緊鄰多條運(yùn)營地鐵的深基坑變形控制研究

陳賽亮

上海建工一建集團(tuán)有限公司 上海 200120

1 工程背景

1.1 工程概況

上海市廣川A地塊商品房項(xiàng)目位于長安路南側(cè)，東鄰梅園路，南至光復(fù)路，西靠金峰大廈、五礦大廈，緊鄰運(yùn)營中的上海軌交漢中路站。軌交13號(hào)線漢中路車站南北方向橫穿施工場地，埋深約31 m，軌交12號(hào)線漢中路車站、區(qū)間隧道位于基坑北側(cè)，埋深約20 m，軌交1號(hào)線區(qū)間隧道位于基坑?xùn)|北側(cè)，埋深約11 m。其中軌交12、13號(hào)線車站圍護(hù)體與項(xiàng)目基坑圍護(hù)共墻，端頭井距基坑最近僅3.0 m；軌交1號(hào)線區(qū)間隧道距基坑最近為21.9 m（圖1）。

基坑開挖深度為9.62、9.82、10.02 m，局部深坑落低1～3 m，采用明挖順作法施工。基坑分為D1、D2及E三個(gè)區(qū)進(jìn)行施工，首先施工D1區(qū)基坑，待D1區(qū)基坑內(nèi)部結(jié)構(gòu)完成后，再同時(shí)施工D2及E區(qū)基坑。基坑圍護(hù)體系為三軸攪拌樁止水帷幕及地下連續(xù)墻。

圖1 周邊環(huán)境示意

1.2 工程地質(zhì)、水文條件

根據(jù)地勘報(bào)告，本工程位于正常地層分布區(qū)，主要由飽和黏性土、粉性土及砂土組成，具水平層理。場地的地層分布整體較穩(wěn)定，局部地段地層有一定起伏。

本場地地下水類型主要有淺部土層的潛水和深部粉（砂）土層中的承壓水，與基坑施工密切相關(guān)的主要為淺部土層中的潛水。

1）潛水：場地淺部土層的潛水水位高低主要取決于降雨量的大小和雨期持續(xù)時(shí)間。根據(jù)地勘報(bào)告，地下潛水穩(wěn)定水位埋深為1.2～1.7 m，其相應(yīng)標(biāo)高為1.58～2.37 m。

2）承壓水：場地第⑦層為上海地區(qū)第一承壓水含水層。據(jù)相關(guān)工程長期水位觀測資料，承壓含水層水位年呈周期性變化，承壓水水位埋深的變化幅度在3.0～12.0 m。

2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)理論分析

2.1 環(huán)境條件及基坑保護(hù)等級(jí)

綜合基坑本身情況及周邊環(huán)境，并結(jié)合相關(guān)規(guī)范的要求，本基坑的安全等級(jí)均為一級(jí)；基坑環(huán)境保護(hù)等級(jí)除D1區(qū)為二級(jí)，其余均為一級(jí)。

2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)理論分析

D2區(qū)靠近軌交1、12號(hào)線區(qū)間側(cè)，E區(qū)靠近五礦大廈側(cè)，D1、D2區(qū)采用厚800 mm地下連續(xù)墻，其余范圍均采用厚600 mm地下連續(xù)墻的圍護(hù)形式。沿基坑深度方向采用2道鋼筋混凝土支撐。采用同濟(jì)啟明星軟件以及基坑穩(wěn)定性計(jì)算軟件，對(duì)地塊基坑取D2區(qū)靠近軌交1、12號(hào)線區(qū)間側(cè)，D2區(qū)其他區(qū)域，D1、D2區(qū)端封墻處，E區(qū)靠近五礦大廈側(cè)，E區(qū)其余范圍等5個(gè)斷面進(jìn)行分析計(jì)算：

1）D2區(qū)靠近軌交1、12號(hào)線區(qū)間側(cè)：圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)向位移為12.2 mm，滿足一級(jí)基坑側(cè)移控制要求。

2）D 2 區(qū)其他區(qū)域：圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)向位移為17.2 mm，滿足一級(jí)基坑側(cè)移控制要求。

3）D1、D2區(qū)端封墻處：圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大向位側(cè)移為25.7 mm，滿足二級(jí)基坑側(cè)移控制要求。

4）E 區(qū)靠近五礦大廈側(cè)：圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)移為14.2 mm，滿足一級(jí)基坑側(cè)移控制要求。

5）E區(qū)其余范圍（厚600 mm地下連續(xù)墻區(qū)域）：根據(jù)計(jì)算結(jié)果，圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大側(cè)向位移為17.2 mm，滿足一級(jí)基坑側(cè)移控制要求。

3 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)分析

3.1 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)

