緊鄰滬昆高鐵超深基坑施工監(jiān)測分析

陳 沛（上海東華地方鐵路開發(fā)有限公司，上海 200071）

上海軌道交通機(jī)場聯(lián)絡(luò)線一號風(fēng)井基坑緊鄰滬昆高鐵。本基坑開挖深度大，對高鐵保護(hù)要求高?；拥膰o(hù)設(shè)計、施工過程的工序控制和全面可控的實時監(jiān)測技術(shù)對本基坑安全和高鐵的變形控制起到了重要的作用。本文利用該項目的1 號風(fēng)井 3 號基坑為主要案例，對基坑本體監(jiān)測和高鐵鐵路監(jiān)測進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計，并結(jié)合實際過程中的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，分析基坑開挖期間監(jiān)測變形規(guī)律，用于指導(dǎo)基坑施工，最終確保了基坑及高鐵的安全。本文同時總結(jié)了施工過程中的基坑和高鐵變形規(guī)律，驗證了時空效應(yīng)的影響和可利用性。監(jiān)測設(shè)計和數(shù)據(jù)的統(tǒng)計可為類似工程提供參考經(jīng)驗。

上海軌道交通機(jī)場聯(lián)絡(luò)線項目是上海首條市域線工程，地質(zhì)條件較差、周邊建筑物密集、地下管線眾多，尤其1號風(fēng)井基坑，作為超深基坑，緊鄰滬昆高鐵，基坑開挖的工藝要求和對高鐵的保護(hù)要求更為嚴(yán)格。

該項目的 1 號風(fēng)井 3 號坑為第一個開挖的基坑，項目施工順利，基坑安全可控，周邊環(huán)境及高鐵影響較小，可為涉鐵基坑工程施工起到一定的規(guī)范作用，并作為有效的參考模板。本文以該基坑為主要案例，詳細(xì)介紹基坑本體監(jiān)測和高鐵鐵路監(jiān)測的技術(shù)設(shè)計，并分析基坑開挖期間監(jiān)測變形規(guī)律，借此拋磚引玉，以供各方參考。

1 案例概況

1.1 基坑概況

（1）基坑：寬 14.5m，長 31.45m，開挖深度 18.54～22.93 m。

（2）環(huán)境：鄰近滬昆高鐵路基段，距滬昆高鐵下行線路基坡腳的最近距離為 10.6 m，距高鐵下行線線路中線最近距離為 20 m。

（3）圍護(hù)：西側(cè)靠近滬昆高鐵地下連續(xù)墻厚 1.5 m，其余側(cè)地下連續(xù)墻厚 1.2 m，圍護(hù)深度 50 m。設(shè) 6 道支撐，其中 1、4 采用混凝土支撐，2、3、5、6 采用鋼支撐。

（4）加固：基坑地下連續(xù)墻底部采用 φ 3 500 @ 2 200 N-jet 工法樁進(jìn)行隔水封底處理，加固厚度 5 m，加固地層位于地連墻底上部 1 m 處；在基坑靠鐵路側(cè)設(shè)置直徑 1 m@120 cm 鉆孔灌注樁作為隔離樁，深度與地下連續(xù)墻相同。

1.2 基坑地質(zhì)情況

工程場地位于上海市中西部，地勢較為平坦，屬濱海平原地貌類型，場地以古河積區(qū)為主，僅南北兩側(cè)局部為正常沉積區(qū)。由上到下主要地層為：② 1 粉質(zhì)黏土；② 3 粉砂夾粉質(zhì)黏土；③ 1 淤泥質(zhì)粘性土；④ 淤泥質(zhì)粘性土；⑤ 1 粉質(zhì)黏土；⑤ 1-1 粉砂與粉質(zhì)黏土互層；⑤ 31 粉質(zhì)黏土夾粉砂；⑤ 41 粉質(zhì)黏土；⑤ 42 粉砂；⑥ 1 粉質(zhì)黏土；⑦ 1 砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土；⑦ 2 粉細(xì)砂；⑧ 2 粉質(zhì)黏土。各地層性質(zhì)符合上海地層普遍規(guī)律。

1.3 基坑開挖工序

基坑開挖工序詳見表 1。

表1 基坑開挖工序時間統(tǒng)計表

2 施工監(jiān)測設(shè)計

為確?；蛹案哞F施工安全，施工中建立兩級監(jiān)測方案，一是基坑施工本體監(jiān)測，二是隔離樁及高鐵路基、軌道板智能監(jiān)測。兩級監(jiān)測數(shù)據(jù)均接入智能管理平臺，通過監(jiān)控平臺實現(xiàn)自動報警推送功能。

2.1 基坑監(jiān)測內(nèi)容

（1）監(jiān)測項目及點位布設(shè)?；颖O(jiān)測主要監(jiān)測點匯總見表 2，3 號坑監(jiān)測點布設(shè)示意圖如圖 1 所示。

