運營地鐵上方基坑的分塊施工與監(jiān)測*

董 龍 席永慧 朱毅敏

1. 同濟大學建筑工程系 上海 200092；2. 上海建工一建集團有限公司 上海 200120

1 工程概述

本工程位于上海市靜安區(qū)南京西路地鐵站附近，為南京西路南、石門一路東的一異形地塊。工程將建3 層的休閑廣場（局部1 層），地塊分A、B兩個基坑區(qū)域，總地塊面積約4 300 m2，其中深基礎(chǔ)范圍（A區(qū)）基坑開挖深3.95～4.55 m，面積3 810 m2；淺基礎(chǔ)范圍（B區(qū)）基礎(chǔ)面積約350 m2，開挖深度1.55 m。本文主要研究A區(qū)基坑開挖對其正下方地鐵隧道的影響。

1.1 周圍環(huán)境概況

本工程地塊正下方有運營地鐵穿過，地鐵隧道Φ6.2 m，頂端埋深9.0 m。A區(qū)基坑底板距隧道頂部僅4.5 m左右，隧道位于基坑下長約100 m。基坑位于市區(qū)繁華路段，周圍建筑物及管線密集、復雜，周邊房屋與A區(qū)基坑的最近距離僅25 m。

從周邊環(huán)境特點可見，本工程基坑開挖施工應嚴格控制基坑開挖引起的土層位移，尤其是嚴格控制基坑開挖卸載和地鐵上蓋施工加載對下臥運營中地鐵隧道的影響，以確保地鐵運營安全及周邊環(huán)境的安全。

1.2 工程地質(zhì)概況

工程所處地貌形態(tài)為濱海平原地貌，地勢較為平坦，地面絕對標高在2.41～3.19 m。場地內(nèi)原建筑物主要為居民住宅，目前原有建筑已經(jīng)拆除。基坑設(shè)計時，取自然地面絕對標高為2.80 m。

場地內(nèi)老建筑物基礎(chǔ)、地下障礙物較多，對圍護結(jié)構(gòu)、工程樁、地基加固的施工有一定的影響。

2 基坑加固及圍護情況

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，本基坑的安全等級為三級，環(huán)境保護等級為一級，因此需對基坑的加固及圍護進行設(shè)計?；娱_挖前，采用Φ850 mm三軸攪拌樁對基坑進行加固，加固深度為地面以下7.5 m，另隧道兩側(cè)工程樁范圍內(nèi)加固深度為地面以下17.8 m。A區(qū)基坑圍護結(jié)構(gòu)采用Φ850 mm SMW工法樁，內(nèi)插700 mm×300 mm×13 mm×21 mm的H型鋼（隔一插一）。為控制基坑開挖卸載后坑內(nèi)外土體位移變形，SMW工法樁樁長取為12.0 m，樁端置于第④1層淤泥質(zhì)黏土層中，在隧道上方范圍內(nèi)的SMW工法樁樁長為8.0 m（SMW攪拌樁距離隧道頂面僅1 m）。Φ850 mm三軸攪拌樁坑內(nèi)加固與SMW工法樁的空隙采用三重管高壓旋噴樁填充。

基坑加固、圍護、與隧道關(guān)系見圖1?；觾?nèi)部支撐形式按區(qū)域分別采用鋼管斜拋撐、鋼管對撐、槽鋼角撐，具體支撐分布見圖2。

3 基坑施工要點[1-3]

3.1 基坑施工難點及措施

（a）基坑施工場地狹小，施工困難：施工階段僅布置施工機械及臨堆場，不設(shè)置臨時辦公設(shè)施或加工場地等。施工過程中需配備履帶吊安裝鋼支撐，采用汽車吊下放鋼筋及其他設(shè)備、材料，必要時應根據(jù)工況需要按需進出場，東側(cè)增加大門和占用部分吳江路。

圖1 基坑、加固及與隧道關(guān)系剖面

圖2 基坑支撐平面

（b）底板施工分塊導致鋼筋連接節(jié)點多，無法完全滿足規(guī)范及結(jié)構(gòu)設(shè)計要求：結(jié)構(gòu)設(shè)計取消所有鋼筋接頭必須錯開50％搭接的設(shè)計要求，采用綁扎，搭接長度1 m。同時建議簡化配筋，歸并鋼筋規(guī)格。

（c）底板下防水施工無法滿足7 h要求：取消底板下防水，采用每分塊放置膨脹止水條。待所有分塊底板完成后根據(jù)滲漏點堵漏完成后，在底板上方施工厚2 mm橡化瀝青，最后施工100 mm混凝土整澆層。

（d）各分塊施工時間安排不確定：鑒于地塊位于地鐵隧道正上方施工，需滿足地鐵監(jiān)護，7 h內(nèi)完成每分塊土方開挖至底板混凝土澆筑完成，且有嚴格的時間限制，導致整個地塊底板施工總時間存在不確定性。建議在前期要等施工隧道數(shù)據(jù)穩(wěn)定的前提下，逐步放開施工時間，確保每天晚上施工。

