地鐵沿線深基坑施工技術

李彬彬 吳勝輝

中國建筑第二工程局有限公司上海分公司 上海 200135

1 工程背景

1.1 工程概況

杭州港龍城項目為商業綜合體項目，設3層地下室，基坑平面尺寸約為265 m×130 m，開挖深度16.3 m。

基坑北側為運營中的杭州地鐵1號線，其中近220 m范圍為1號線右線盾構區間。圍護外邊界與盾構隧道結構外邊界凈距為14.4～17.4 m。盾構隧道頂部埋深為10.1～15.3 m（圖1）。

圖1 基坑總平面

1.2 工程地質條件

基坑場地為杭州典型的粉砂土地基。淺部約厚15 m為沖海相砂質粉土夾粉砂，土層滲透系數大，在基坑的降水、流砂、防滲漏等方面存在影響，也易導致在成樁過程中出現坍孔；中部約厚25 m為中高壓縮性流塑狀淤泥質粉質黏土層，是坑底的主要下臥層，對基坑坑底抗側移及坑底防隆起變形不利；場地承壓水分布在⑨2圓礫層中，水頭埋深為地表下9.6 m，由于該層埋深大，且上部有較厚的黏土隔水層，故對基坑工程施工影響較小。

2 地鐵保護相關概念

《杭州市城市軌道交通運營管理辦法》規定：

1）地下車站與隧道結構外邊線外側50 m范圍內為地鐵控制保護區；地下工程（車站、隧道等）結構外邊線外側5 m內為特別控制保護區。

2）作業單位在城市軌道交通控制保護區內進行樁基礎施工、降低地下水位、基坑開挖等可能影響城市軌道交通運營及設施安全的作業時，應當制訂城市軌道交通保護專項施工方案，在征得運營單位同意并依法辦理有關行政許可手續后方可按方案施工。

3 基坑施工對既有地鐵隧道變形的影響分析

3.1 圍護結構施工

1）在止水帷幕、土體加固施工過程中，水泥漿注入周圍土體，產生擠土效應，會導致周邊管線、建筑物的沉降或隆起及側向位移[1]。圍護結構有缺陷時，易產生管涌和流砂，而地鐵基礎對管涌和滲流異常敏感。

2）地下連續墻施工與成槽機開挖槽段的過程，本質上為挖土卸荷的過程，會引起地鐵盾構線變形。而限于施工技術及成本，地下連續墻兩側不可能進行全槽段的加固。地下連續墻深層成槽側壁土坍塌、頸縮等引起的深層土體位移會引起盾構線變形。

3）水泥攪拌樁施工、地下連續墻成槽、地下連續墻鋼筋籠吊裝使用的三軸攪拌樁機、成槽機、履帶吊等均為大型機械設備，荷載大，在地鐵線邊行走施工時，本質上是對地鐵盾構線實施了豎向或側向的加載，從而引起盾構線變形[2]。

3.2 基坑降水

在深基坑開挖的過程中，基坑降水必不可少。但長時間、大范圍的基坑降水會導致基坑周圍建（構）筑物與地面產生不均勻沉降。坑內外抽降地下水，改變了原有地基應力狀態，會對周邊建筑物特別是鄰近地鐵隧道產生附加變形，對既有地鐵運營安全產生一定的影響。

3.3 基坑開挖

基坑開挖過程實際上為基坑卸荷的過程，卸荷引起坑底土體產生向上的隆起，以及基坑圍護結構側向變形和坑周地層的移動，從而導致地面沉降及坑外地鐵隧道的變形（圖2）。

圖2 基坑開挖卸荷后的變形示意

4 控制地鐵隧道變形的施工技術措施

4.1 合理安排圍護結構施工順序

為控制地鐵隧道變形，宜先對地下連續墻槽壁進行加固，即先施工地下連續墻兩側的三軸攪拌樁。先施工靠近地鐵側的三軸攪拌樁，再進行相對遠離地鐵側攪拌樁的施工，以避免對地鐵的二次擾動。待靠近地鐵側三軸攪拌樁強度達到設計要求后，再進行地下連續墻的施工。地下連續墻完成后進行坑內工程樁、加固攪拌樁的施工。

4.2 圍護結構施工前進行試成樁檢驗

在遠離盾構線的西北側地鐵車站區域范圍內進行三軸攪拌樁試成樁、地下連續墻試成樁施工。

通過試成樁，熟悉工程地質特性，檢驗設備、成樁工藝的可行性以及成樁質量，確定三軸攪拌樁的水泥摻量、水泥漿液水灰比、鉆機下沉與提升速度，以及地下連續墻施工泥漿配合比、性能指標等施工參數，并在槽壁加固及成槽作業過程中對附近深層土體的水平位移進行監測，以檢驗成樁對周圍土體的擾動影響。

4.3 優化施工工藝

采用三軸水泥攪拌樁對地下連續墻兩側的淺層土體進行加固，使水泥土攪拌樁完全隔絕粉砂層。三軸攪拌樁采用跳槽式雙孔全套復攪式施工，以減小坑外土體變形。在水泥攪拌樁28 d齡期抗壓強度達到設計要求1.0 MPa后進行地下連續墻成槽施工，以預防成槽過程中槽壁坍塌。

