鄰近地鐵隧道及辦公區(qū)的深基坑施工

邱經(jīng)緯

上海陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)開發(fā)股份有限公司 上海 200120

隨著城市建設不斷推進，地下空間不斷利用開發(fā)，在現(xiàn)有運營地鐵周邊進行深基坑施工對地鐵周邊環(huán)境影響較大。盡管已有大量相關工程對周邊環(huán)境相互影響的分析研究，但在緊貼地鐵超深基坑的不同施工環(huán)境下，既要保證基坑安全穩(wěn)定，又要確保緊貼基坑的地鐵區(qū)間隧道的沉降變形在可控范圍依舊復雜[1-6]。以上海前灘16-2地塊為例，對基坑施工進行優(yōu)化研究，確保地鐵正常運營，周邊樓宇安全。

1 工程概況

1.1 周邊環(huán)境概況

背景項目位于上海市浦東新區(qū)楊思西路以北、東育路以東、濟陽路以西、企榮路以南。工程地下3層，靠近地鐵側為地下2層；地上裙房4層，主樓130層。

南側鄰近楊思西路下軌道交通8號線東方體育中心站—楊思站區(qū)間隧道，基坑邊線平行地鐵結構延長距離約190 m。北側距離企榮路前灘企業(yè)天地辦公樓及裙房約22 m（圖1）。

圖1 基坑周邊環(huán)境平面示意

1.2 地質(zhì)水文概況

擬建場地位于上海市浦東新區(qū)，屬長江三角洲沖積平原，地貌形態(tài)較單一，地貌類型屬濱海平原。勘察測得地面標高一般在4.19～5.41 m，平均標高4.59 m。場地范圍內(nèi)揭露的地基土均屬第四紀沉積物，主要由黏性土、粉性土及粉砂組成，主要涉及土層有⑤3-2透鏡體土層⑤3-2t灰色粉質(zhì)黏土，第⑦層在局部分布有⑦t灰色粉質(zhì)黏土。

潛水穩(wěn)定水位埋深在地面以下0.50～1.20 m，相應標高在3.43～4.21 m之間。平均潛水位標高為3.82 m。承壓水分布于⑤2-1層砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土、⑤2-3層粉砂和⑤3-2層砂質(zhì)粉土中。

1.3 基坑概況

基坑開挖面積約15 775 m2，基坑周長560 m，開挖深度約15.2 m，安全等級為一級，環(huán)境保護等級為一級。地下3層開挖面積約13 205 m2，與隧道外邊線最小凈距20 m；地下2層開挖面積約2 285 m2，開挖深度約10.8 m，與隧道外邊線最小凈距9.3 m。隧道頂覆土8.5～12.2 m。整個基坑分為6個區(qū)：1區(qū)開挖面積6 209 m2，開挖深度14.55～16.25 m；2區(qū)開挖面積6 993 m2，深度14.55 m；3區(qū)—6區(qū)開挖面積651 m2，開挖深度10.6 m。

2 地鐵隧道實地勘察及控制要求

圍護施工前在對應的地鐵影響范圍內(nèi)隧道結構確認中發(fā)現(xiàn)，對應基坑的隧道區(qū)間上行線結構由于年代久遠，較多環(huán)號均發(fā)現(xiàn)有滲漏水及結構病害現(xiàn)象。最終，為保護地鐵結構，控制變形速率，確定要求如下：最終絕對沉降、隆起值、水平位移量＜20 mm，施工引起的地鐵結構變形速率＜1 mm/d，且不得影響其安全及正常運營。

綜上情況，需結合工程實際情況制定優(yōu)化方案并制定相應措施，在基坑施工時以確保地鐵運營安全為首要施工原則。

3 基坑施工措施

1區(qū)及2區(qū)圍護采用地下連續(xù)墻＋3道鋼筋混凝土支撐，3區(qū)—6區(qū)圍護采用地下連續(xù)墻＋1道鋼筋混凝土支撐＋2道φ609 mm鋼管水平支撐。

3.1 圍護加固措施

地下連續(xù)墻的剛度大，但是由于其需開挖狹長深槽，受土質(zhì)影響，狹長深槽的自立性較差，較易發(fā)生槽壁坍塌且深槽的塌方量較大，極可能造成土體位移，這對地鐵隧道的保護是非常不利的。為此，采取以下措施：

1）對非地鐵側的1區(qū)、2區(qū)處：地下連續(xù)墻成槽前，用φ850 mm水泥土攪拌樁對地下連續(xù)墻兩側進行加固。為保證加固達到預期效果，水泥摻入量≥20%，加固深度范圍26～28 m?？觾?nèi)三軸水泥土攪拌樁加固體與地下連續(xù)墻間300～500 mm空隙采用φ600 mm的三重管高壓旋噴樁填充加固，加固范圍－23.90～－7.80 m。

