紧邻多条运营地铁的深基坑变形控制研究

陈赛亮

上海建工一建集团有限公司 上海 200120

1 工程背景

1.1 工程概况

上海市广川A地块商品房项目位于长安路南侧，东邻梅园路，南至光复路，西靠金峰大厦、五矿大厦，紧邻运营中的上海轨交汉中路站。轨交13号线汉中路车站南北方向横穿施工场地，埋深约31 m，轨交12号线汉中路车站、区间隧道位于基坑北侧，埋深约20 m，轨交1号线区间隧道位于基坑东北侧，埋深约11 m。其中轨交12、13号线车站围护体与项目基坑围护共墙，端头井距基坑最近仅3.0 m；轨交1号线区间隧道距基坑最近为21.9 m（图1）。

基坑开挖深度为9.62、9.82、10.02 m，局部深坑落低1～3 m，采用明挖顺作法施工。基坑分为D1、D2及E三个区进行施工，首先施工D1区基坑，待D1区基坑内部结构完成后，再同时施工D2及E区基坑。基坑围护体系为三轴搅拌桩止水帷幕及地下连续墙。

图1 周边环境示意

1.2 工程地质、水文条件

根据地勘报告，本工程位于正常地层分布区，主要由饱和黏性土、粉性土及砂土组成，具水平层理。场地的地层分布整体较稳定，局部地段地层有一定起伏。

本场地地下水类型主要有浅部土层的潜水和深部粉（砂）土层中的承压水，与基坑施工密切相关的主要为浅部土层中的潜水。

1）潜水：场地浅部土层的潜水水位高低主要取决于降雨量的大小和雨期持续时间。根据地勘报告，地下潜水稳定水位埋深为1.2～1.7 m，其相应标高为1.58～2.37 m。

2）承压水：场地第⑦层为上海地区第一承压水含水层。据相关工程长期水位观测资料，承压含水层水位年呈周期性变化，承压水水位埋深的变化幅度在3.0～12.0 m。

2 基坑围护结构变形数据理论分析

2.1 环境条件及基坑保护等级

综合基坑本身情况及周边环境，并结合相关规范的要求，本基坑的安全等级均为一级；基坑环境保护等级除D1区为二级，其余均为一级。

2.2 围护结构变形数据理论分析

D2区靠近轨交1、12号线区间侧，E区靠近五矿大厦侧，D1、D2区采用厚800 mm地下连续墙，其余范围均采用厚600 mm地下连续墙的围护形式。沿基坑深度方向采用2道钢筋混凝土支撑。采用同济启明星软件以及基坑稳定性计算软件，对地块基坑取D2区靠近轨交1、12号线区间侧，D2区其他区域，D1、D2区端封墙处，E区靠近五矿大厦侧，E区其余范围等5个断面进行分析计算：

1）D2区靠近轨交1、12号线区间侧：围护结构最大侧向位移为12.2 mm，满足一级基坑侧移控制要求。

2）D 2 区其他区域：围护结构最大侧向位移为17.2 mm，满足一级基坑侧移控制要求。

3）D1、D2区端封墙处：围护结构最大向位侧移为25.7 mm，满足二级基坑侧移控制要求。

4）E 区靠近五矿大厦侧：围护结构最大侧移为14.2 mm，满足一级基坑侧移控制要求。

5）E区其余范围（厚600 mm地下连续墙区域）：根据计算结果，围护结构最大侧向位移为17.2 mm，满足一级基坑侧移控制要求。

3 基坑围护结构变形数据分析

3.1 基坑围护结构变形数据

根据基坑监测单位提供的数据，基坑施工对围护墙体深层水平位移的影响与开挖的工序和测孔埋设位置有关。土方开挖后暴露的时间越长，墙体的变形越大；一旦支撑形成，围护墙体的位移增量迅速递减[1]。位于基坑中间段的墙体的变形量明显小于基坑端两侧的变形量。

取基坑距轨交车站、隧道结构最近的地下连续墙测斜点及基坑其他区域最大地下连续墙测斜点，作为基坑围护结构变形的主要依据，同时与理论计算变形值进行分析。

1）D2区靠近轨交1、12号线区间侧最大变形数据为16.9 mm（CX07）（图2）。

2）D2区其他区域最大变形数据为17 mm（CX06）（图3）。

图2 CX07测斜孔累计变形曲线

图3 CX06测斜孔累计变形曲线

3）D1、D2区端封墙处最大变形数据为18.2 mm（CX05）（图4）。

4）E 区靠近五矿大厦侧最大变形数据2 1.8 m m（CX12）（图5）。

图4 CX05测斜孔累计变形曲线

图5 CX12测斜孔累计变形曲线

图6 CX10测斜孔累计变形曲线

5）E区其余范围最大变形数据为17.2 mm（CX10）（图6）。

3.2 基坑围护结构变形实际值与理论值对比分析

通过对围护结构变形实际值与理论值对比可以看出，除E区靠近五矿大厦侧CX12最大变形数据为21.8 mm，大于理论值外，其他测斜孔的变形数据均小于理论值，基坑围护结构变形得到了很好的控制。E区靠近五矿大厦侧地下连续墙变形虽然超理论值，但实际施工过程中对周边环境的影响很小，处于可控范围内。

