緊鄰地鐵的深基坑施工時對地鐵隧道變形的控制技術研究

朱曉波

上海建工四建集團有限公司 上海 201103

1 工程概況

上海市萬源城A街坊商辦項目總用地面積34 049.9 m2。軌交12號線區間隧道從項目場地中部穿越，把場地分為南北2個地塊。北區基坑面積約7 200 m2，南區又被分為遠離地鐵側的南Ⅰ區及靠近地鐵側的南Ⅱ區。其中，南Ⅰ區基坑面積約7 580 m2，南Ⅱ區基坑面積約7 065 m2（圖1）。

圖1 基坑平面示意

工程開工前，軌交12號線顧戴路站—東蘭路站區間累計收斂最大值為60 mm，因此地鐵方要求整個深基坑施工過程中收斂累計值控制在65 mm以內。本文主要研究深基坑施工過程中土方開挖、地下室回筑對圍護結構及軌交12號線變形的控制，以確保深基坑施工過程中地鐵的安全及正常運營。

由于南Ⅰ區離地鐵較遠（最近處離地鐵49 m，地鐵保護區域為50 m內），而南Ⅱ區僅為地下1層，挖深較淺，南區整體地下室開挖及回筑階段對地鐵影響較小，地鐵數據基本無變化。因此，本次研究僅針對北區基坑數據及地鐵數據進行。北區采用地下連續墻＋3道混凝支撐，其與地鐵平行長度約126.4 m，隧道頂埋深19.1～20.5 m，基坑邊線距離地鐵結構外邊線一般為26.1 m（局部塔樓角部距離為16 m），基坑挖深12.3 m，局部落深處開挖深度13.35～16.30 m。

2 深基坑施工過程中的重、難點

1）北區基坑設計安全等級為一級，東側鄰近軌交12號線處環境保護等級為一級。樁基施工至地下室回筑完成，地鐵允許收斂僅為5 mm。地鐵評審要求北區第2皮土方開挖至底板形成時間控制在55 d以內。因此，合理布置開挖順序，增加相應的控制措施，減少基坑暴露時間，在深基坑施工過程中控制好基坑變形，減少對周邊環境（尤其是軌交12號線）的影響至關重要[1]。

2）北區試樁施工過程中發現地下5 m左右均為回填垃圾土，無法進行后續樁基施工，需及時調整施工順序。北區鉆孔灌注樁施工需在置換土完成后，方可進行。

3）地下室回筑過程中，地下2層結構及換撐體系施工完成并達到設計要求強度后，按順序拆除第2道及第1道鋼筋混凝土支撐。連續拆除2道鋼筋混凝土支撐對地鐵及基坑影響較大，需采取相應的保護措施。

3 深基坑施工過程中的主要控制措施

本工程軌交12號線下行線隧道北側與北區基坑間圍護由29幅寬1 m地下連續墻組成，地下連續墻施工深度為隧道底部向下3.85 m（總深度28 m）。為避免地鐵運營過程中引起的振動導致護壁失敗、槽壁坍塌，影響軌交12號線的正常運行，在地下連續墻施工前，對其內外兩側各采用長29 m（外側）及28 m（內側）的深層攪拌樁槽壁加固。深基坑施工前對整個工程中的關鍵工序進行了合理的施工部署，對挖深最深的北區先進行三軸樁的槽壁加固施工，然后進行地下連續墻施工，再對地鐵側進行三軸樁的被動土加固，最后施工其工程樁及立柱樁，以此減小對地鐵的影響。地下室回筑過程中增加臨時鋼換撐，以確保基坑及地鐵安全。

3.1 土方開挖控制措施

基坑開挖前，按設計及地鐵要求布置好觀測點，并測定初始數據。

考慮南北區同時卸土開挖會對地鐵產生較大影響，因此對開挖順序進行合理調整后，先對南Ⅰ區開挖。 南Ⅰ區開挖過程中，北區進行置換土，南Ⅰ區施工至底板后再開挖北區，北區施工至底板完成且南Ⅰ區施工至±0 m后開挖南Ⅱ區。北區置換土施工前，先完成地下連續墻及三軸攪拌樁槽壁加固，置換土過程中，在地鐵側地下連續墻上臨時布置10個側向位移點，后續施工過程中，地下連續墻無任何位移，對地鐵變形無影響。

1）北區第2、第3皮土方開挖時（圖2），先開挖中部土方，形成中部支撐，再限時對撐開挖鄰近圍護結構的土方，最后開挖地鐵側土方。地鐵側土方留土約15 m。對于地鐵側坑邊土，從開挖到支撐澆筑并與已形成的支撐對接完畢控制在24 h內。設計要求需待整體支撐形成并達到設計強度（支撐設計強度為C35）的80%（約28 MPa），方可進行下一皮土方開挖。土方開挖期間為6月份，每日平均氣溫約25 ℃。為了加快施工進度，降低基坑暴露時間，現場將混凝土強度等級提高至C40，且通過與泵站協商，泵站同意在混凝土等級提高至C40的基礎上再提高半個級配，提高混凝土早期強度，以此減少基坑變形對地鐵產生的影響。在后續施工過程中，整體支撐形成1～2 d后即能達到設計要求強度。隨后立即進行下一皮土方開挖施工，盡量縮短基坑開挖時間，降低基坑位移對地鐵的影響。

