运营地铁上方基坑的分块施工与监测*

董 龙 席永慧 朱毅敏

1. 同济大学建筑工程系 上海 200092；2. 上海建工一建集团有限公司 上海 200120

1 工程概述

本工程位于上海市静安区南京西路地铁站附近，为南京西路南、石门一路东的一异形地块。工程将建3 层的休闲广场（局部1 层），地块分A、B两个基坑区域，总地块面积约4 300 m2，其中深基础范围（A区）基坑开挖深3.95～4.55 m，面积3 810 m2；浅基础范围（B区）基础面积约350 m2，开挖深度1.55 m。本文主要研究A区基坑开挖对其正下方地铁隧道的影响。

1.1 周围环境概况

本工程地块正下方有运营地铁穿过，地铁隧道Φ6.2 m，顶端埋深9.0 m。A区基坑底板距隧道顶部仅4.5 m左右，隧道位于基坑下长约100 m。基坑位于市区繁华路段，周围建筑物及管线密集、复杂，周边房屋与A区基坑的最近距离仅25 m。

从周边环境特点可见，本工程基坑开挖施工应严格控制基坑开挖引起的土层位移，尤其是严格控制基坑开挖卸载和地铁上盖施工加载对下卧运营中地铁隧道的影响，以确保地铁运营安全及周边环境的安全。

1.2 工程地质概况

工程所处地貌形态为滨海平原地貌，地势较为平坦，地面绝对标高在2.41～3.19 m。场地内原建筑物主要为居民住宅，目前原有建筑已经拆除。基坑设计时，取自然地面绝对标高为2.80 m。

场地内老建筑物基础、地下障碍物较多，对围护结构、工程桩、地基加固的施工有一定的影响。

2 基坑加固及围护情况

根据相关规范，本基坑的安全等级为三级，环境保护等级为一级，因此需对基坑的加固及围护进行设计。基坑开挖前，采用Φ850 mm三轴搅拌桩对基坑进行加固，加固深度为地面以下7.5 m，另隧道两侧工程桩范围内加固深度为地面以下17.8 m。A区基坑围护结构采用Φ850 mm SMW工法桩，内插700 mm×300 mm×13 mm×21 mm的H型钢（隔一插一）。为控制基坑开挖卸载后坑内外土体位移变形，SMW工法桩桩长取为12.0 m，桩端置于第④1层淤泥质黏土层中，在隧道上方范围内的SMW工法桩桩长为8.0 m（SMW搅拌桩距离隧道顶面仅1 m）。Φ850 mm三轴搅拌桩坑内加固与SMW工法桩的空隙采用三重管高压旋喷桩填充。

基坑加固、围护、与隧道关系见图1。基坑内部支撑形式按区域分别采用钢管斜抛撑、钢管对撑、槽钢角撑，具体支撑分布见图2。

3 基坑施工要点[1-3]

3.1 基坑施工难点及措施

（a）基坑施工场地狭小，施工困难：施工阶段仅布置施工机械及临堆场，不设置临时办公设施或加工场地等。施工过程中需配备履带吊安装钢支撑，采用汽车吊下放钢筋及其他设备、材料，必要时应根据工况需要按需进出场，东侧增加大门和占用部分吴江路。

图1 基坑、加固及与隧道关系剖面

图2 基坑支撑平面

（b）底板施工分块导致钢筋连接节点多，无法完全满足规范及结构设计要求：结构设计取消所有钢筋接头必须错开50％搭接的设计要求，采用绑扎，搭接长度1 m。同时建议简化配筋，归并钢筋规格。

（c）底板下防水施工无法满足7 h要求：取消底板下防水，采用每分块放置膨胀止水条。待所有分块底板完成后根据渗漏点堵漏完成后，在底板上方施工厚2 mm橡化沥青，最后施工100 mm混凝土整浇层。

（d）各分块施工时间安排不确定：鉴于地块位于地铁隧道正上方施工，需满足地铁监护，7 h内完成每分块土方开挖至底板混凝土浇筑完成，且有严格的时间限制，导致整个地块底板施工总时间存在不确定性。建议在前期要等施工隧道数据稳定的前提下，逐步放开施工时间，确保每天晚上施工。