表2 基坑監(jiān)測主要監(jiān)測點匯總表

圖1 3 號坑監(jiān)測點布設(shè)示意圖

（2）監(jiān)測頻率。降基坑內(nèi)承壓水之前監(jiān)測頻率為 1 次/d，降承壓水至基坑底板澆筑完成期間為 2 次/d。

（3）報警值。按一級基坑計算 3 號坑地墻測斜報警值為 26.0～32.1 mm，本項目設(shè)計報警值為 17.8 mm。

2.2 線路及隔離樁監(jiān)測內(nèi)容

（1）監(jiān)測項目及點位布設(shè)。線路監(jiān)測主要監(jiān)測點匯總見表 3，圖 2 為高鐵線路監(jiān)測點布置橫斷面示意圖。

圖2 高鐵線路監(jiān)測點布置橫斷面示意圖

表3 線路監(jiān)測主要監(jiān)測點匯總表

（2）監(jiān)測頻率。隔離樁和滬杭高鐵變形按照 1 次/2 h，土體測斜按照 1 次/d；

（3）報警值。高速鐵路變形累積值按 ±2 mm 控制，單日報警值按 1 mm 控制。

3 基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

3.1 基坑圍護(hù)體測斜分析

施工過程中鐵路側(cè) CX 96，非鐵路側(cè)圍護(hù)體測斜典型測點 CX 100 測斜值相對較大，其變化曲線如圖 3 所示。

圖3 圍護(hù)體測斜階段變形曲線

（1）第一層土方施工，非鐵路側(cè)變形 1.86 mm，鐵路側(cè)變形 2.51 mm，速率在 0.4 mm/d 左右，數(shù)據(jù)變形平緩。

（2）第二層土方施工，非鐵路側(cè) 4.91mm，鐵路側(cè)1.94 mm，圍護(hù)體變形明顯增大，速率在 1 mm/d 左右，數(shù)據(jù)變形加速。

（3）第三層土方施工，通過優(yōu)化組織加快了施工進(jìn)度，非鐵路側(cè) 1.63 mm，鐵路側(cè) 2.32 mm，速率在 0.3 mm/d 左右，變形穩(wěn)定可控。本層施工期間，第二、三道鋼支撐通過伺服系統(tǒng)及時調(diào)整軸力，圍護(hù)體呈現(xiàn)開挖面以下向基坑內(nèi)位移，孔口至第二道支撐向坑外位移現(xiàn)象。

（4）第四層土方施工，非鐵路側(cè) 3.27mm，鐵路側(cè)3.25 mm，速率在 0.4 mm/d 左右，變形平緩，但累計值持續(xù)增加。

（5）第五、六層土方至底板施工，隨開挖深度的增加，圍護(hù)體變形反應(yīng)較為明顯。本階段施工期間，非鐵路側(cè)6.25 mm，鐵路側(cè) 4.02 mm，速率在 0.7 mm/d 左右。最終，圍護(hù)體測斜最大值非鐵路側(cè)達(dá)到 18.1 mm，鐵路側(cè)達(dá)到 14.85 mm，非鐵路側(cè)已報警（報警值 17.8 mm）。

由以上可知，在基坑開挖期間，土方卸載，基坑圍護(hù)體兩側(cè)土壓力出現(xiàn)變化，引起地墻向基坑內(nèi)側(cè)移動，主要變形位置出現(xiàn)在開挖面以下 2 m 左右。隨著支撐施工進(jìn)程，地墻不同深度變形會出現(xiàn)明顯規(guī)律。圍護(hù)的設(shè)計參數(shù)、施工工序的緊湊銜接、支撐的形式與施工狀態(tài)，會對圍護(hù)體變形產(chǎn)生迅速、直接的影響。

3.2 混凝土支撐軸力測點階段變形曲線分析

混凝土支撐各階段軸力值曲線及歷時如圖 4 所示。

圖4 支撐軸力變化歷時曲線圖

（1）第一道混凝土支撐軸力在前兩層土方開挖期間，軸力持續(xù)增加，最大至 1 000 kN 左右，第三層及以下土方開挖后，圍護(hù)體在開挖面以下向基坑位移，而孔口處向坑外位移，造成第一道混凝土支撐軸力迅速減小，期間出現(xiàn)受拉情況。至底板澆筑，第一道混凝土支撐處于基本不受力狀態(tài)。

（2）第四道混凝土支撐在第四層及以下土方開挖期間，軸力迅速增大，并穩(wěn)定在 2 000 kN 以上。至底板澆筑，第四道混凝土支撐軸力值達(dá) 2 822 kN，未超報警值。