2）北區第4皮土方開挖時分成兩部分開挖（圖3），鄰近地鐵側約15 m范圍內的土方暫時保留。其余部位的土方按照后澆帶依次開挖，及時澆筑墊層，最后開挖留土區域土方，以減少地鐵側基坑變形時間。墊層完成的區域，按后澆帶位置盡快澆筑底板，減少坑底隆起，保證環境安全。為控制地鐵側15 m范圍內土方開挖過程中側壓力引起的圍護變形，除了減小每塊土方的開挖面積外，現場將該墊層厚度從150 mm加厚至300 mm，并采用配筋墊層（φ12 mm@200 mm雙層雙向，材料HRB400），同時將混凝土強度從C20提高至C30，以提供足夠的反力回頂地下連續墻。

圖2 北區第2、第3皮土方開挖

圖3 北區第4皮土方開挖

3）北區第2皮土方開挖至底板形成共歷時65 d（施工期間遇中、高考停工），整個基坑開挖過程中，較好地控制了基坑及隧道變形。

3.2 北區回筑增加臨時鋼換撐控制措施

按設計要求，北區地下2層結構及換撐體系施工完成并達到設計要求強度后，按順序拆除第2道及第1道鋼筋混凝土支撐，由于地下2層頂板至基坑外場地高差6.45 m，考慮地鐵及基坑安全，在夾層位置增設1道水平鋼支撐（H型鋼）作為臨時換撐，地下室施工過程中，在其夾層標高位置增設混凝土換撐板與地下連續墻相接。部分結構之間由于跨度較大（最長15 m），整根水平鋼支撐施工難度較大，因此，在中間位置增設1道鋼立柱（H型鋼）用于過渡。立柱底部與地下2層頂板預埋件焊接，頂部與水平型鋼支撐滿焊。基坑外側土壓力經地下連續墻、換撐塊、鋼支撐、鋼立柱及結構相互傳遞。考慮原結構設計時，未考慮夾層間互相傳遞基坑土體側壓力，對夾層樓板進行局部配筋加強，且在豎向局部受力較薄弱部位增設豎向剪刀撐，用以加強結構整體抗剪能力（圖4）。整體拆除順序相應調整為地下2層結構及換撐體系施工完成并達到設計要求強度后，拆除第2道鋼筋混凝土支撐，夾層結構及換撐體完成并達到設計要求強度后，拆除第1道支撐。待地下室回筑完成且地下室外墻回填完成后，拆除臨時換撐用水平鋼支撐、鋼立柱及豎向剪刀撐。增加1道臨時水平鋼換撐后，從夾層至基坑外場的高差降為3.85 m，大大降低了地下室回筑過程對整個基坑變形及地鐵變形的影響，同時增加了基坑的整體安全性。

圖4 剪刀撐示意

4 地鐵隧道變形監測數據分析

為及時獲得地鐵隧道沉降變形數據，在軌交12號線上、下行線隧道內，分別布置了51個自動監測點；而北區離基坑較近，為地鐵上行隧道（SX01—SX51） ，同時輔以人工監測，每周進行2次監測，以確保地鐵運營安全。

1）第1皮土方開挖及混凝土支撐施工完成時，地鐵隧道上行線沉降變化不大，最大沉降點為SX11，其累計沉降為3.85 mm，日變化量為0.017 mm/d。

2）第2皮土方開挖及混凝土支撐施工完成時，地鐵隧道上行線沉降基本沒有變化，最大沉降點為SX22，其累計沉降為3.92 mm，日變化量為0.016 mm/d。

3）第3皮土方開挖及混凝土支撐施工完成時，地鐵隧道上行線最大沉降點為SX36，其累計沉降為5.68 mm，日變化量為0.022 mm/d。

4）第4皮土方開挖及基坑墊層和底板施工完成時，地鐵隧道上行線最大沉降點為SX29，其累計沉降為6.92 mm，日變化量為0.023 mm/d，基坑墊層和底板施工期間，地鐵盾構隧道上行線日沉降量很小。

5）地下室回筑完成時，地下連續墻最大水平位移為23.92 mm，深層墻體最大水平位移為24.03 mm，軌交12號線上行線收斂累計最大變化為2.9 mm，隧道沉降累計最大值為8.0 mm，均在允許范圍內。

5 結語

如今，城市地鐵發展迅速，緊鄰地鐵的深基坑項目基本處于常態化，因此深基坑施工過程中對圍護及地鐵的變形控制將成為日后城市深基坑項目的必然條件。本工程在地鐵運行50 m保護線內，尤其是在號房角部距離地鐵隧道僅16 m的地方，進行了大面積的深基坑開挖，風險巨大。工程在深基坑施工期間所采取的控制措施，滿足了地鐵隧道沉降變形的要求，可為今后類似項目提供借鑒。