某临近地铁基坑对周边构筑物影响分析研究

徐 冰

（上海山南勘测设计有限公司，上海市 201206）

0 引言

基坑是一个古老而又很新的课题，“老”在于很早期人类在开挖是就学会了进行围护，“新”在于社会的飞速发展导致了基坑周边环境越来越复杂，经常遇到新情况。这就要求基坑建设相关人员尤其设计要与时俱进，因为一旦基坑设计缺陷将会导致整个工程的失败，后果相当严重[1-3]。

上海位于长江入海口，具有三高一低的不利地质条件，而作为全国的经济中心，发达的区位优势带来基坑的周边环境日益复杂，某临近地铁基坑就是其中的典型，具有普遍的代表性，又具有周边老旧构筑物较多等特点，因此对该基坑对周边构筑物影响进行研究探索，对今后上海地区的基坑建设具有积极的意义[4-5]。

1 工程概况

该项目拟建建筑面积约5万m2，其中：地上十二层约4.0万m2，地下二层约1.0万m2。地上为办公用房，地下为停车及设备用房。地下室层高为4.5 m，基础采用桩筏基础，普遍区域基础底板厚为1 000 mm，底板垫层厚度150 mm。整个建筑桩基均采用850钻孔灌注桩。

场地内原有建筑物尚未拆除，场地自然地面较为平坦，吴淞高程为2.50～3.10 m，拟建场地属于上海地区“滨海平原”地貌类型。场地分部有两栋二～三层钢筋混凝土结构建筑，年代久远，约为上世纪四十年代，基础为天然地基浅基础。本工程正式实施前，该建筑将全部拆除。

2 周边环境

2.1 周边建筑物

在本工程基坑工程影响范围内的建筑物主要是南面一幢三层变电间、一幢三层办公楼，一幢六层居民楼，具体建筑物概况及离基坑边距离见表1。

表1 邻近建筑物概况

2.2 周边道路

场地西侧围墙外为城市某主干路，为双向四车道，道路宽24 m，为基地主要出入口，人流和车流量均较大。基坑开挖区域距道路边线约13.3 m。

2.3 周边管线

目前，场地内原有建筑物尚未拆除，在本项目实施前，业主方为配合本工程的施工，对场地内的原有管线进行搬迁和废除，因此不存在管线保护问题。

2.4 地铁区间隧道

根据总平面图及地铁相关图纸，测得地下室北侧外墙边线距离地铁区间隧道边线最近处约11.9 m。靠近地铁侧的基坑开挖深度是10.5 m，位于地铁运营线路50 m保护范围之内，地铁隧道在一倍～二倍基坑开挖深度范围内，该区域地铁区间隧道顶埋深约15 m，已与地铁主管部门进行沟通，地铁主管部门认为本方案选型合理，总体方案可行，见图1。

综上，根据目前对周边建筑物、道路情况及管线的资料查阅、现场调研等，依据上海市《基坑工程技术规范》（DG/TJ 08-61），该基坑工程的安全等级为二级，环境保护等级西侧、南侧为一级，其余为二级。基坑工程的环境保护等级划分及变形控制指标见表2。

3 方案设计

本工程基地呈不规则矩形。基坑埋深地下二层，基坑总面积5 020 m2。

本工程地处市区繁忙地段，周边环境对噪音等有一定特殊要求。西侧位于地铁保护区域范围内，邻近的地铁区间隧道及居民楼对变形敏感，保护要求高。因此围护形式采用地下连续墙挡土兼作止水帷幕，内设二道钢筋混凝土水平支撑的方案，顺作法施工，西侧及南侧设置三轴水泥土搅拌桩槽壁加固，保证地墙成槽稳定性。

本工程地下室区域为地下停车库，普遍区域开挖深度为10.50 m，局部落深区开挖深度12.0 m。考虑到不同的开挖深度，分别采取不同入土深度的地下连续墙挡土兼作止水帷幕，为确保满足地铁防水要求，地下连续墙采用复合墙（见图2），地墙内侧另设400 mm厚永久地下室外墙作为内衬墙，在地下连续墙与地下结构内衬墙之间设置柔性防水层。水平支撑统一设置两道混凝土支撑，局部落深区增设一道型钢钢支撑。

图2 复合墙示意图

具体方案见表3。

阶前砌下新凉，嫩姿弱质婆娑小。仙家甚处，凤雏飞下化成窈窕。尖叶参差，柔枝袅娜，体将玉造。自川葵放后，堂萱谢了，是园苑、无花草。 自恨西风太早。逞芳容、紫团绯绕。管里低昂，篦头约掠，空成懊恼。圆胎结就，小铃垂下，直开临杪。凡间谪堕，不知西帝，曾关宸抱。(卷二六金凤花门)

