緊鄰多條運營地鐵的深基坑變形控制研究

陳賽亮

上海建工一建集團有限公司 上海 200120

1 工程背景

1.1 工程概況

上海市廣川A地塊商品房項目位于長安路南側，東鄰梅園路，南至光復路，西靠金峰大廈、五礦大廈，緊鄰運營中的上海軌交漢中路站。軌交13號線漢中路車站南北方向橫穿施工場地，埋深約31 m，軌交12號線漢中路車站、區間隧道位于基坑北側，埋深約20 m，軌交1號線區間隧道位于基坑東北側，埋深約11 m。其中軌交12、13號線車站圍護體與項目基坑圍護共墻，端頭井距基坑最近僅3.0 m；軌交1號線區間隧道距基坑最近為21.9 m（圖1）。

基坑開挖深度為9.62、9.82、10.02 m，局部深坑落低1～3 m，采用明挖順作法施工?；臃譃镈1、D2及E三個區進行施工，首先施工D1區基坑，待D1區基坑內部結構完成后，再同時施工D2及E區基坑?；訃o體系為三軸攪拌樁止水帷幕及地下連續墻。

圖1 周邊環境示意

1.2 工程地質、水文條件

根據地勘報告，本工程位于正常地層分布區，主要由飽和黏性土、粉性土及砂土組成，具水平層理。場地的地層分布整體較穩定，局部地段地層有一定起伏。

本場地地下水類型主要有淺部土層的潛水和深部粉（砂）土層中的承壓水，與基坑施工密切相關的主要為淺部土層中的潛水。

1）潛水：場地淺部土層的潛水水位高低主要取決于降雨量的大小和雨期持續時間。根據地勘報告，地下潛水穩定水位埋深為1.2～1.7 m，其相應標高為1.58～2.37 m。

2）承壓水：場地第⑦層為上海地區第一承壓水含水層。據相關工程長期水位觀測資料，承壓含水層水位年呈周期性變化，承壓水水位埋深的變化幅度在3.0～12.0 m。

2 基坑圍護結構變形數據理論分析

2.1 環境條件及基坑保護等級

綜合基坑本身情況及周邊環境，并結合相關規范的要求，本基坑的安全等級均為一級；基坑環境保護等級除D1區為二級，其余均為一級。

2.2 圍護結構變形數據理論分析

D2區靠近軌交1、12號線區間側，E區靠近五礦大廈側，D1、D2區采用厚800 mm地下連續墻，其余范圍均采用厚600 mm地下連續墻的圍護形式。沿基坑深度方向采用2道鋼筋混凝土支撐。采用同濟啟明星軟件以及基坑穩定性計算軟件，對地塊基坑取D2區靠近軌交1、12號線區間側，D2區其他區域，D1、D2區端封墻處，E區靠近五礦大廈側，E區其余范圍等5個斷面進行分析計算：

1）D2區靠近軌交1、12號線區間側：圍護結構最大側向位移為12.2 mm，滿足一級基坑側移控制要求。

2）D 2 區其他區域：圍護結構最大側向位移為17.2 mm，滿足一級基坑側移控制要求。

3）D1、D2區端封墻處：圍護結構最大向位側移為25.7 mm，滿足二級基坑側移控制要求。

4）E 區靠近五礦大廈側：圍護結構最大側移為14.2 mm，滿足一級基坑側移控制要求。

5）E區其余范圍（厚600 mm地下連續墻區域）：根據計算結果，圍護結構最大側向位移為17.2 mm，滿足一級基坑側移控制要求。

3 基坑圍護結構變形數據分析

3.1 基坑圍護結構變形數據

根據基坑監測單位提供的數據，基坑施工對圍護墻體深層水平位移的影響與開挖的工序和測孔埋設位置有關。土方開挖后暴露的時間越長，墻體的變形越大；一旦支撐形成，圍護墻體的位移增量迅速遞減[1]。位于基坑中間段的墻體的變形量明顯小于基坑端兩側的變形量。

取基坑距軌交車站、隧道結構最近的地下連續墻測斜點及基坑其他區域最大地下連續墻測斜點，作為基坑圍護結構變形的主要依據，同時與理論計算變形值進行分析。

1）D2區靠近軌交1、12號線區間側最大變形數據為16.9 mm（CX07）（圖2）。

2）D2區其他區域最大變形數據為17 mm（CX06）（圖3）。

圖2 CX07測斜孔累計變形曲線

圖3 CX06測斜孔累計變形曲線

3）D1、D2區端封墻處最大變形數據為18.2 mm（CX05）（圖4）。

4）E 區靠近五礦大廈側最大變形數據2 1.8 m m（CX12）（圖5）。

圖4 CX05測斜孔累計變形曲線

圖5 CX12測斜孔累計變形曲線

圖6 CX10測斜孔累計變形曲線

5）E區其余范圍最大變形數據為17.2 mm（CX10）（圖6）。

3.2 基坑圍護結構變形實際值與理論值對比分析

通過對圍護結構變形實際值與理論值對比可以看出，除E區靠近五礦大廈側CX12最大變形數據為21.8 mm，大于理論值外，其他測斜孔的變形數據均小于理論值，基坑圍護結構變形得到了很好的控制。E區靠近五礦大廈側地下連續墻變形雖然超理論值，但實際施工過程中對周邊環境的影響很小，處于可控范圍內。

