紧邻地铁的建筑深基坑施工变形综合控制技术研究

上海建工七建集团有限公司 上海 200050

1 工程概况

上海虹桥商务区核心区06地块D19街坊（图1），北至绍虹路，东临申虹路，南侧为舟虹路，西侧为申长路。本工程东侧紧邻虹桥综合交通枢纽西交通广场，地块拟建建筑物部分地下结构将侵入原西交通广场停车通道，特别是原西交通广场的挡墙结构、挡墙结构的基础桩、部分停车通道底板与拟建建筑地下结构重合，完成后的结构将和西交通停车通道连通。北侧D18街坊的下方为地铁通道，埋深为20 m，宽度为85 m，距离D19街坊拟建地下结构外边线仅6 m，运行中的轨交10号线近D19。深坑内留有原轨交2号线及轨交10号线施工遗留护坡、重车行走坡道及重力坝等钢筋混凝土结构，埋深超过10 m。同时根据有关规定地铁控制范围内的保护要求极高，对水平变形和沉降等控制要求十分严格。地块周边申长路、申虹路下市政管线较多。本基坑保护重点为西广场建筑结构及轨交10号线。

图1 工程总平面示意

本工程由3 层地下室，为现浇钢筋混凝土框架结构，基础形式采用钻孔灌注桩结合筏板基础；以及地上1 幢9 层办公楼、1 幢6～7 层商业体、1 幢5 层星舟组成。

D19地块基坑宽约为150 m，长约200 m，深约15 m，采用明挖顺做法施工，根据地铁保护原则，整个基坑沿地铁侧保护范围（距地铁隧道30 m范围）打设厚800 mm地下连续墙作为坑内隔断，将整个基坑划分为一期（远地铁侧）及二期（近地铁侧）基坑，并根据地铁公司相关要求将一期及二期基坑采用厚800 mm地下连续墙划分为5 个小基坑。分别为Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅱ-3五个施工区域实施，如图2所示。Ⅰ区设3 道混凝土支撑；Ⅱ区设4 道支撑，第1道支撑为混凝土支撑，其余均为Φ609 mm×16 mm钢管支撑。

图2 基坑平面布置

D19东侧西交通广场侧基坑在西广场原有底板下开挖，考虑土体对西广场结构可能造成的影响，围护采用Φ1 000 mm@600 mm硬法咬合桩，桩长19.5 m。

D19临近地铁一侧基坑（最近点约为6 m）开挖深度为16 m，围护采用厚800 mm地下连续墙（均插入⑦1a层），插入比例为1∶1。两侧采用Φ800 mm灌注桩进行槽壁加固，以防地铁侧土体坍塌。

第1道支撑上部为混凝土栈桥，栈桥板厚为300 mm，板面标高为+2.50 m，混凝土支撑的混凝土标号为C30。

2 施工部署及施工总流程

依据围护设计结合以往工程的施工经验，根据地下连续墙的位置，可以将基坑分为Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅱ-3共5 块。采取流水施工，主要施工顺序为Ⅰ-1→Ⅰ-2→Ⅱ-2→Ⅱ-1、Ⅱ-3。

为了减小挖土施工对地铁基坑的影响，Ⅰ-2区第2～4皮土土方开挖施工，在分块北侧留设12～15 m宽被动土（见图3深色网状区域）。

图3 I-2区挖土分块

Ⅰ-2区土方待Ⅰ-1地块底板及B2 层板浇筑完毕并达到强度后再进行开挖。分6 个流水段，先施工Ⅱ-2块对应施工段①、②，再是施工③、④、⑤、⑥施工段，如图4所示（粗线为后浇带，虚线为施工缝）。

图4 I-2区底板分块

Ⅱ区第1皮土及支撑利用Ⅰ-2区栈桥分成6 块，由东向西分别为1#、2#、3#、4#、5#、6#。第2～5皮土开挖分成Ⅱ-1、Ⅱ-2与Ⅱ-3三个子分区，开挖时为保证施工操作面及轨交运营的安全稳定，按24 h及时形成支撑再细分15 块，其后续施工相应跟进。各子分区的施工顺序如图5～图7所示。

图5 Ⅱ区第1皮挖土分块

图6 Ⅱ区子分区

图7 Ⅱ区第2～5皮挖土分块

Ⅱ-2区挖土平面流程为：利用Ⅰ-2区栈桥由东向西12#→11#→10#→9#→8#；

Ⅱ-1区挖土平面流程为：利用Ⅰ-2区栈桥由东向西7#→6#→5#→4#→3#→2#→1#；

Ⅱ-3区挖土平面流程为：利用Ⅰ-2区栈桥由东向西15#→14#→13#；

Ⅱ区底板原则上按照Ⅱ-1、Ⅱ-2、Ⅱ-3分3 块施工，不再另设施工缝。

3 对地铁隧道的保护措施[1-8]

3.1 分区分块施工，及时形成支撑体系

利用基坑分区后产生的空间效应减小围护变形，控制开挖对地铁隧道的影响。

分期实施要求：先实施Ⅰ-1区基坑待Ⅰ-1区基坑B2 层板达到强度后，实施Ⅰ-2区基坑，Ⅰ-2区B2 层板达到强度后对应再实施Ⅱ-2区；Ⅱ-2区底板达到强度后，进行Ⅱ-1、Ⅱ-3基坑实施。