根據(jù)基坑監(jiān)測單位提供的數(shù)據(jù)，基坑施工對(duì)圍護(hù)墻體深層水平位移的影響與開挖的工序和測孔埋設(shè)位置有關(guān)。土方開挖后暴露的時(shí)間越長，墻體的變形越大；一旦支撐形成，圍護(hù)墻體的位移增量迅速遞減[1]。位于基坑中間段的墻體的變形量明顯小于基坑端兩側(cè)的變形量。

取基坑距軌交車站、隧道結(jié)構(gòu)最近的地下連續(xù)墻測斜點(diǎn)及基坑其他區(qū)域最大地下連續(xù)墻測斜點(diǎn)，作為基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形的主要依據(jù)，同時(shí)與理論計(jì)算變形值進(jìn)行分析。

1）D2區(qū)靠近軌交1、12號(hào)線區(qū)間側(cè)最大變形數(shù)據(jù)為16.9 mm（CX07）（圖2）。

2）D2區(qū)其他區(qū)域最大變形數(shù)據(jù)為17 mm（CX06）（圖3）。

圖2 CX07測斜孔累計(jì)變形曲線

圖3 CX06測斜孔累計(jì)變形曲線

3）D1、D2區(qū)端封墻處最大變形數(shù)據(jù)為18.2 mm（CX05）（圖4）。

4）E 區(qū)靠近五礦大廈側(cè)最大變形數(shù)據(jù)2 1.8 m m（CX12）（圖5）。

圖4 CX05測斜孔累計(jì)變形曲線

圖5 CX12測斜孔累計(jì)變形曲線

圖6 CX10測斜孔累計(jì)變形曲線

5）E區(qū)其余范圍最大變形數(shù)據(jù)為17.2 mm（CX10）（圖6）。

3.2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形實(shí)際值與理論值對(duì)比分析

通過對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形實(shí)際值與理論值對(duì)比可以看出，除E區(qū)靠近五礦大廈側(cè)CX12最大變形數(shù)據(jù)為21.8 mm，大于理論值外，其他測斜孔的變形數(shù)據(jù)均小于理論值，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形得到了很好的控制。E區(qū)靠近五礦大廈側(cè)地下連續(xù)墻變形雖然超理論值，但實(shí)際施工過程中對(duì)周邊環(huán)境的影響很小，處于可控范圍內(nèi)。

基坑施工過程中圍護(hù)墻體并未發(fā)生因變形導(dǎo)致的圍護(hù)墻開裂和滲漏水等事故，坑外土體未發(fā)生區(qū)域性的塌陷。基坑圍護(hù)、軌交車站、隧道結(jié)構(gòu)的變形均在控制范圍內(nèi)。

4 基坑施工對(duì)軌交車站、隧道結(jié)構(gòu)變形影響分析

4.1 圍護(hù)工程施工

1）三軸攪拌樁槽壁加固及深坑坑底加固的過程中，會(huì)使土體產(chǎn)生擠壓效應(yīng)，引起周邊構(gòu)筑物的沉降或隆起及側(cè)向位移。

2）地下連續(xù)墻成槽施工，實(shí)際上挖土卸荷的過程，地下連續(xù)墻在成槽過程中如出現(xiàn)深層土坍塌，將會(huì)引起深層土體位移，引起軌交車站、隧道結(jié)構(gòu)體的變形。

4.2 基坑降水

長時(shí)間、大范圍的基坑內(nèi)降水，改變了原有地基應(yīng)力狀態(tài)，會(huì)對(duì)鄰近的軌交車站、隧道結(jié)構(gòu)及建筑物產(chǎn)生附加變形[2-3]，且本工程②3層土滲透系數(shù)過大，容易造成坑底流沙等現(xiàn)象，對(duì)既有軌交運(yùn)營安全產(chǎn)生一定的影響。

4.3 土方開挖

土方開挖過程中，基坑坑底將會(huì)失去上部土方的荷載，使坑底土體向上隆起，進(jìn)而使圍護(hù)結(jié)構(gòu)發(fā)生側(cè)向變形，基坑周邊的土方也會(huì)發(fā)生移動(dòng)，進(jìn)一步會(huì)導(dǎo)致地面沉降及軌交車站、隧道結(jié)構(gòu)體的變形[4]。

5 變形控制技術(shù)措施

5.1 優(yōu)化圍護(hù)工程施工工序，提高施工質(zhì)量

靠近軌交車站、隧道結(jié)構(gòu)側(cè)的地下連續(xù)墻采取間隔跳打方式，間隔應(yīng)該不少于3幅，減少成槽過程中挖土卸載帶來的變形。同時(shí)，地下連續(xù)墻成槽、鋼筋籠安放、混凝土澆筑等施工安排在軌交停運(yùn)的每日23：30至次日05：00。

