運營地鐵線上蓋項目基坑施工過程中的風險應對措施

周 翔

上海陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)開發(fā)股份有限公司 上海 200126

隨著城市地下空間的大面積開發(fā)，圍繞著地鐵樞紐、車站等進行大型商業(yè)開發(fā)的項目越來越多。這些復雜項目基坑開挖深度深且面積超大、建設周期長，隨之而來的是，建設周期內(nèi)不可預計因素多、安全風險高、管控難度大等一系列問題[1]。而在基坑建設過程中又不可避免地會給周邊的地鐵車站、地鐵區(qū)間帶來直接或間接的影響，故項目設計階段的合理安全籌劃，實施階段的過程高效合理管控，面對出現(xiàn)的問題、安全風險時采用合理且成本可控的對應措施方案是項目成功的關(guān)鍵點，也是近些年眾多工程項目建設所關(guān)心的問題。故以此為方向，基于上海前灘地區(qū)某大型商業(yè)地鐵上蓋項目，對相關(guān)實施經(jīng)驗進行總結(jié)，以為今后類似工程項目提供借鑒參考。

1 背景工程概況

1.1 周邊環(huán)境

背景項目緊鄰運營中的上海軌道交通6、8、11號線東方體育中心站，其中6、11號線區(qū)間隧道把整個基坑分為南北兩區(qū)（圖1）。

圖1 項目周邊環(huán)境示意

北區(qū)基坑西側(cè)離8號線隧道下行線僅10 m；南側(cè)與6、8號線風井共墻，離11號線隧道下行線僅10 m。

南區(qū)基坑西側(cè)緊鄰8號線存車線以及新建楊思西路，下有各類管線；基坑南側(cè)為新建海陽西路，下有各類管線；北側(cè)離11號線隧道上行線僅10 m、離6號隧道上行線僅24 m。

1.2 地質(zhì)情況

工程地基土埋深在20.0～60.0 m范圍內(nèi)主要由雜填土、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏性土組成，其中①層土主要為雜填土、②層至④層土主要為淤泥質(zhì)土、⑤層土主要為粉質(zhì)黏土。本場地處于古河道分布區(qū)，其中⑥層暗綠色粉質(zhì)黏土缺失，地層含水量高、靈敏度高、強度低，同時具有蠕變性和流變性等特點。微承壓含水層主要為第⑤2-1砂質(zhì)粉土和⑤2-2層粉砂，滲透系數(shù)為9.52×10-5～1.45×10-4cm/s，屬中等透水層。根據(jù)現(xiàn)場量測結(jié)果，微承壓水水頭埋深為3.13～3.53 m。另外會影響工程的承壓水層為⑦層粉細砂，為上海市第一承壓含水層，屬良好含水層，富水性好，滲透性好，滲透系數(shù)為1.25×10-4～1.49×10-4cm/s，屬強透水層，靜止水位埋深一般為6.93～7.87 m。

1.3 基坑概述

整個項目占地面積80 489 m2，建筑面積近494 000 m2，整體地下3層，基坑開挖深度15～16 m。本基坑外圍圍護結(jié)構(gòu)采用迎土側(cè)φ850 mm三軸攪拌樁槽壁加固＋厚1 000 mm地下連續(xù)墻＋開挖側(cè)φ850 mm三軸攪拌樁槽壁加固的復合外墻形式，內(nèi)排套打1孔，外排采用搭接250 mm，其中靠近地鐵側(cè)外排采用雙排φ850 mm三軸攪拌樁形式（圖2）。地下連續(xù)墻混凝土設計強度等級為水下混凝土C35，混凝土抗?jié)B等級為P8；三軸攪拌樁采用P·O 42.5水泥。本項目外圍地下連續(xù)墻厚1 000 mm、深45 m，中隔墻均厚800 mm、深30 m。

