臨近地鐵側微擾動施工措施的研究

焦 卓

(上海市基礎工程集團有限公司，上海 200433)

1 概述

基坑安全和周邊變形控制，是衡量深基坑工程成敗的兩大關鍵因素。上海近地鐵側深基坑施工作為復雜環(huán)境下施工的最具代表場景之一，以其嚴苛的變形控制和規(guī)范的全過程施工聞名業(yè)內。隨著上海2035規(guī)劃愿景的藍圖逐步實施，未來上海的軌道交通將迎來里程碑式的建設大潮，隨之而來的近地鐵深基坑施工也將愈發(fā)普及、愈發(fā)復雜。對臨近地鐵側微擾動施工措施的研究已然刻不容緩，意義深遠。

2 工程案例

2.1 工程概況

1)基坑概況。

前灘21-05地塊綠化總體及周邊聯絡通道工程，擬建場地位于上海市浦東新區(qū)前灘地區(qū)21-05地塊，東、北至前康路，南至海陽西路，西至東育路。項目總建筑面積為9 205 m2(地下建筑面積3 550 m2，地上建筑面積200 m2)，項目工程主要為(綠化、綠化管理用房、地下空間、與周邊建筑的聯絡通道，新建下沉式廣場約700 m2等)。主要工作量見表1～表3。

表1 圍護參數統計

表2 圍檁、支撐參數統計表

表3 地基加固參數統計

2)地質概況。

本工程基坑施工有直接影響的為淺部土層中的潛水，其補給來源主要為大氣降水?？辈鞙y得鉆孔中潛水穩(wěn)定水位埋深約0.3 m～1.50 m。

b.微承壓水。

對工程有影響的主要是微承壓水和承壓水，根據勘探成果，微承壓水賦存于上更新統地層中的粉性土或砂土中，其水位低于潛水位，呈周期性變化，承壓水水位埋深約為3 m～11 m。本工程微承壓水賦存于第⑤層(⑤2,⑤3-2)中，第⑤3-2層埋深較深，對本工程基坑開挖無影響。

3)環(huán)境概況。

本工程擬建場地位于上海市浦東新區(qū)前灘地區(qū)，東、北至前康路，南至海陽西路，西至東育路?；訓|北側緊鄰運營中的軌道交通6號線東方體育中心站—靈巖南路站區(qū)間及軌道交通11號線東方體育中站—三林站，地鐵結構為隧道，基坑離開軌道交通11號線區(qū)間隧道最近處約10 m，距離6號線最近處約30 m。西北角臨近既有BRT車站，離開基坑最近處約3 m。西側為在建“前灘中心地塊項目”；南側為規(guī)劃“上海前灘信德文化中心項目”。與地鐵位置關系平面圖見圖1。

2.2 臨近地鐵側微擾動措施

1)優(yōu)化施工參數。

1961年出生的蔡振華，7歲開始練習乒乓球。進入無錫市少體校后，經過短短四個月訓練，就拿到市少年組冠軍。在1981年的第36屆世乒賽上，蔡振華獲得男雙冠軍、混雙以及男單亞軍。之后的兩屆世乒賽，他的成績依然耀眼。

近地鐵側微擾動施工的主要目的是控制軌交變形，而變形控制的根基取決于施工參數的控制。該基坑在嚴苛的軌交保護區(qū)內作業(yè)，水泥樁的水泥摻量、水灰比、施工速度等施工參數的優(yōu)化就顯得尤為重要。

為此，正式施工前針對不同的樁型，在距離軌交隧道區(qū)間55 m處分別采用12組試樁，并在距離試驗樁分別為3 m，6 m，9 m處各布設1根土體測斜管。進行試樁時，通過對“9宮格”式監(jiān)測孔進行監(jiān)測，以模擬三軸攪拌樁施工時對地鐵的影響，以便后續(xù)確定施工參數。

