軟土地層中臨近既有建筑物的地鐵深基坑支護設計實踐

何廣驥

（中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司）

1 工程概況

沿海某地鐵區間風井工程，由北側主體結構、南側附屬結構兩部分組成。主體、附屬分別為地下三層、地下兩層箱形混凝土框架結構，均采用明挖順筑法施工。風井主體基坑平面為24.4m×22.0m 矩形布置，挖深約24.8m；附屬基坑平面呈22.0m～34.7m×17.5m 梯形布置，挖深約14.8m。

場地內分布淤泥質黏土層為代表的深厚軟土地層，最大埋深約為22.5m；軟土層以下依次分布粉質黏土、黏土、圓礫、風化凝灰質砂巖，基巖埋深約58m。場地地下水以表層孔隙潛水為主，潛水穩定水位埋深為0.70m～3.00m；深部圓礫層存在承壓水，隔水層為上部的淤泥質土和粘性土層，水頭埋深為地表下2.9m。

該區間風井北側臨近既有教學樓，地上5 層（局部6 層）框架結構建筑，靜壓預應力混凝土管樁基礎，距離主體基坑凈距23.5m。控制基坑開挖過程中的自身變形、減少對周邊建構筑物影響是該深基坑支護設計方案的關鍵所在。

2 基坑支護設計控制指標及整體方案

根據基坑規模、挖深以及所在場地地質、水文條件，結合周邊建筑物環境情況,根據《建筑基坑支護技術規程》（JGJ 120－2012）、《建筑基坑工程監測技術標準》（GB 50497－2019）、《城市軌道交通工程監測技術規范》（GB 50911－2013）等標準要求，確定區間風井主體、附屬基坑等級均為一級，基坑變形控制保護等級為一級，基坑監測等級主體基坑為一級、附屬基坑為二級。對于臨近的教學樓建筑，其所屬環境設施分類為一般設施，且位于基坑工程次要影響區范圍，考慮到保護需要，設計標準提高至一級變形控制等級。主要控制指標如表1所示。

表1 主要控制指標

考慮到風井主體、附屬結構挖深不同，依照“先深坑后淺坑”的開挖原則，將其劃分為平面規則的主體、附屬兩個基坑，分坑開挖，有效規避因基坑不規則、深淺坑對周邊環境的不利影響。待風井主體結構頂板澆筑完畢后再開挖附屬基坑。

分坑后，區間風井主體基坑體量減小，通過合理安排施工流水進度，縮短施工周期，將施工期間對教學樓的影響時間縮短、減小累積變形。同時，風井主體施工完畢后，底板嵌固于粉質粘土層，作為附屬基坑與教學樓之間的隔離屏障，可以有效削減附屬基坑開挖階段對教學樓建筑變形的影響。

基坑圍護結構采用整體剛度較好的地下連續墻+內支撐體系。其中，主體基坑采用1m 厚地連墻，內支撐設置2 道砼支撐+5 道鋼支撐+1 道換撐，地墻插入比1：0.9；附屬基坑采用0.8m 厚地連墻，內支撐設置1 道混凝土支撐+3 道鋼支撐，地墻插入比1：1.1。通過保證支護整體剛度，控制開挖期間圍護結構自身變形，進而降低周邊地面沉降、建筑物變形[1]。

地連墻采用工字鋼接頭，防止地墻接縫處的滲漏水，避免基坑施工期間周邊地層因水土流失引起的沉降。地連墻施工前，在遠離建筑側做試成槽以確定適宜成槽參數，確保地墻成槽時槽壁穩定。同時設置構造地連墻隔斷⑧3-2 圓礫層承壓水層，采用坑內真空管井降水方案，對坑外地下水位不產生影響，避免下降而引起建筑沉降。

基坑開挖要求“先撐后挖、快速封底”，同時加強監測與變形控制，動態跟蹤基坑自身及周邊環境風險狀態，指導施工，確保基坑風險可控。

3 有限元建模分析

采用有限元分析軟件MIDAS GTS NX 建立三維數值分析模型，模擬區間風井基坑開挖對越秀外國語學院#4 教學樓及周邊地表沉降等環境影響。土體采用混合多邊形體單元，本構模型選用修正摩爾-庫倫模型，土層參數根據詳勘報告選取；區間風井基坑地連墻、支撐分別采用板單元、線單元模擬，本構模型均選用線彈性模型，教學樓樓板采用板單元模擬，結構柱、樁基礎采用線單元模擬。三維數值分析模型如圖1 所示，尺寸橫向（x 軸）120m，縱向（y 軸）110m，豎向（z 軸）60m。