圖2 地下連續(xù)墻槽壁加固構(gòu)造示意

2 項目基坑建設階段風險要點分析

總結(jié)本地鐵上蓋基坑階段項目管理的實踐經(jīng)驗，基坑建設階段風險可劃分為管理類風險和技術(shù)類風險兩大類。

2.1 管理類風險

2.1.1 資金風險

深基坑工程建設的順利推進是以工程資金的及時投入為基礎的，一旦這個階段工程資金出現(xiàn)問題或投入量縮減，建設方與承包方就會設法降低基坑設計保險系數(shù)、減少工程投入成本，甚至偷工減料，給工程留下隱患，深基坑工程的施工質(zhì)量將不可避免地受到很大影響。

2.1.2 項目團隊管控風險

工程建設過程中，項目團隊（包括設計方、施工承包方）的管理能力和技術(shù)能力對于工程建設至關(guān)重要。如果上述兩類人員的工作能力、對風險的辨識能力、預防及解決風險的能力沒有達到工程建設的要求，則必定在工程建設過程中存在巨大的潛在風險而不能保證工程順利建設，也不能保證工程的施工質(zhì)量。

2.1.3 合同風險

主要是指合同內(nèi)容要覆蓋工程建設的所有內(nèi)容，合同條款是否明確合理，合同雙方的權(quán)利與責任是否明確，特別是風險性較高部分的合同條款及責任要明確（包括經(jīng)濟責任）。另外針對近地鐵、風險性較高的部分可納入工程保險范圍，分擔不可預計風險造成的損失。

2.2 技術(shù)風險

2.2.1 設計的風險

合理的深基坑設計方案是確保基坑安全最重要的環(huán)節(jié)，也是變形控制的重要支撐。設計方案必須考慮項目的實際情況，結(jié)合周邊環(huán)境現(xiàn)狀、開發(fā)建設要求，切忌套用。另外，圍護設計方案必須認真取用地質(zhì)勘探報告地質(zhì)水文數(shù)據(jù)，針對性地設計每個方向的圍護體系[2]。

2.2.2 承壓水的風險

深基坑工程中，承壓水已成為導致基坑工程事故的主要風險之一。當降水方案不合理使降水失效，管理疏忽或降水井施工質(zhì)量存在問題導致不正確的停止減壓或減壓不足，都會導致承壓水位大于安全高度，將會發(fā)生嚴重的突涌現(xiàn)象，直接導致基坑重大事故。同時降承壓水與保護周邊環(huán)境也密切相關(guān)，長時間降壓會引起周邊環(huán)境明顯沉降，在圍護體系的設計中就需要考慮盡可能地隔斷關(guān)聯(lián)承壓水層，以降低這方面的基坑風險[3]。

2.2.3 周邊環(huán)境的風險

復雜的周邊環(huán)境保護是項目建設中很重要的工作，也是設計方案是否有針對性的基礎工作之一。因此，加強對周邊管線、建筑物、地鐵管線及車站的調(diào)查、調(diào)檔、排摸工作顯得相當重要。另外，建設周期內(nèi)加強對基坑開挖深度2倍距離范圍內(nèi)的建筑物的監(jiān)測，及時地收集、分析數(shù)據(jù)，在達到預警值之前采取針對性措施進行保護也是規(guī)避周邊環(huán)境風險的較好、較有效的方法。

3 基坑階段建設安全籌劃

地鐵南北兩側(cè)基坑大面積的卸載勢必會給地鐵管線及車站帶來較大影響，特別是車站結(jié)構(gòu)與管片段連接端頭井部位更是剛性與柔性交界處，更容易出現(xiàn)問題[4]。目前上海市近地鐵側(cè)工程有以下嚴格的變形限制要求：對運營線路和在建線路及結(jié)構(gòu)的保護要求為最終絕對沉降（或隆起）量和水平移量小于10 mm，最終絕對收斂值小于10 mm。當?shù)罔F結(jié)構(gòu)位移、沉降或隆起、收斂變形量連續(xù)3 d同方向日變量達到0.5 mm，必須采取可靠的應急措施，保證地鐵的安全。