3.2 基坑開挖施工總體流程

限于場地原因，為方便施工，加快施工進度，確保施工對下臥地鐵造成的影響較小，最終整個A區(qū)基坑開挖施工大體分為3 部分進行（A-1→A-2→A-3區(qū)共計59 塊，見圖3）：A-1區(qū)分1#～21#分塊開挖；A-2區(qū)分22#～40#分塊開挖；A-3區(qū)分41#～59#塊開挖。基坑開挖遵循“分層、分塊、限時開挖”的總原則（每天施工時間為22：00～5：00），利用時空效應原理，盡量縮短卸載及加載的時間，嚴格控制基坑隆起。

圖3 基坑開挖分塊

具體施工要點如下：

（a）A-1區(qū)施工時先開挖施工隧道正上方的分塊區(qū)域，再施工Φ609 mm鋼斜拋撐，最后開挖施工隧道兩側(cè)的分塊區(qū)域。分塊的原則既要考慮土方量與隧道位置關(guān)系的影響，也要顧及每塊澆筑的底板下都有工程樁下臥，最大限度地減小下臥地鐵隧道的變形。

（b）開挖A-2區(qū)域時，Φ609 mm鋼支撐應于相應分塊正式開挖前施工，例如施工22#、23#、24#分塊前應先施工4 道角撐；施工24#～40#分塊前應先施工相應位置的鋼對撐。

（c）開挖A-3區(qū)域時，限于基坑場地原因及施工方案，分塊開挖的順序是59#～41#分塊（逆序開挖）。

（d）根據(jù)現(xiàn)有分塊，每分塊將有3～5 根樁頭，及時跟進人工鑿除。底板鋼筋將采用現(xiàn)場綁扎，每分塊下翻梁需預留兩側(cè)鋼筋，長度不小于1 m。由于開挖土體全加固，28 d無側(cè)限抗壓強度≥1.5 MPa，建議白天對當晚需施工分塊進行土體預先打孔破碎?？刂崎_挖至底板混凝土澆筑完成在7 h內(nèi)。

3.3 基坑施工變形控制措施

（a）將基坑分為A區(qū)和B區(qū)兩個區(qū)域先后施工，減少一次性卸載對下臥運營地鐵隧道所產(chǎn)生的不利影響。

（b）A區(qū)及B區(qū)基坑遵循“分塊、限時開挖、及時澆筑底板并壓載”的總原則，快速卸載再壓載以控制地鐵隧道的隆起變形。利用時空效應原理，施工時盡量縮短卸載及加載時間，嚴格控制基坑隆起，防止基坑下方地鐵隧道變形開裂。

（c）A區(qū)基坑坑內(nèi)地基加固與工程樁相結(jié)合，形成“門”式加固體，能夠較好地控制基坑卸載回彈變形，減少下臥運營地鐵隧道的變形。

（d）本工程施工全過程實施信息化監(jiān)測監(jiān)控，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，及時調(diào)整施工參數(shù)，以控制基坑變形和穩(wěn)定。

4 地鐵隧道變形監(jiān)測與分析[4-6]

4.1 基坑變形監(jiān)測方案

本基坑在施工過程中對下臥地鐵運營隧道、基坑周邊地層變形、附近建（構(gòu)）筑物、地下管線等保護對象的變形及受力情況進行了實時監(jiān)測，規(guī)定了變形及變形速率，設(shè)置報警值，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)及時與計算預測值相比較，判斷施工工藝和施工參數(shù)是否符合預期要求，以確定和優(yōu)化下一步的施工參數(shù)，實現(xiàn)信息化施工。

對于各監(jiān)測項目的日變化量速率，當其連續(xù)2 d達到日報警值的情況下應報警。

4.2 基坑下臥隧道變形實測數(shù)據(jù)分析

依據(jù)現(xiàn)場開挖時的監(jiān)測數(shù)據(jù)，繪制了分塊開挖時地鐵隧道的自動沉降變化曲線，依此得出如下結(jié)論：

（a）基坑開挖施工期間，隧道以隆起為主，局部有沉降，符合相關(guān)理論研究的結(jié)果。

（b）地鐵上、下行線隧道隆起量最大值分別為4.12 mm、7.15 mm，均未超過相關(guān)監(jiān)測要求的10 mm限值，說明基坑開挖的分塊及施工順序是合理的。

（c）地鐵下行線隆起量在整個開挖區(qū)域基本都大于地鐵上行線隆起量，這與實際的基坑、隧道關(guān)系相符，即下行線穿過基坑A-1和A-2區(qū)域，而上行線穿過基坑A-3區(qū)域，且先開挖的A-1區(qū)域，故下行線的隆起量偏大。

（d）下行線各曲線之間的變化幅度較上行線各曲線之間的變化幅度偏大，這是因為下行線所位于的基坑開挖區(qū)域暴露時間長，且上行線東段部分相較于下行線不位于基坑正下方，故受基坑開挖影響小，隧道隆起量變化小。

5 結(jié)語

本文就實際工程的基坑開挖對隧道的變形進行了闡述、分析，在施工組織中針對下臥地鐵隧道的安全性措施進行了全面分析，如基坑加固、圍護支撐、土方分塊開挖方案。通過對地鐵隧道沉降變形曲線的分析，說明了施工方制定的施工組織計劃是合理的，達到了預期的要求，將下臥地鐵隧道的變形控制在允許的范圍內(nèi)，切實地保證了地鐵運營期間的安全，其周圍地面沉降、建筑物安全性也得到了很好的控制，確保了整個基坑的順利開挖。