由以上可知，支撐受力狀態(tài)與坑外土壓力有著直接的關(guān)系，隨挖深增加，坑外土壓力也會產(chǎn)生變化，尤其表層土壓減小，墻頂向坑外移動，嚴(yán)重時第一道支撐會產(chǎn)生受拉狀態(tài)。在基坑圍護(hù)設(shè)計中， 不同基坑工程應(yīng)慎重考慮第一道支撐形式，避免使用不可受拉的鋼支撐。

3.3 坑外水位測點階段變形曲線分析

3 號坑坑外水位孔包括潛水孔和承壓水孔，各選取一典型測孔繪制歷時曲線見圖 5。

圖5 坑外水位變化歷時曲線

理論模型中，地下水位受止水帷幕影響，變形較小，會隨基坑降水呈下降趨勢，實際狀態(tài)下，地下水受到地表補(bǔ)給、動態(tài)水文等影響較大，具體變化如下。

（1）基坑開挖期間，坑外潛水整體呈下降趨勢，速率較小，期間受降雨和地表水補(bǔ)給等影響，水位上升后繼續(xù)回落。

（2）基坑開挖前期減壓井未啟動，承壓水位穩(wěn)定?；娱_挖中后期坑內(nèi)承壓水降水后，坑外承壓水位開始下降，速率穩(wěn)定，表明坑外承壓水受到了坑內(nèi)降水的影響。后期為保證滬杭高鐵側(cè)水位穩(wěn)定，坑外承壓水回灌井開啟，坑外承壓水水位同步出現(xiàn)抬升現(xiàn)象，速率穩(wěn)定。表明坑外水位控制起到了良好的作用。

4 高鐵監(jiān)測分析

隔離樁水平位移及豎向位移數(shù)據(jù)各選取典型測點如圖 6所示。

圖6 隔離樁豎向位移歷時曲線

3 號坑開挖期間隔離樁監(jiān)測點 GLK5＋000、GLK5＋010變形較為明顯。在第二層土方開挖到第三道支撐安裝完成測點 GLK5＋000 變化最為明顯，累計往基坑側(cè)偏移 4.0 mm，最終累計變化量為 5.0 mm；開挖期間豎向位移呈隆起趨勢，變形最大的監(jiān)測點是 GLK5＋010，開挖期間累計隆起1.1 mm，最終累計隆起 1.7 mm。高鐵變形情況與理論變形規(guī)律基本一致。

路基監(jiān)測點水平位移及豎向位移典型數(shù)據(jù)如圖 7 所示。

圖7 滬杭高鐵路基點位移曲線圖

基坑開挖期間路基監(jiān)測點變形較小，水平位移最大變化監(jiān)測點 XL5＋020 往基坑側(cè)偏移了 0.7 mm，所有測點均在允許范圍內(nèi)波動；豎向位移最大變化監(jiān)測點 XL5＋040 下沉1.5 mm，所有測點均在允許范圍內(nèi)波動。

鐵路下行線線路監(jiān)測點水平位移及豎向位移數(shù)據(jù)如圖 8所示。

圖8 滬杭高鐵底座板位移曲線圖

基坑開挖期間線路水平、豎向位移監(jiān)測點變形均在較小范圍內(nèi)波動，整個開挖過程中數(shù)據(jù)穩(wěn)定。

5 基坑、高鐵監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結(jié)論

（1）3 號坑土方施工期間，整體變形穩(wěn)定，無突變和異常狀態(tài)，非鐵路側(cè)圍護(hù)體測斜最終報警，但未超過一級基坑允許值，且未對周邊環(huán)境造成負(fù)面影響。

（2）基坑開挖期間各監(jiān)測科目變形數(shù)據(jù)較小，說明圍護(hù)整體情況較好，各項加固措施起到了相應(yīng)的作用。

（3）第一、二層土方開挖時間銜接不緊密且第二層開挖略慢，未充分把握失控效應(yīng)，導(dǎo)致基坑變形較快；后期基坑暴露時間超過一定期限后，變形速率又開始增大，變形趨勢發(fā)展迅速，導(dǎo)致最終報警。

（4）圍護(hù)體測斜變形與支撐軸力變化可相互印證，能有效的反應(yīng)了整體變形狀態(tài)，達(dá)到預(yù)期效果。

（5）基坑環(huán)境的變形向遠(yuǎn)處（鐵路側(cè)）為遞減趨勢，其中隔離樁發(fā)揮了重要的消緩?fù)馏w變形的作用。

（6）對鐵路變形控制重點在于合理的圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計、緊湊的施工安排和全方位的數(shù)據(jù)監(jiān)控。

6 結(jié) 語

在 3 號坑的施工過程中，完整的監(jiān)測體系覆蓋了整個施工過程，信息透明地、全面性地反應(yīng)了施工狀態(tài)，驗證了維護(hù)體系設(shè)計的合理與施工的優(yōu)質(zhì)，為其他基坑的開挖提供依據(jù)，也為后續(xù)涉鐵及高環(huán)境等級的類似施工提供經(jīng)驗。