基坑施工過程中圍護墻體并未發生因變形導致的圍護墻開裂和滲漏水等事故，坑外土體未發生區域性的塌陷?；訃o、軌交車站、隧道結構的變形均在控制范圍內。

4 基坑施工對軌交車站、隧道結構變形影響分析

4.1 圍護工程施工

1）三軸攪拌樁槽壁加固及深坑坑底加固的過程中，會使土體產生擠壓效應，引起周邊構筑物的沉降或隆起及側向位移。

2）地下連續墻成槽施工，實際上挖土卸荷的過程，地下連續墻在成槽過程中如出現深層土坍塌，將會引起深層土體位移，引起軌交車站、隧道結構體的變形。

4.2 基坑降水

長時間、大范圍的基坑內降水，改變了原有地基應力狀態，會對鄰近的軌交車站、隧道結構及建筑物產生附加變形[2-3]，且本工程②3層土滲透系數過大，容易造成坑底流沙等現象，對既有軌交運營安全產生一定的影響。

4.3 土方開挖

土方開挖過程中，基坑坑底將會失去上部土方的荷載，使坑底土體向上隆起，進而使圍護結構發生側向變形，基坑周邊的土方也會發生移動，進一步會導致地面沉降及軌交車站、隧道結構體的變形[4]。

5 變形控制技術措施

5.1 優化圍護工程施工工序，提高施工質量

靠近軌交車站、隧道結構側的地下連續墻采取間隔跳打方式，間隔應該不少于3幅，減少成槽過程中挖土卸載帶來的變形。同時，地下連續墻成槽、鋼筋籠安放、混凝土澆筑等施工安排在軌交停運的每日23：30至次日05：00。

靠軌交車站、隧道結構側的地下連續墻施工時，適當增大成槽孔泥漿比重，減少坍塌程度。減少裸槽時間，成槽結束后及時澆筑混凝土，從成槽開始到混凝土澆筑完成，單幅成墻時間控制在15 h之內。

施工過程須嚴格控制、跟蹤并檢查每根三軸攪拌樁的水泥用量、樁長、攪拌頭下降和提升速度、漿液流量、噴漿壓力、成樁垂直度、標高等。攪拌樁樁體達到28 d齡期后，應鉆孔取芯測試，其抗壓強度應滿足設計要求。

5.2 合理安排基坑降水

本工程基坑在開挖深度范圍內的地層中局部含粉性土較多，一旦在開挖深度范圍內圍護結構有薄弱點，地下水和細顆粒含水介質均會順勢從基坑的側向涌入，嚴重時，坑外潛水水位下降或者含水量降低過多，則坑外地面沉降加劇。因此，基坑內嚴格按照設計要求降水，使水位平穩下降，避免因水位急劇下降而導致沉降量增加[5]。限定單泵出水量，防止因出水量過大、地下水流速過急，而帶動細砂涌入井內，造成地基層破壞。

5.3 優化土方開挖方案

基坑土方開挖必須堅持“分層、分區、對撐、限時”的原則，并嚴格按照圍護設計要求盡早形成對撐（南北向先形成，再東西向形成），以減少對軌交車站、區間隧道的影響。為減小基坑開挖時土體的時空效應，加快基坑挖土及出土速度，控制圍護體的變形，本工程基坑第1、2層土方采用分塊開挖的方式，D1、D2、E三區按分塊依次開挖[6-7]。

待基坑開挖至坑底后，后續工程應及時跟進，墊層隨挖隨澆，分塊面積控制在200 m2內，靠軌交結構側設置加筋墊層，并盡快施工底板，以抵抗坑底隆起變形。

6 軌交結構變形數據分析

運營軌交車站、隧道結構變形數據取距離其最近的基坑，從第2層土方開挖至底板結束。從軌交運營方提供的監測報表可以看出，基坑施工過程中，隨著支撐、墊層、底板的形成，軌交車站、隧道結構變形數據有明顯的收斂，符合基坑開挖過程中的軌交結構變化規律[8]。通過優化圍護工程施工工序、合理安排基坑降水、優化土方開挖方案，軌交車站、隧道結構的變形數據均在可控范圍內。

7 結語

項目于2018年8月14日完成基礎底板施工，基坑圍護及軌交結構變形數據較好，同時對周邊環境的影響也非常小。通過對基坑圍護結構、軌交車站、隧道結構的變形數據進行分析，主要得出以下3個結論：

1）地下連續墻施工過程中通過采取間隔跳打、增大成槽孔泥漿比重、減少裸槽時間等方式，提高地下連續墻施工質量，可以有效地控制基坑、軌交結構的變形。

2）緊鄰軌交車站、隧道的深基坑施工過程，由于軌交車站結構剛度對隧道結構剛度大，明顯可以看出軌交車站的變形比隧道變形小。

3）隨著基坑支撐、墊層、底板的形成，軌交車站、隧道結構變形數據有明顯的收斂，變形速率變緩。

由此可見，在緊鄰運營軌交的深基坑施工過程中，變形控制不僅需要注意施工過程的現場管理，還需要根據變形數據，不斷地調整技術措施，進一步減小因應力釋放造成的基坑微變形，進而降低對周邊環境的影響，才能確保運營軌交的安全。