針對以上安全風險，項目基坑的分坑籌劃顯得尤為重要，既要很好地滿足整個項目開發(fā)的工期要求、嚴格控制開發(fā)成本，又要盡可能地合理減少對包括地鐵區(qū)間隧道、車站等周邊環(huán)境的影響。故需要合理地進行平面分區(qū)建設，采用分坑開挖減弱長邊效應來減小基坑開挖施工對地鐵設施的不利影響，相關(guān)的分坑參數(shù)不僅要滿足地鐵管理方的控制要求，更要適合項目的開發(fā)周期，如本項目主要從以下幾方面考慮：

1）280 m超高層塔樓建設是本工程的關(guān)鍵，因此分區(qū)籌劃時將塔樓區(qū)放在第一階段實施的分坑內(nèi)；將低層南北區(qū)商業(yè)的施工作為第二階段，可基本與主樓同步竣工，辦公和商業(yè)同步配套啟用；將酒店及附屬結(jié)構(gòu)的施工作為第三大階段，積聚人氣后開始酒店運營，很好地滿足整個項目開發(fā)周期需要。

2）南北區(qū)商業(yè)分坑作為緊靠地鐵管線和車站的基坑，可按照“先遠后近”“先大坑后小坑”的要求進行分坑，大基坑控制原則不大于10 000 m2，靠地鐵側(cè)小基坑不大于1 000 m2。南北2個大區(qū)卸載施工會給運營隧道帶來較大的上浮風險，且嚴格意義上也較難做到同步，故變形規(guī)律也較難掌握。為了降低風險，南北2個大區(qū)大坑卸載順序也需嚴格規(guī)定，優(yōu)先北區(qū)大坑施工至底板后再進行南區(qū)大坑土方卸載，對應的小坑也采用南北區(qū)錯開施工方案[5-6]。

3）地鐵正上方基坑或基礎需嚴格控制荷載及永久結(jié)構(gòu)沉降數(shù)據(jù)，確保“零加載”，樁基應深入⑨層土。

根據(jù)以上原則，本項目分坑及施工順序如圖3所示。

圖3 南北區(qū)分坑籌劃示意

北區(qū)：1區(qū)地下室B1板完成后，再同步開挖2、4、7區(qū)，2、4區(qū)底板完成后開挖3、5區(qū)，最后開挖6區(qū)。

南區(qū)：4區(qū)超高層塔樓底板完成后可開挖1b區(qū)，b區(qū)B1樓板完成后，再同步開挖1a區(qū)、1c區(qū)，a區(qū)、1c區(qū)B1樓板完成后可同步施工對應靠地鐵小坑及5區(qū)酒店區(qū)域，后續(xù)小坑按跳幫施工。

4 典型基坑風險案例介紹

4.1 地鐵隧道區(qū)間糾偏案例

本工程建設周期內(nèi)，因商業(yè)地塊合作方的改變，對建筑方案進行了較大范圍的變更，其間基坑階段有較長時間建設停滯，且另有其他多種因素的綜合作用，導致隧道區(qū)間收斂變形超過報警值。其中，側(cè)南區(qū)1b區(qū)與3a、3b區(qū)中隔墻側(cè)向位移超過40 mm，外側(cè)地下連續(xù)墻超過10 mm，在3a、3b區(qū)基坑施工過程中外側(cè)地下連續(xù)墻的側(cè)向位移又增加20 mm，2次位移累計超過30 mm。地鐵區(qū)間的收斂變形值從初始的23 mm，累積變形至55 mm。為避免后期隧道區(qū)間不斷的收斂變形，發(fā)展到一定程度對地鐵區(qū)間的運營安全產(chǎn)生影響，因此，緊急在后續(xù)小坑沒開挖前啟動了應急預案，與地鐵運營方充分溝通確定糾偏方案，最終采用對南北兩區(qū)緊鄰的11號線兩側(cè)對稱進行分階段注漿糾偏治理方案。

通過對區(qū)間隧道兩側(cè)土體進行微擾動注漿進行補強加固，可以有效緩解區(qū)間隧道的進一步擴張變形，防止區(qū)間隧道因結(jié)構(gòu)持續(xù)擴張變形而產(chǎn)生滲漏水、漏泥漏沙、結(jié)構(gòu)裂縫甚至管片碎裂等病害。