3.2 自动轴力补偿钢支撑系统

Ⅱ期基坑施工要求紧随挖土的施工作业，随挖随撑，无撑挖土的暴露时间控制在24 h内。3 道钢支撑采用自动轴力补偿系统。其施工流程为：支撑设备配制→进入现场拼装→安装准备→支撑吊装就位、连接→加设预应力、焊接→质量验收→使用→拆除。

本基坑共设3 道自动补偿钢支撑，根据基坑施工顺序，先施工Ⅱ-2区（87 道），再施工Ⅱ-1（100 道）和Ⅱ-3基坑（51 道）。每根钢支撑设置1 个带回锁功能、压力量程达3 000 kN的油压缸。可按设计要求对第2道、第3道、第4道钢支撑施加轴力，如施加到1 600 kN或2 000 kN。图8为接头示意。

随分区开挖安装钢支撑，安装成形后，在施加预应力时采用专用液压泵设置在支撑活络端处，按设计要求施加预应力，施加预应力分多次进行，逐级加载。在第1次加预应力（设计值的40%～60%）后12 h内观测预应力损失及墙体水平位移，并复加预应力至设计要求值。

图8 预应力钢支撑接头示意

钢支撑预应力伺服系统采用局部独立式钢支撑轴力补偿液压系统，即每3～4 根需轴力补偿的钢支撑配置一套相对的小泵站液压系统，能大大提高轴力补偿所需要的系统响应精度，保证施工质量。

电气与监控系统采用DCS系统，系统由上位机监控站、现场操作站和现场控制台组成。当钢支撑支撑点地下连续墙变形达到6 mm时，钢支撑的预应力自动施加压力。

4 硬法咬合桩施工技术

咬合桩施工流程为：施工准备→桩位测量放线→咬合桩混凝土导墙施工→套管机就位→吊装安放套管→测量调整垂直度→套管钻进抓斗取土或旋挖机取土→清除孔底、检查孔底→吊放钢筋笼→安放导管、浇筑混凝土→测量混凝土、拔除导管及套管→套管机移位。

本工程的咬合桩在虹桥西交通广场的钢筋混凝土底板上施工，根据导墙施工要求，底板破除宽度为1 300 mm。底板破除前，先在两侧用钻机设备钻Φ108 mm@90 mm的孔，其中西侧钻孔深度1.25 m，东侧钻孔深度2.15 m，并将钢筋混凝土取出来，这样就可以使咬合桩施工范围内的底板成为比较独立的结构。钻孔完成后底板开槽，开槽宽度1.3 m，至少每6 m需预留一块0.6 m宽的混凝土底板保证底板与挡墙之间的支撑传力作用。

在底板破除出一定的工作面之后，紧接着开始导墙跟进施工。导墙宽度为桩中心向两侧各650 mm，导墙孔口低于地面2～5 cm，以防止套管机在拔管时机子反力把导墙压碎，导墙内配Φ12 mm@250 mm钢筋，导墙的混凝土等级为C25。

咬合桩的套管采用Φ1 000 mm的双壁钢套管，在成孔前，应进行套管顺直度的检查和校正。咬合桩分A桩和B桩，A桩（先序桩）为方钢筋笼桩，B桩（后续桩）为圆钢筋笼的桩，先施工A桩，等A桩强度达到30%后再施工两A桩之间的B桩如图9所示。

与地下连续墙连接处及落坑端头处的A桩和B桩全部采用全回转套管机（CD机）施工，在落坑具备施工操作面后，A桩采用全套管液压搓管机施工，B桩采用CD机施工。

图9 硬法咬合桩施工顺序示意

在成孔过程中，必须随时进行钢套管垂直度的监测，特别是第1节套管钻进时，监测可采用2 台经纬仪或2 个锤球双向控制，确保垂直度小于1/300。

混凝土采用预拌混凝土，混凝土要有一定的缓凝时间，确保灌注时的拔管顺畅。B桩混凝土的初凝时间应大于等于6 h，在施工过程中，对不同批号的水泥及不同批号的外加剂，应提前做好配合比试验。采用搓管机施工的A桩混凝土缓凝时间初定40～60 h，并按该要求进行实验室试配，具体选择标准应满足2 种不同设备的操作距离和使用要求。混凝土的和易性要求，按水下混凝土要求，灌注要求混凝土的坍落度在18～22 cm之间。

5 实施效果

靠近地铁隧道一侧我们采取的分坑分块施工及采用的自动轴力补偿钢支撑系统，监测数据表明，控制地铁隧道变形重要的指标——地铁隧道的累积沉降变形，在Ⅰ区和Ⅱ区底板完成后，分别为4.5 mm和7.3 mm，均在控制要求范围内。

本工程东侧作为巨量回填土区域超深基坑，环境复杂、条件苛刻，对此，我们通过对硬法咬合桩施工的技术研究，并在实施过程中根据实际情况不断完善和创新，最后顺利地完成了施工，为类似大型复杂工程积累了经验。