圖1 三維模型設計

根據數值計算成果，抽取各項特征位置控制數據，最終結果如表2 所示。

表2 計算結果匯總

可見，基坑開挖過程中，基坑自身變形較小，周邊土體無明顯的擾動，雖然臨近地表沉降、建筑物變形均有一定發生，但計算沉降量或變形量都控制在許可區間內，可指導后續基坑實施。

4 深基坑實施相關措施與監測控制

4.1 勘察與準備

重點做好工程影響區2～3 倍坑深范圍內的勘察工作，并查閱既有資料，以便明確建（構）筑物的實際情況。以管線為例，則包含類型（燃氣、通信等）、尺寸、走向等。對于風險較大的建筑物，需要由專業的機構展開安全鑒定，并根據掌握的情況制定保護方案，從源頭上加強控制，保證施工安全。

4.2 坑內降水

通過地連墻的方式隔斷圓礫層承壓水層，制定并落實坑內降水方案，最大限度減小對坑外地下水位所造成的不良影響，以免基坑開挖期間發生建筑下沉現象。

4.3 加強監測與控制

根據監測要求，創建三級預警機制，通過與監測單位、施工單位等相關主體的溝通，確定具體的監測內容，配置專業的人員以及高精度的儀器完成監測工作。經過監測后，以所得結果為準合理調整施工方法，全面確保施工安全。監測范圍應具有全面性，包含基坑圍護結構、道路路面、教學樓建筑等。除了對現有狀況作出判斷外，還需根據掌握的歷史監測數據對后續的發展進行預判，提前采取防控措施，提高施工作業的主動性，保證各工況下的施工環境均較為安全。

4.4 基坑開挖及注意事項

基坑土方開挖是一項系統性的工作，需要以設計要求為準展開，全程均要充分遵循時空效應原理，即分層依次開挖、嚴格控制開挖進尺（不超挖）、先撐后挖。在獲取監測數據后對教學樓地基土層采取加固措施，具體為跟蹤注漿的方法，加固深度12m 左右。基坑的穩定性有限，不宜在2 倍坑深范圍內堆載棄方，否則易在堆載作用下影響基坑的穩定性。此外，基坑開挖期間，坑頂周邊地面2m 范圍內不可存在任何其他形式的附加荷載，該范圍以外的區域雖然允許有附加荷載，但不宜超過20kPa。基坑開挖期間的具體注意事項有：

⑴基坑開挖過程中若存在坑底涌水、涌沙現象，立即暫停開挖作業，采取回填措施，情況特殊時還可通過坑外管井達到高效降水的效果，綜合考慮周邊建筑物、地下管線的布設情況，采取合適的回灌措施，保證地下建筑物及地下管線的穩定性。

⑵在地墻設置有內撐支護時，若存在大幅度內凸變位現象則在地墻后卸載，且不宜繼續挖土，可在既有內支撐基礎上增加防護結構，或在地墻前堆筑砂石袋[2]。

⑶基坑土體滑塌時需降低基坑周邊的水位，并對坡頂處采取卸載措施；對于尚未發生滑塌的路段應實施監測與防護，以免該部分受到不良影響。

⑷基坑存在滲水、流土或建筑物存在傾斜等問題時，立即暫停開挖作業，確定滲漏的具體區域后用堵漏材料處理，遇特殊情況時可輔以坑外降水等方法。通過對現場監測結果的分析，利用跟蹤注漿的方法處理建筑臨近風井一側的地基，深度12m，達到了防護效果。

⑸基坑開挖過程中若與燃氣管線碰觸而導致其泄漏時，立即暫停施工，將情況告知監理及業主等，并盡快與燃氣公司取得聯系，由專員組織搶修工作，減少泄漏量。

⑹若存在污水管線受損的情況應暫停施工，盡快與管線主管單位取得聯系，針對實際情況采取堵截、導流等相關措施。

5 結束語

軟土地層中深基坑工程需要克服軟土高靈敏性、易擾動等不利特性，還需考慮基坑變形后對周邊臨近建筑物產生的不均勻沉降、傾斜等有害影響。該區間風井深基坑工程通過采用增強基坑支護整體剛度、“先深后淺”分坑分階段開挖、地下連墻隔斷深部承壓水以及設置隔離體等一系列系統性設計方案，遵循“分層分段開挖、先撐（錨）后挖，嚴禁超挖”時空效應原理，提前確立動態監測、保護措施的“反饋-處置”安全體系，通過控制基坑實施階段變形，減小基坑開挖對周邊建筑物影響，對類似深基坑工程設計具有參考價值。