超深地鐵基坑施工對鄰近污水箱涵影響分析

茅利華

上海建工一建集團有限公司 上海 200120

隨著城市的快速發展，越來越多的超高層建筑拔地而起，上部空間日趨飽和，越來越多的城市開始探索地下空間的有效利用。特別是隨著城市軌道交通的發展，地鐵隧道線路縱橫交錯，地鐵車站的深基坑開挖必然會對周圍環境產生諸多不利影響，如引起支護結構的變形、影響鄰近管線及建筑的安全等[1]。國內外的學者廣泛研究了如何控制基坑變形、減小對周邊建筑以及保護管線的影響，研究成果對城市地下空間的開發利用起到了積極的推動作用。實踐中，常通過結構變形監測以及數值模擬來分析地鐵車站深基坑開挖對周邊環境的影響[2-5]，以及對鄰近建筑物的變形控制[6-9]。

上海市軌道交通18號線是一條位于城市東部地區南北向的切向線，沿線經過的行政區劃有浦東新區、楊浦區和寶山區這3個行政區。線路串聯了航頭鎮、周浦中心鎮、花木副中心、江灣五角場副中心等客流集散點，將帶動沿線開發和發展，加強與市中心的聯系，發揮骨干交通的重要作用。本文以軌道交通18號線復旦大學站車站為背景工程，開展研究超深地鐵基坑施工對鄰近箱涵的影響以及對鄰近建筑物的保護措施。

1 工程概況

1.1結構概況

復旦大學站位于復旦大學校區內西南角區域，車站向北接政立路站，向南接國權路站，為地下3層雙柱島式車站。本站站臺中心里程SK32＋138.868，車站外包總長度169.1 m，標準段外包寬度24.3 m，標準段開挖深度約24.99 m，局部挖深26.77 m。本站南北端頭井均為盾構始發井。

車站主體基坑采取明挖順作法施工，采取地下連續墻作為圍護結構。附屬結構基坑采取明挖順作法施工，采取地下連續墻或鉆孔樁＋三軸攪拌樁止水的圍護結構。

1.2周邊環境概況

復旦大學站車站站址南側為邯鄲路（中環線），最近點垂直距離為9 m；西側規劃路道路紅線35 m；東南角處有復旦校史館、人文博物館，為保留建筑；沿車站方向布置的走馬塘合流污水箱涵為三路箱涵并行，如圖1所示。

圖1 車站與周邊建（構）筑物位置關系

1.3水文地質概況

擬建復旦大學站場地地面標高稍有起伏，地面標高3.36～4.95 m。地貌形態單一，屬濱海平原地貌類型。土層具有成層分布的特點，主要由砂土、飽和黏性土、粉性土等組成。

經勘探，場地地下水類型主要為松散巖類孔隙水。本站勘探深度范圍內地下水主要為賦存于淺部土層中的潛水。⑦12為砂質粉土，⑧2為黏質粉土與粉質黏土互層，⑨1層為承壓含水層。

2 污水箱涵沉降監測

2.1監測點布設

在施工前，為有效保護合流一期污水箱涵，由第三方監測單位在周邊總計布設了44個監測點位，分別位于基坑影響范圍內箱涵的11條接縫，每條接縫處上下兩邊共設置4個監測點位，監測了從主體圍護結構施工和挖土、附屬結構圍護施工和挖土的各階段沉降數據。監測點位如圖2所示。

圖2 污水箱涵監測點位布設平面

2.2監測數據分析

從2017年12月17日三軸槽壁加固開始，到2020年6月21日附屬結構施工為止，各監測點位箱涵累計沉降數據如圖3所示。典型監測點位（W2、W24、W42）隨時間變化沉降數據如圖4所示。附屬結構施工階段典型測點箱涵沉降差如圖5所示。