2）對地鐵側3區(qū)—6區(qū)：采用φ850 mm的三軸水泥土攪拌樁進行抽條加固，水泥摻量≥23%，加固范圍－24.00～－5.20 m。同時，在新老地下連續(xù)墻連接處采用RJP旋噴樁進行止水加固，以保證開挖施工時的防水要求。

3）對地鐵側地下連續(xù)墻采用了間隔施工法，間距3幅；同時在地下連續(xù)墻內(nèi)預留注漿管，當?shù)叵逻B續(xù)墻達到設計強度后即進行墻底注漿，以減小支護結構的位移，并將單幅地下連續(xù)墻施工時間嚴格控制在16 h內(nèi)完成。

3.2 提高降水效率及加強監(jiān)測

本工程開挖范圍內(nèi)主要以淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土土層為主，具有含水量高、強度低、滲透性差的特點，基坑開挖時極易產(chǎn)生流變、蠕變現(xiàn)象。若不采取措施降低土層含水量，將造成開挖面軟弱、積水等不良現(xiàn)象，影響開挖面上的施工，較高的含水量也使得土體自立性差，影響開挖效率。

采用疏干降水深井形式進行潛水處理，并盡可能增加預抽水時間；采用新型超級壓吸聯(lián)合抽水系統(tǒng)（圖2），有效疏干需要開挖土體，降低基坑開挖深度范圍內(nèi)的土體含水量，從而確保順利開挖。

圖2 超級壓吸聯(lián)合抽水系統(tǒng)

由于位于地鐵隧道20 m控制線范圍內(nèi)，需要密切注意坑外水位變化，防止由于隔水帷幕止水效果問題導致坑外水位有較大變化，造成坑外地面、地鐵區(qū)間隧道和管線產(chǎn)生較大沉降，因此需要布置坑外觀測井觀測水位變化。對場地南側地鐵隧道及場地周邊市政管道沉降情況進行重點監(jiān)測，當沉降接近報警值時，對坑外觀測兼回灌井進行回灌，控制坑外沉降。為有針對性地對⑤2-1層和⑤2-3層進行水位觀測和回灌，在該2層分別布設坑外觀測兼回灌井。

3.3 支撐優(yōu)化措施

項目把位移和變形控制放在首位，尤其是靠近地鐵側更是重點保護對象。同時工程可利用場地極其有限，除南側圍護體與紅線距離大部分能達到6 m外，其余三側圍護體與紅線距離不足3 m，無法滿足車輛通行要求，給場內(nèi)交通組織、材料堆放等帶來了極大困難。為此，對支撐采取以下優(yōu)化措施：

首先，在靠近楊思西路地鐵側3區(qū)及6區(qū)第2道、第3道轉角處設置鋼筋混凝土角撐及板撐，以增加支撐體系剛度，再在3區(qū)—6區(qū)基層底板厚300 mm墊層內(nèi)設置H型鋼支撐，并施加300 kN預加軸力。

其次，支撐集中分段施工，快速形成支撐體系。開挖階段將整個大坑支撐分為10塊，每塊區(qū)域面積約為600 m2，集中人力和機械開挖，隨挖隨澆筑（后續(xù)分塊支撐混凝土強度相應提高至C60），確保每塊區(qū)域從挖土到混凝土支撐澆筑完成的施工時間控制在12 h內(nèi)。

最后，優(yōu)化棧橋，將后開挖區(qū)域的基坑部位澆筑硬地坪作為材料堆場和加工廠，在滿足堆載不超過設計要求的前提下用作材料堆場，支撐施工所需的鋼筋預先加工配置，及時運至現(xiàn)場隨用隨運。

3.4 基坑開挖及底板澆筑措施

考慮基坑開挖對地鐵和周邊環(huán)境的影響，開挖分6個區(qū)域（圖3）。首先開挖1區(qū)，待1區(qū)底板到強度后進行2區(qū)開挖；待1區(qū)出±0 m后依次進行3區(qū)、4區(qū)施工，其中3區(qū)底板達到強度后進行4區(qū)開挖；2區(qū)出±0 m后依次進行5～6區(qū)開挖，其中5區(qū)底板達到強度后，方可進行6區(qū)開挖。

圖3 基坑分區(qū)示意

為了減少挖土時支護結構的變形，采用了順作盆式開挖，在及時形成對撐的情況下，根據(jù)出入口的位置進行四周土方的開挖。這種開挖方式的優(yōu)點是擋墻的無支撐暴露時間短，同時保留了地鐵側20 m區(qū)域的保護性土坡，這部分留土的反壓可抵消部分土壓力，以減小支護結構的變形。