基坑施工过程中围护墙体并未发生因变形导致的围护墙开裂和渗漏水等事故，坑外土体未发生区域性的塌陷。基坑围护、轨交车站、隧道结构的变形均在控制范围内。

4 基坑施工对轨交车站、隧道结构变形影响分析

4.1 围护工程施工

1）三轴搅拌桩槽壁加固及深坑坑底加固的过程中，会使土体产生挤压效应，引起周边构筑物的沉降或隆起及侧向位移。

2）地下连续墙成槽施工，实际上挖土卸荷的过程，地下连续墙在成槽过程中如出现深层土坍塌，将会引起深层土体位移，引起轨交车站、隧道结构体的变形。

4.2 基坑降水

长时间、大范围的基坑内降水，改变了原有地基应力状态，会对邻近的轨交车站、隧道结构及建筑物产生附加变形[2-3]，且本工程②3层土渗透系数过大，容易造成坑底流沙等现象，对既有轨交运营安全产生一定的影响。

4.3 土方开挖

土方开挖过程中，基坑坑底将会失去上部土方的荷载，使坑底土体向上隆起，进而使围护结构发生侧向变形，基坑周边的土方也会发生移动，进一步会导致地面沉降及轨交车站、隧道结构体的变形[4]。

5 变形控制技术措施

5.1 优化围护工程施工工序，提高施工质量

靠近轨交车站、隧道结构侧的地下连续墙采取间隔跳打方式，间隔应该不少于3幅，减少成槽过程中挖土卸载带来的变形。同时，地下连续墙成槽、钢筋笼安放、混凝土浇筑等施工安排在轨交停运的每日23：30至次日05：00。

靠轨交车站、隧道结构侧的地下连续墙施工时，适当增大成槽孔泥浆比重，减少坍塌程度。减少裸槽时间，成槽结束后及时浇筑混凝土，从成槽开始到混凝土浇筑完成，单幅成墙时间控制在15 h之内。

施工过程须严格控制、跟踪并检查每根三轴搅拌桩的水泥用量、桩长、搅拌头下降和提升速度、浆液流量、喷浆压力、成桩垂直度、标高等。搅拌桩桩体达到28 d龄期后，应钻孔取芯测试，其抗压强度应满足设计要求。

5.2 合理安排基坑降水

本工程基坑在开挖深度范围内的地层中局部含粉性土较多，一旦在开挖深度范围内围护结构有薄弱点，地下水和细颗粒含水介质均会顺势从基坑的侧向涌入，严重时，坑外潜水水位下降或者含水量降低过多，则坑外地面沉降加剧。因此，基坑内严格按照设计要求降水，使水位平稳下降，避免因水位急剧下降而导致沉降量增加[5]。限定单泵出水量，防止因出水量过大、地下水流速过急，而带动细砂涌入井内，造成地基层破坏。

5.3 优化土方开挖方案

基坑土方开挖必须坚持“分层、分区、对撑、限时”的原则，并严格按照围护设计要求尽早形成对撑（南北向先形成，再东西向形成），以减少对轨交车站、区间隧道的影响。为减小基坑开挖时土体的时空效应，加快基坑挖土及出土速度，控制围护体的变形，本工程基坑第1、2层土方采用分块开挖的方式，D1、D2、E三区按分块依次开挖[6-7]。

待基坑开挖至坑底后，后续工程应及时跟进，垫层随挖随浇，分块面积控制在200 m2内，靠轨交结构侧设置加筋垫层，并尽快施工底板，以抵抗坑底隆起变形。

6 轨交结构变形数据分析

运营轨交车站、隧道结构变形数据取距离其最近的基坑，从第2层土方开挖至底板结束。从轨交运营方提供的监测报表可以看出，基坑施工过程中，随着支撑、垫层、底板的形成，轨交车站、隧道结构变形数据有明显的收敛，符合基坑开挖过程中的轨交结构变化规律[8]。通过优化围护工程施工工序、合理安排基坑降水、优化土方开挖方案，轨交车站、隧道结构的变形数据均在可控范围内。

7 结语

项目于2018年8月14日完成基础底板施工，基坑围护及轨交结构变形数据较好，同时对周边环境的影响也非常小。通过对基坑围护结构、轨交车站、隧道结构的变形数据进行分析，主要得出以下3个结论：

1）地下连续墙施工过程中通过采取间隔跳打、增大成槽孔泥浆比重、减少裸槽时间等方式，提高地下连续墙施工质量，可以有效地控制基坑、轨交结构的变形。

2）紧邻轨交车站、隧道的深基坑施工过程，由于轨交车站结构刚度对隧道结构刚度大，明显可以看出轨交车站的变形比隧道变形小。

3）随着基坑支撑、垫层、底板的形成，轨交车站、隧道结构变形数据有明显的收敛，变形速率变缓。

由此可见，在紧邻运营轨交的深基坑施工过程中，变形控制不仅需要注意施工过程的现场管理，还需要根据变形数据，不断地调整技术措施，进一步减小因应力释放造成的基坑微变形，进而降低对周边环境的影响，才能确保运营轨交的安全。