注漿時需注意，利用注漿時對土體的擠壓力，通過對隧道兩側(cè)距離隧道一定距離（根據(jù)實際工況確定距離，不同地質(zhì)條件的注漿效果也不相同）進行定點注漿，起到將隧道橫向變形回縮的目的，從而使隧道管片留有足夠的變形余量。

具體實施過程中，需明確注漿范圍為隧道底標高以上5.2 m內(nèi)進行注漿，在隧道兩側(cè)距離隧道邊線3.0、3.6 m各設置2排注漿孔。由于隧道區(qū)間位于深度大約為15 m的地下，而施工鉆孔需從地表進行定位，點位根據(jù)隧道管片的寬度，每1.2 m設置一孔，根據(jù)隧道的走向而設置，且注漿深度需與隧道區(qū)間的深度一致。

通過合理的微擾動注漿糾偏的整治，本項目隧道區(qū)間的收斂變形得到明顯的回收。其中最大點位從原來的絕對變形55 mm回縮至18 mm，使得隧道區(qū)間整體收斂變形的絕對數(shù)據(jù)處于較安全的區(qū)間。在注漿完成后，未注漿區(qū)域與注漿區(qū)域的整體收斂變形數(shù)據(jù)處于較平穩(wěn)的狀態(tài)，確保了隧道區(qū)間整體的安全性。

4.2 圍護體系缺陷事先處理案例

本工程北區(qū)基坑圍護體系迎水面采用等厚度水泥土地下連續(xù)墻（TRD）槽壁加固＋厚1 m地下連續(xù)墻，在具體實施期間，因緊靠8號線側(cè)深層存在大量障礙物，在圍墻體系施工期間采用了包括全回轉(zhuǎn)鉆機、旋挖機等不同的清障方法處理，基本完成了整個圍護體系的封閉。對于局部無法施工TRD槽壁加固區(qū)域，采用了“品”字形高壓旋噴樁止縫方式處理。另外，本工程基坑開挖期間會受⑤層微承壓水及⑦層承壓水層影響，但大量抽取承壓水勢必對包括地鐵管線、車站等周邊環(huán)境帶來較大影響。設計圍護體系考慮了承壓水層的隔斷，故圍護體系施工質(zhì)量以及止水封閉顯得更為重要，為此在基坑開挖前進行了一次承壓水抽水試驗，以充分驗證圍護體系的封閉性。在一周后的數(shù)據(jù)分析顯示，8號線側(cè)觀測井的內(nèi)外水位差不明顯，下降近2.5 m，其余三側(cè)外側(cè)觀察井水位下降0.5～1.0 m，故經(jīng)討論分析該側(cè)圍護體系因障礙物無法完全清除，采用高壓旋噴樁止水效果不好，存在止水帷幕失效的情況。

為了確?；娱_挖期間安全，減少對周邊環(huán)境的影響，必須對止水帷幕進行修補處理，且要隔斷⑤層及⑦層承壓水。經(jīng)方案探討，采用全方位高壓旋噴注漿（MJS）工法樁對該側(cè)止水帷幕進行重新封閉施工，深度隔斷承壓水層，并在該側(cè)坑外增加回灌井。

經(jīng)過處理后進行第二次抽水試驗，該側(cè)坑外觀察井水位下降在1 m以內(nèi)，處理方案較有效，事前發(fā)現(xiàn)問題避免了實施階段的風險。

5 結(jié)語

隨著城市地下空間的大面積開發(fā)，地鐵樞紐、車站等的上蓋大型商業(yè)開發(fā)項目更是開發(fā)商的“香餑餑”，這些復雜項目開發(fā)體量大、基坑結(jié)構(gòu)復雜、周邊環(huán)境保護要求高，建設周期長、投資成本大；隨之而來，建設周期內(nèi)不可預計因素多、安全風險高、管控難度大，容不得建設各方有半點閃失，故需要從項目籌劃、合同內(nèi)容、設計方案、項目各方的管控能力、風險辨識處理方法等各方面綜合考慮，將項目的風險降至最低，可控可防。