本工程土方共分4次挖至基坑底，每次先行開挖中部或遠離地鐵側的部位，保留地鐵側20 m范圍內(nèi)的土體1∶1.5放坡，為之后鄰近地鐵側的施工提供支撐工作面。

2區(qū)基礎底板施工時進度較為緊迫，需滿足地鐵監(jiān)護60 d的施工要求。為了確保地鐵區(qū)間隧道及2區(qū)基坑結構安全，加快2區(qū)地下室回筑施工進度，確認取消原有后澆帶改為跳倉法施工，最終在55 d內(nèi)提前完成。

4 地鐵監(jiān)測及措施

施工期間經(jīng)地鐵監(jiān)護委托第三方機構的監(jiān)測，本工程對基坑、地鐵進行施工階段全過程監(jiān)測。

重點分析1—6區(qū)基坑分區(qū)開挖階段，對地鐵區(qū)間隧道上行線靜力水準儀自動化沉降、激光測距自動化收斂數(shù)據(jù)進行整理顯示：

上行線沉降累積變化值：1區(qū)—2區(qū)開挖階段，沉降值范圍2.01～3.35 mm；1區(qū)—2區(qū)底板結束后進行上行線外側及下行線內(nèi)側注漿，直至收斂值成功回歸至預期值，注漿至區(qū)塊開始開挖期間的沉降范圍為－4.47～3.35 mm；3區(qū)—6區(qū)開挖階段，沉降值范圍－4.47～3.54 mm。

上行線收斂累積變化值：1—2區(qū)開挖階段，沉降值范圍7～21 mm；1區(qū)—2區(qū)底板結束后進行上行線外側及下行線內(nèi)側注漿，注漿至區(qū)塊開挖期間的收斂累積變化范圍為21～23 mm；3區(qū)—6區(qū)開挖階段，收斂累積值范圍23～30 mm。

地鐵隧道最終實測絕對沉降量及水平位移量僅有2處達到20 mm（測點共49處，累積變化量報警的2處由于原先初始變量就已達近10 mm），完全符合地鐵正常運行的要求。

綜合分析各階段上行線沉降累積變化值、收斂累積值變化規(guī)律可知，分區(qū)施工方法及注漿節(jié)點的把控對于控制地鐵區(qū)間隧道變形、沉降起到重要作用，也充分證明了施工前制定的各項施工方案優(yōu)化和措施都是行之有效的，達到了預期效果。

5 地鐵隧道注漿措施

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)情況結合現(xiàn)場實際條件（企榮路側人行道路下管線眾多），先后進行了2次微擾動注漿加固（圖4），2019年12月29日—2020年1月12日，加固8號線上行線185環(huán)—215環(huán)。2020年12月12日—2021年1月18日，加固8號線上行線97環(huán)—228環(huán)。

圖4 微擾動注漿剖面

第1次注漿上行線185環(huán)—215環(huán)范圍，注漿前隧道直徑與設計值相比，變形值在55.1～89.1 mm之間，注漿后隧道直徑與設計值相比，變形值在51.2～77.1 mm之間，注漿施工引起的直徑縮小，最大為14.4 mm。

第2次注漿上行線97環(huán)—228環(huán)范圍，注漿前隧道直徑與設計值相比，變形值在45.6～94.2 mm之間，注漿后隧道直徑與設計值相比，變形值在48.1～79.7 mm之間，注漿施工引起的直徑縮小，最大為16.2 mm。

通過對區(qū)間隧道兩側土體進行微擾動注漿的補強加固，有效緩解區(qū)間隧道的進一步擴張變形，防止區(qū)間隧道因結構持續(xù)擴張變形而產(chǎn)生滲漏水、漏泥漏砂、結構裂縫甚至管片碎裂破壞等病害。

6 結語

前灘16-02地塊項目工程深基坑施工實踐表明：進行地鐵邊及對地基沉降、位移要求極高的深基坑施工時，必須嚴格按照“時空效應”理論組織施工，這對減少地下連續(xù)墻圍護體的沉降、位移的累積變形量極為有利；在土方開挖至設計標高后，應快速完成混凝土墊層，以控制土體的反彈、圍護體的側向位移；在鄰近基坑邊開挖面以下進行土體加固效果顯著，對抑制坑底土的隆起和地下連續(xù)墻的突變起到很好的支撐作用；施工中應對隧道收斂變形進行治理，確保施工區(qū)域內(nèi)的隧道收斂變形趨于穩(wěn)定，確保后續(xù)施工過程中地鐵的運營安全。