圖3 各監測點位箱涵累計沉降數據

圖4 典型監測點位沉降值隨時間變化情況

圖5 典型測點箱涵沉降差（附屬結構施工階段）

由圖3各監測點位的箱涵累計沉降數據可知，箱涵累計沉降量最大達到－23.51 mm（W2），箱涵累計上浮量最大為2.65 mm（W42），車站基坑西南側箱涵變形相對較大。

由圖4典型監測點位沉降值隨時間變化情況可知，靠近基坑一側，箱涵沉降幅度較大，遠離基坑側箱涵沉降幅度較小，典型測點W42出現上浮。

由圖5可知，箱涵接縫差異沉降最大為－4.64 mm（W11－W13）。從圖中可以看出，2019年12月份之前，箱涵沉降差相對穩定，此階段為附屬圍護結構結束。附屬圍護結構施工結束后，開始附屬結構的挖土及施工，此階段箱涵接縫處沉降差變化較大。由此可見，鄰近箱涵的附屬結構挖土及施工對箱涵的影響較大。通過采取相應的保護措施，箱涵及周邊建筑的變形尚處于可控范圍。

3 緊鄰地鐵基坑建筑物的保護措施

車站主體基坑標準段開挖深度約24.99 m，屬于超深基坑，在基坑挖深影響范圍內，存在復旦大學人文博物館、復旦大學校史館以及走馬塘合流污水箱涵，必須采取必要的保護措施，以減少基坑開挖和車站施工期間對周邊建筑物的影響，防止鄰近建筑物由于地表不均勻沉降而產生下沉，甚至墻體開裂等破壞性影響[10-13]。

1）從產生影響的根源進行預防：減小基坑開挖變形。通過地下水位控制（特別是承壓水）、加固基坑支護結構、優化基坑開挖分塊及工藝等一系列綜合措施，來控制基坑的變形。具體措施為：基坑底以下采用三軸攪拌樁滿堂加固；基坑開挖過程中采取回灌措施：在保護建筑鄰近基坑一側布設共10口26 m深潛水回灌井；基坑首道支撐采用混凝土支撐，其余支撐采用帶軸力伺服系統的鋼管撐。

2）切斷影響的傳播路徑：在建筑物和基坑之間增設隔離墻。增設隔離墻切斷由于基坑開挖產生的各種變形的傳播路徑。通常有深層水泥土攪拌樁、樹根樁、高壓旋噴樁等。具體措施為：復旦大學站采用直徑400 mm的樹根樁作為隔離墻。樹根樁深入滑移面以下，樁深30 m，雙排排列，樁頂設置1 000 mm×1 000 mm的頂圈梁。隔離樁作用原理如圖6所示。

圖6 隔離樁作用原理

3）提高建筑物抵抗變形的能力：對基坑周邊建筑物進行加固。通過對周邊重要的保護建筑采取加固措施，如注漿加固、跟蹤注漿等，提高建筑物的抗擾動、抗變形能力。具體措施為：采用預留袖閥管進行分層注漿，注漿孔距離隔離樁1 200 mm，注漿孔間距為800 mm，采取分層注漿并根據監測數據有針對性地進行調整，每次分層注漿量等于保護建筑沉降量加上地基由于每次注漿引起的超孔隙水壓力部分消散而產生的固結沉降量。

4 結語

1）依托上海軌道交通18號線復旦大學站車站深基坑工程，分析各施工階段周邊保護建筑的沉降、變形數據，得到其沉降變形規律。

2）通過設置隔離樁可以對周邊的箱涵進行有效保護；對于位移量超預警值的建筑物，可采取分層跟蹤注漿加固控制，注漿量需根據監測數據針對性調整。

3）對地鐵基坑周邊保護建筑的變形進行動態監測，可以有效掌控保護建筑的沉降、變形發展，便于采取針對性的措施。

4）上海軌道交通18號線復旦大學站車站深基坑工程通過采取綜合措施，有效地控制了鄰近污水箱涵及建筑物的沉降、變形，為后續類似工程總結了經驗，起到了良好的示范作用。