靠軌交車站、隧道結(jié)構(gòu)側(cè)的地下連續(xù)墻施工時(shí)，適當(dāng)增大成槽孔泥漿比重，減少坍塌程度。減少裸槽時(shí)間，成槽結(jié)束后及時(shí)澆筑混凝土，從成槽開始到混凝土澆筑完成，單幅成墻時(shí)間控制在15 h之內(nèi)。

施工過程須嚴(yán)格控制、跟蹤并檢查每根三軸攪拌樁的水泥用量、樁長、攪拌頭下降和提升速度、漿液流量、噴漿壓力、成樁垂直度、標(biāo)高等。攪拌樁樁體達(dá)到28 d齡期后，應(yīng)鉆孔取芯測試，其抗壓強(qiáng)度應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

5.2 合理安排基坑降水

本工程基坑在開挖深度范圍內(nèi)的地層中局部含粉性土較多，一旦在開挖深度范圍內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)有薄弱點(diǎn)，地下水和細(xì)顆粒含水介質(zhì)均會(huì)順勢從基坑的側(cè)向涌入，嚴(yán)重時(shí)，坑外潛水水位下降或者含水量降低過多，則坑外地面沉降加劇。因此，基坑內(nèi)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求降水，使水位平穩(wěn)下降，避免因水位急劇下降而導(dǎo)致沉降量增加[5]。限定單泵出水量，防止因出水量過大、地下水流速過急，而帶動(dòng)細(xì)砂涌入井內(nèi)，造成地基層破壞。

5.3 優(yōu)化土方開挖方案

基坑土方開挖必須堅(jiān)持“分層、分區(qū)、對(duì)撐、限時(shí)”的原則，并嚴(yán)格按照圍護(hù)設(shè)計(jì)要求盡早形成對(duì)撐（南北向先形成，再東西向形成），以減少對(duì)軌交車站、區(qū)間隧道的影響。為減小基坑開挖時(shí)土體的時(shí)空效應(yīng)，加快基坑挖土及出土速度，控制圍護(hù)體的變形，本工程基坑第1、2層土方采用分塊開挖的方式，D1、D2、E三區(qū)按分塊依次開挖[6-7]。

待基坑開挖至坑底后，后續(xù)工程應(yīng)及時(shí)跟進(jìn)，墊層隨挖隨澆，分塊面積控制在200 m2內(nèi)，靠軌交結(jié)構(gòu)側(cè)設(shè)置加筋墊層，并盡快施工底板，以抵抗坑底隆起變形。

6 軌交結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)分析

運(yùn)營軌交車站、隧道結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)取距離其最近的基坑，從第2層土方開挖至底板結(jié)束。從軌交運(yùn)營方提供的監(jiān)測報(bào)表可以看出，基坑施工過程中，隨著支撐、墊層、底板的形成，軌交車站、隧道結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)有明顯的收斂，符合基坑開挖過程中的軌交結(jié)構(gòu)變化規(guī)律[8]。通過優(yōu)化圍護(hù)工程施工工序、合理安排基坑降水、優(yōu)化土方開挖方案，軌交車站、隧道結(jié)構(gòu)的變形數(shù)據(jù)均在可控范圍內(nèi)。

7 結(jié)語

項(xiàng)目于2018年8月14日完成基礎(chǔ)底板施工，基坑圍護(hù)及軌交結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)較好，同時(shí)對(duì)周邊環(huán)境的影響也非常小。通過對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、軌交車站、隧道結(jié)構(gòu)的變形數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，主要得出以下3個(gè)結(jié)論：

1）地下連續(xù)墻施工過程中通過采取間隔跳打、增大成槽孔泥漿比重、減少裸槽時(shí)間等方式，提高地下連續(xù)墻施工質(zhì)量，可以有效地控制基坑、軌交結(jié)構(gòu)的變形。

2）緊鄰軌交車站、隧道的深基坑施工過程，由于軌交車站結(jié)構(gòu)剛度對(duì)隧道結(jié)構(gòu)剛度大，明顯可以看出軌交車站的變形比隧道變形小。

3）隨著基坑支撐、墊層、底板的形成，軌交車站、隧道結(jié)構(gòu)變形數(shù)據(jù)有明顯的收斂，變形速率變緩。

由此可見，在緊鄰運(yùn)營軌交的深基坑施工過程中，變形控制不僅需要注意施工過程的現(xiàn)場管理，還需要根據(jù)變形數(shù)據(jù)，不斷地調(diào)整技術(shù)措施，進(jìn)一步減小因應(yīng)力釋放造成的基坑微變形，進(jìn)而降低對(duì)周邊環(huán)境的影響，才能確保運(yùn)營軌交的安全。