結構及隧道變形呈現明顯的不同趨勢，地鐵車站呈現向上隆起變形，區(qū)間隧道呈現向下沉降變形（圖7）。正對基坑區(qū)域車站總體隆起，SX38點最大隆起量11.8 mm，而出站后的隧道部位呈現下沉趨勢，SX21點最大沉降量18 mm（圖8）。地鐵結構變形處于可控范圍內。

圖7 近基坑側地鐵結構沉降累計曲線

圖8 近基坑側地鐵結構典型點沉降歷時曲線

5 結語

海門路55號地塊項目是近年來上海地鐵車站緊鄰的大面積超深基坑，通過合理的圍護設計，嚴謹的施工組織，成功實施了基坑的開挖施工，對地鐵車站保護是有效的。但由于隧道與車站結合部位結構剛度變化大，節(jié)點抗變形能力薄弱，該部位最終還是有一定的差異變形，故通過后期的注漿治理保證了地鐵的運營安全。

緊鄰地鐵車站結構的深大基坑會造成車站結構隆起變形，而鄰近的隧道下沉變形，需要特別關注站隧結合部位的不均勻沉降，注意結構病害的檢查，新增滲漏水、裂縫等必須及時治理。

鄰近地鐵的深大基坑應根據工程難點、工程與地鐵相對關系、地質條件等諸多因素，在設計階段充分考慮地鐵保護措施，合理分區(qū)，選擇可靠的基坑圍護形式、加固方案、支撐布局等。在施工階段，貫徹設計意圖，加強施工組織管理，對每一層土體每一個分塊進行編號，按順序限時施工，密切結合各方監(jiān)測數據，實時反饋指導施工[1]。

在本案例中，地鐵建設時提前綜合考慮了后期開發(fā)，結合附屬設施的建設，提前完成了整條寬25 m的地下結構，作為今后大基坑施工時的隔離帶。正是這種超前的建設預留減小了后期開發(fā)建設的難度和風險[2-5]，有效地保護了已建成的地鐵車站，該建設模式可以為今后同類工程提供借鑒和參考。