最終，通過試樁選定各種樁型中對地鐵影響最小的施工參數作為今后的控制參數，從源頭上減小對軌交的擾動。選定施工參數統計表見表4。

表4 選定施工參數統計表

2)優(yōu)化施工順序。

變形控制，不僅需要有精準的施工參數，同樣還離不開合理的施工順序安排。對于該工程復雜的軌交形勢，經認真分析制定施工流程：槽壁加固地墻→超深三軸→坑內裙邊、墩式、落深加固鉆孔灌注樁→首道混凝土支撐→基坑開挖的順序。

目的在于：首先通過施工槽壁加固+地墻組合在近地鐵側筑起一道強有力的圍護墻，將地鐵與基坑內施工有效隔離；其次通過先加固后施工鉆孔灌注樁的施工安排，有效提高土體強度，進一步削弱鉆孔灌注樁施工對地鐵變形的影響。超深三軸見圖2，地墻成槽見圖3。

3)優(yōu)化深基坑施工。

a.降水。

本工程主要涉及⑤2層微承壓水，厚度為22.13 m。經承壓水抗突涌計算，基坑在開挖至8.7 m深度范圍內處于臨界安全邊際，繼續(xù)向下開挖至10.5 m深度時需要著重考慮承壓水的減壓問題。

潛水：通過布設15口17 m深的疏干井，結合真空泵疏干，單口井有效降水面積180 m2。每層土方開挖前預降水，將水位降至開挖面以下1 m即可。在每層土預降水過程中嚴格控制水泵的位置，使水泵始終處于該層土開挖面以下2 m位置，不可一次性將水泵置于基坑總開挖面以下，超前降水，進而影響地鐵變形控制。

微承壓水：局部地下兩層區(qū)開挖深度為10.5 m，從8.7 m 深度繼續(xù)向下開挖時需要啟動降壓井。本基坑的圍護為近地鐵側采用21 m～25.5 m的800 mm厚地墻，其他區(qū)域采用樁長26 m的SMW工法，在局部地下兩層區(qū)四周采用43.5 m超深三軸攪拌樁止水，坑內又采用10.9 m深度的裙邊加固，對第二道混凝土支撐至坑底以下5 m進行加固，因此局部地下兩層區(qū)為封閉空間，況且43.5 m的超深三軸穿越⑤2層，進入⑤3-1層，已隔斷⑤2層微承壓水，可在開挖過程中按需降壓。而基坑內其他區(qū)域圍護體深度僅21 m～26 m不足以隔斷⑤2層微承壓水，一旦啟動降壓，坑外水位將迅速補給，對坑外地鐵變形造成難以估量的變形影響，故這部分區(qū)域嚴禁降壓。因為牽涉到承壓水降壓，根據該區(qū)域要求需要考慮可能存在的回灌問題?；诖?，承壓井坑內布設5口(4用1備，1口位于局部地下兩層區(qū))，深度24 m，坑外地鐵側73 m范圍內布設8口深度為30 m的回灌井，其余區(qū)域均勻布設8口深度為30 m的回灌井。一旦需要啟動回灌，可迅速開啟回灌井作業(yè)。

b.支撐、土方開挖。

基坑北側緊靠地鐵11號、6號線區(qū)間隧道，開挖中土方卸載勢必引起基坑周圍土體的位移變化，對區(qū)間隧道產生不利影響?；油练介_挖針對上海地區(qū)軟土的流變特性，工程施工時應用“時空效應”原則，嚴格限時、支撐開挖要求。土方開挖、支撐施工總原則是嚴格執(zhí)行“分層分段、留土護壁(近地鐵側按照單層4倍開挖深度留土保護)、限時、支撐開挖”?；娱_挖基本信息統計表如表5所示。

表5 基坑開挖基本信息統計表

常規(guī)基坑開挖“先深后淺”，本次因開挖10.5 m的局部地下兩層區(qū)位于近地鐵側，因此總體開挖思路為：由遠離地鐵側開挖至近地鐵側；地下1層底板澆筑完成后再開挖局部地下兩層區(qū)。主要開挖工況為：開挖第一層土；澆筑第一道鋼筋混凝土支撐；整體開挖第二層土；澆筑第二道鋼筋混凝土支撐；開挖局部第三層土；施工墊層、防水卷材、底板、牛腿；開挖局部第四層土(局部地下兩層區(qū)至鋼支撐底部)，施工鋼支撐；開挖局部第五層土(局部地下兩層區(qū)剩余土方)；施工墊層、防水卷材、底板。