3.2 基坑开挖施工总体流程

限于场地原因，为方便施工，加快施工进度，确保施工对下卧地铁造成的影响较小，最终整个A区基坑开挖施工大体分为3 部分进行（A-1→A-2→A-3区共计59 块，见图3）：A-1区分1#～21#分块开挖；A-2区分22#～40#分块开挖；A-3区分41#～59#块开挖。基坑开挖遵循“分层、分块、限时开挖”的总原则（每天施工时间为22：00～5：00），利用时空效应原理，尽量缩短卸载及加载的时间，严格控制基坑隆起。

图3 基坑开挖分块

具体施工要点如下：

（a）A-1区施工时先开挖施工隧道正上方的分块区域，再施工Φ609 mm钢斜抛撑，最后开挖施工隧道两侧的分块区域。分块的原则既要考虑土方量与隧道位置关系的影响，也要顾及每块浇筑的底板下都有工程桩下卧，最大限度地减小下卧地铁隧道的变形。

（b）开挖A-2区域时，Φ609 mm钢支撑应于相应分块正式开挖前施工，例如施工22#、23#、24#分块前应先施工4 道角撑；施工24#～40#分块前应先施工相应位置的钢对撑。

（c）开挖A-3区域时，限于基坑场地原因及施工方案，分块开挖的顺序是59#～41#分块（逆序开挖）。

（d）根据现有分块，每分块将有3～5 根桩头，及时跟进人工凿除。底板钢筋将采用现场绑扎，每分块下翻梁需预留两侧钢筋，长度不小于1 m。由于开挖土体全加固，28 d无侧限抗压强度≥1.5 MPa，建议白天对当晚需施工分块进行土体预先打孔破碎。控制开挖至底板混凝土浇筑完成在7 h内。

3.3 基坑施工变形控制措施

（a）将基坑分为A区和B区两个区域先后施工，减少一次性卸载对下卧运营地铁隧道所产生的不利影响。

（b）A区及B区基坑遵循“分块、限时开挖、及时浇筑底板并压载”的总原则，快速卸载再压载以控制地铁隧道的隆起变形。利用时空效应原理，施工时尽量缩短卸载及加载时间，严格控制基坑隆起，防止基坑下方地铁隧道变形开裂。

（c）A区基坑坑内地基加固与工程桩相结合，形成“门”式加固体，能够较好地控制基坑卸载回弹变形，减少下卧运营地铁隧道的变形。

（d）本工程施工全过程实施信息化监测监控，通过对监测数据进行分析，及时调整施工参数，以控制基坑变形和稳定。

4 地铁隧道变形监测与分析[4-6]

4.1 基坑变形监测方案

本基坑在施工过程中对下卧地铁运营隧道、基坑周边地层变形、附近建（构）筑物、地下管线等保护对象的变形及受力情况进行了实时监测，规定了变形及变形速率，设置报警值，并将监测数据及时与计算预测值相比较，判断施工工艺和施工参数是否符合预期要求，以确定和优化下一步的施工参数，实现信息化施工。

对于各监测项目的日变化量速率，当其连续2 d达到日报警值的情况下应报警。

4.2 基坑下卧隧道变形实测数据分析

依据现场开挖时的监测数据，绘制了分块开挖时地铁隧道的自动沉降变化曲线，依此得出如下结论：

（a）基坑开挖施工期间，隧道以隆起为主，局部有沉降，符合相关理论研究的结果。

（b）地铁上、下行线隧道隆起量最大值分别为4.12 mm、7.15 mm，均未超过相关监测要求的10 mm限值，说明基坑开挖的分块及施工顺序是合理的。

（c）地铁下行线隆起量在整个开挖区域基本都大于地铁上行线隆起量，这与实际的基坑、隧道关系相符，即下行线穿过基坑A-1和A-2区域，而上行线穿过基坑A-3区域，且先开挖的A-1区域，故下行线的隆起量偏大。

（d）下行线各曲线之间的变化幅度较上行线各曲线之间的变化幅度偏大，这是因为下行线所位于的基坑开挖区域暴露时间长，且上行线东段部分相较于下行线不位于基坑正下方，故受基坑开挖影响小，隧道隆起量变化小。

5 结语

本文就实际工程的基坑开挖对隧道的变形进行了阐述、分析，在施工组织中针对下卧地铁隧道的安全性措施进行了全面分析，如基坑加固、围护支撑、土方分块开挖方案。通过对地铁隧道沉降变形曲线的分析，说明了施工方制定的施工组织计划是合理的，达到了预期的要求，将下卧地铁隧道的变形控制在允许的范围内，切实地保证了地铁运营期间的安全，其周围地面沉降、建筑物安全性也得到了很好的控制，确保了整个基坑的顺利开挖。