地下連續墻采用先行幅和閉合幅施工設計跳幅作業，既能避免水下混凝土澆筑時在墻段端部形成側壓，保證鎖口管的順利抽拔，又能減少對地鐵的影響。同時先施工靠近地鐵側地下連續墻，后施工離地鐵較遠的地下連續墻，可減少對地鐵的二次擾動。

4.4 控制坑邊荷載

臨時道路、鋼筋堆場及鋼筋籠加工場均布置在遠離盾構線的坑內，減少地下連續墻施工對盾構線的影響。同時控制已開挖槽段附近的地面荷載，盡可能避免成槽機、起重機、混凝土攪拌車等重型機械和車輛在槽段附近通行，以減小槽邊荷載，避免槽壁受到靜、動荷載作用的影響，造成槽壁坍塌[3]。

4.5 分區開挖

采取分區開挖的施工措施，將基坑工程劃大為小，即將場地劃分為兩大區塊：Ⅰ區塊和Ⅱ區塊。其中Ⅱ區塊又分為Ⅱ-1、Ⅱ-2共2個子區塊，確保北側沿盾構隧道邊的基坑長邊不超過100 m（圖3）。靠盾構隧道一側基坑尺寸縮小后，可大大提高土方開挖、支撐以及主體結構的施工速度，基坑的空間效應和實效性大大提高，有利于基坑圍護結構的變形控制。

圖3 基坑分區示意

4.6 按需降水

在地下連續墻外側布置應急深井井點進行控制性降水，降水深度不低于地表下4 m。在遠離地鐵隧道45 m范圍外的坑外側布置減壓深井井點，降水深度為地表下10 m。

坑外降水井隨基坑開挖深度，分區段實施抽降水：東北角Ⅰ區塊基坑范圍內坑外降水井在Ⅰ區塊基坑2層土開挖完成后實施抽降水；Ⅱ-1、Ⅱ-2這2個區塊范圍的坑外降水井均在各自區塊3層土開挖完成后實施抽降水。

4.7 合理安排出土順序及水平支撐施工順序

本工程出土口設置在基坑南側，機械及土方車均由南側通行。

4.7.1 Ⅰ區塊基坑

Ⅰ區塊基坑為超大深基坑，豎向設置3道混凝土水平支撐。Ⅰ區塊基坑土方待Ⅱ區第1道鋼筋混凝土支撐施工后開始，并劃分為東、西2個大區塊同步進行挖土及支撐施工（圖4）。

圖4 Ⅰ區基坑土方及支撐分區示意

西區塊施工順序：西4區→西1區→西3區→西2區。即先行開挖角撐區域土方，施工角撐形成獨立的支撐；然后開挖西3、西2區，西2區支撐澆筑完成后即形成完整的對撐體系承力。

東區塊施工順序：東4區→東1區→東3區→東2區?？拷罔F側的東2區為最后開挖，同時將東區東北角再行分隔成3個能形成獨立支撐的小區段，限時開挖施工。

另外，設置出土斜棧橋，由土方車直接入坑取土，大大地提高了出土效率，縮短出土及基坑工程的整體施工時間，減小了基坑的累積變形。

4.7.2 Ⅱ區塊基坑

Ⅱ區塊基坑豎向設置3道混凝土水平支撐。該基坑北側緊鄰隧道，為了保護地鐵盾構線，北側坑邊嚴禁行走重車。選擇在坑內由東向西退挖出土施工。先開挖Ⅱ-1區塊，待該區塊地下結構施工至地下1層樓板后，再開挖Ⅱ-2區塊。

5 盾構變形自動化監測

為了及時獲得地鐵隧道變形監測數據，科學指導施工，在基坑沿線盾構隧道內選取44環管片設置自動監測點，進行道床水平位移、沉降與隧道收斂的自動化監測（圖5）。

圖5 隧道監測點示意

6 結語

地鐵沿線深基坑施工時，地鐵盾構線的結構變形是不可避免的，但通過對施工過程中可能引起盾構線變形的施工影響因素進行分析，并提出針對性的施工控制措施，指導并合理組織施工，將變形控制在可控范圍內是可行的。

通過本工程的順利實施，得出以下一些結論[4-5]：

1）對于緊鄰地鐵隧道的深大基坑，可采用中間分隔墻（排樁分隔），將基坑化大為小，采取分區開挖措施，先開挖離地鐵遠的大基坑，再開挖緊鄰地鐵隧道的小基坑；并結合土體加固、分塊限時開挖支撐等施工措施，可以較好地減少深大基坑開挖對緊鄰地鐵隧道的影響，達到基坑變形控制和地鐵隧道保護的目的。

2）地鐵沿線深基坑工程施工時，圍護樁基、降水、土方開挖、地下結構及換撐、施工荷載超載均會引起地下地鐵盾構線的變形，應采取針對性的施工技術措施，對施工全過程進行控制。

3）對于地鐵隧道沿線的狹長基坑，在坑邊限載或空間限制的條件下，內支撐豎向間凈距應能滿足機械坑內行走的要求，以實現沿基坑長邊坑內短駁退挖出土的目的。

4）地鐵沿線深基坑施工時，除解決紅線范圍場地內的施工控制問題外，也應對靠近盾構線的紅線外道路提出限載或限行等荷載控制措施。

5）若因場地內空間限制，但的確需在坑邊與盾構線間地面布置施工道路、重車通行時，需打樁將路面荷載直接傳遞至深層土方。

6）應采用信息化動態施工技術，通過基坑監測及地鐵監測反饋的數據，及時調整施工方法及參數。