基坑土方開挖期間，要想有效減小對周邊軌道交通的擾動，最好的措施就是快速開挖，及時支撐，盡早發(fā)揮支撐對土體擠壓的“抵抗力”?；颖┞稌r間短，地鐵變形較小；反之，地鐵變形較大。因此限時開挖、開挖方式、施工資源配備成為本次與時間賽跑的決定性指標。另外，在對于局部兩層區(qū)的處理上，項目部采取了一定的措施。局部兩層區(qū)因為是在地下1層區(qū)底板達到強度后，先架設鋼支撐支護(一端作用在底板上現澆的上翻牛腿)，再開挖施工的流程，因此在開挖第三層土方時，對局部兩層區(qū)土方的處理就顯得惟妙惟肖了，如果和該層其他區(qū)域土方一起開挖，但該區(qū)域土體又未開挖到底無法及時澆筑形成有效支撐，實質上增加了該區(qū)域基坑的暴露時間，對坑外地鐵變形的控制是不利的。為此，項目部采取的措施是在開挖第三層土方時，該地下兩層區(qū)未緊鄰圍護墻的另兩側土方1∶1放坡式留土覆蓋，既保證了該區(qū)土體未被提前卸載，又通過放坡保證了留土穩(wěn)定。待該區(qū)域開挖時，首先挖至鋼支撐底部，形成鋼支撐后再繼續(xù)開挖，充分考慮基坑土方卸載后對地鐵變形的擾動。

再次，要有效縮短整體基坑施工的時間，不僅要解決機械、勞動力的配置問題，還要從混凝土上尋求突破口。本工程混凝土支撐強度達到設計值100%后方可開挖下一層土，也就意味著正常情況下原級配混凝土需達到28 d養(yǎng)護后方可繼續(xù)開挖。但近地鐵側深基坑施工有其特殊性，無法等待如此長時間的混凝土養(yǎng)護，所以必須調整混凝土級配，有效壓縮養(yǎng)護時間。為此針對混凝土支撐級配主要做了三點調整，使養(yǎng)護時間縮短為3 d：

第一，混凝土標號由C30提高至C60，提高混凝土強度，縮短養(yǎng)護時間；

第二，摻加早強劑，雖不改變混凝土最終的強度，但可以有效提高早期強度，縮短開挖時間；

第三，提高水泥用量減少礦渣摻量，提高強度?；娱_挖時間節(jié)點統計表見表6。

表6 基坑開挖時間節(jié)點統計表

4)信息化施工。

本工程采用地鐵自動監(jiān)測和深基坑監(jiān)測兩級監(jiān)測網絡，通過對軌道交通的收斂、沉降等數據進行實時監(jiān)測，對基坑施工期間的水位、圍護墻測斜、軸力等進行信息化采集，定期反饋監(jiān)測數據。根據監(jiān)測數據反向調節(jié)施工安排，從而減少對環(huán)境的擾動，達到保護基坑安全和減小地鐵變形的目的。

2.3 工程實施效果

從基坑開挖至底板完成，軌道交通及基坑各項監(jiān)測數據均可控，達到了對周邊環(huán)境的保護要求(沉降、位移報警值：累計值不小于±5 mm，日變化量不小于±0.5 mm；收斂報警值：累計值不小于±5 mm)。軌交監(jiān)測最大數據統計表見表7。

表7 軌交監(jiān)測最大數據統計表

3 結語

近地鐵側深基坑施工，因軌道交通安全屬性加持，其施工難度遠大于普通基坑。因而在實際施工中，要從施工參數、順序、基坑開挖、監(jiān)測等一系列方面挖潛，縮短擾動時間，提高保護質量，從而減小對周邊軌交的擾動。目前，通過各項微擾動措施的實施，軌道交通及基坑各項監(jiān)測數據均可控。