表3 基坑围护结构设计方案

3.1 坑内加固

本基坑平面西侧位于某地铁保护区，离区间隧道较近，侧邻近居民楼对变形要求较高，为减少基坑开挖对周边环境的影响，在坑内结合坑内电梯井和集水井等局部落深区的处理进行被动区墩式加固。为了减少对环境的影响，坑内被动区加固采用850@600三轴水泥搅拌桩。邻地铁区域加固深度范围从第二道支撑底部至基底以下5 m，搅拌桩水泥掺量20%，加固宽度约8 m；其余侧加固深度范围从坑底开挖面至基底以下5 m，水泥掺量20%；宽度范围统一为5.65 m；坑内加固与槽壁加固之间，坑内加固与地下连续墙连接空隙采用800高压旋喷桩填充。

根据目前建筑结构图纸提供集水井等落深分布，对坑边落深大于等于1.3 m的局部深坑采用三轴水泥土搅拌桩对深坑加固封底。

3.2 换撑设计

临时支撑拆除后，主体结构梁板作为换撑对围护结构起到支撑作用，传递水平力。因本地下室作为机械车库的特殊性，在B1板主体结构中部开洞处设置临时型钢换撑，保证水平力的有效传递，在地下室施工完成，满足设计强度要求后方可拆除。

3.3 施工顺序

结合本基坑地铁保护区位于西侧的特点，划分为西、东两个施工区，开挖总体顺序由西往东依次开挖。每块土方开挖到标高，立即浇注混凝土支撑（或钢支撑），支撑完成，方可进行下一块土方开挖，直至底板浇注完成。具体顺序：开挖后施工第一道支撑→开挖西区第一层土方，浇筑第二道支撑→开挖东区第一层土方，浇筑第二道支撑→开挖西区第二层土方，浇筑地板→开挖东区第二层土方，浇筑地板或设置第三道支撑（局部深坑）→局部深坑地板浇筑。

4 周边构筑物变形监测结果

对基坑及周边构筑物的沉降观测贯穿于基坑工程土方开挖的全过程各阶段。在周边构筑物上均设置变形测点，包括沉降、水平位移、地下水位等。 在基坑围护四周、地铁区间隧道、地铁顶部路面、周边建筑物关键部分等共计布设测点约200个（沉降观测点80个、水平变形观测点80个、深层水平位移观测点25个、地下水位观测点15个）。

4.1规范预估分析

按照《基坑工程技术规范》（DG/TJ08-2010）中17.2.3条预估基坑开挖引起的围护墙后的地表沉降，见图3。

图3 上海地区地表沉降预估曲线

由图3预估周边构筑物沉降见表4。

本工程基坑南侧邻近建筑物区域环境保护等级定为一级，因此围护结构最大侧移控制在基坑开挖深度的0.18%以内，相应的坑外地表最大沉降控制在基坑开挖深度的0.15%以内。根据以上估算结果显示，基坑周边建（构）筑物地表沉降均能满足相关规范要求。

表4 周边构筑物沉降预估

4.2 实测结果分析

基坑围护结构的侧向变形能够较好的反映基坑变形对周边环境影响情况。图4为基坑西侧（临近地铁）代表性的测斜点CX12、基坑东侧CX19在各个工况下的侧移。图4表明，基坑施工开始围护结构各测斜点的最大变形只有3.3 mm（位于CX19测点处），说明由于留土等措施的实施，效果很好。基坑开挖至坑底时，围护结构的变形迅速增大，但均在规范允许范围内，实测结果表明：临近地铁的北侧围护结构的最大变形约为15 mm，位于CX12测点处，小于规范；东侧围护结构的最大变形约为26 mm，位于CX19测点处。有效确保了地铁运营安全及周边构筑物的正常使用。

经现场实测，地铁右隧道测点中最大水平变形2.5 mm，最大竖向隆起3.3 mm。地铁左隧道变测点中最大水平变形1.0 mm，竖向隆起1.1 mm。表明基坑施工未影响地铁隧道结构安全。

周围典型建筑物沉降监测结果汇总见表5。

表5 周围建筑累计沉降和水平变形监测结果

5 监测结果分析

本基坑开挖较深，环境要求较高，为有效防范基坑工程施工对工程周边环境及基坑围护本身的危害，应对基坑围护体系和周围环境的变形情况进行监控，为工程实行动态化设计和信息化施工提供所需的数据，从而使工程处于受控状态，确保基坑及周边环境的安全。根

根据本工程性质、土层条件及周边环境状况，建筑物、建筑物实际监测位移与计算分析相当，满足规范及相关方要求；围护结构水平、垂直位移均未出现大于3 mm/d或累计大于30 mm的情况；坑外地下水位也未出现累计下降达500 mm或200 mm/d的情况。

以上监测结果分析表明，基坑周边建筑物及地铁区间隧道变形在工程可控范围之内，这也与规范预估法的分析结果一致，表明了该设计施工方案是安全可靠的。

图4 典型测斜测点的深层水平位移曲线

6 结语

本文依托某临近地铁基坑项目，针对其周边存在较多既有建筑物及地铁区间隧道等复杂环境，采用地下连续墙的围护结构形式，深层水平位移（测斜）、地铁区间隧道沉降及水平变形、周边建筑物沉降及水平变形现场等实测结果表明最大变形均在规范允许范围内，较好的解决了对周边环境的影响问题，通过监测验证了设计施工方案的合理性，可以供相关工程参考。