地铁沿线深基坑施工技术

李彬彬 吴胜辉

中国建筑第二工程局有限公司上海分公司 上海 200135

1 工程背景

1.1 工程概况

杭州港龙城项目为商业综合体项目，设3层地下室，基坑平面尺寸约为265 m×130 m，开挖深度16.3 m。

基坑北侧为运营中的杭州地铁1号线，其中近220 m范围为1号线右线盾构区间。围护外边界与盾构隧道结构外边界净距为14.4～17.4 m。盾构隧道顶部埋深为10.1～15.3 m（图1）。

图1 基坑总平面

1.2 工程地质条件

基坑场地为杭州典型的粉砂土地基。浅部约厚15 m为冲海相砂质粉土夹粉砂，土层渗透系数大，在基坑的降水、流砂、防渗漏等方面存在影响，也易导致在成桩过程中出现坍孔；中部约厚25 m为中高压缩性流塑状淤泥质粉质黏土层，是坑底的主要下卧层，对基坑坑底抗侧移及坑底防隆起变形不利；场地承压水分布在⑨2圆砾层中，水头埋深为地表下9.6 m，由于该层埋深大，且上部有较厚的黏土隔水层，故对基坑工程施工影响较小。

2 地铁保护相关概念

《杭州市城市轨道交通运营管理办法》规定：

1）地下车站与隧道结构外边线外侧50 m范围内为地铁控制保护区；地下工程（车站、隧道等）结构外边线外侧5 m内为特别控制保护区。

2）作业单位在城市轨道交通控制保护区内进行桩基础施工、降低地下水位、基坑开挖等可能影响城市轨道交通运营及设施安全的作业时，应当制订城市轨道交通保护专项施工方案，在征得运营单位同意并依法办理有关行政许可手续后方可按方案施工。

3 基坑施工对既有地铁隧道变形的影响分析

3.1 围护结构施工

1）在止水帷幕、土体加固施工过程中，水泥浆注入周围土体，产生挤土效应，会导致周边管线、建筑物的沉降或隆起及侧向位移[1]。围护结构有缺陷时，易产生管涌和流砂，而地铁基础对管涌和渗流异常敏感。

2）地下连续墙施工与成槽机开挖槽段的过程，本质上为挖土卸荷的过程，会引起地铁盾构线变形。而限于施工技术及成本，地下连续墙两侧不可能进行全槽段的加固。地下连续墙深层成槽侧壁土坍塌、颈缩等引起的深层土体位移会引起盾构线变形。

3）水泥搅拌桩施工、地下连续墙成槽、地下连续墙钢筋笼吊装使用的三轴搅拌桩机、成槽机、履带吊等均为大型机械设备，荷载大，在地铁线边行走施工时，本质上是对地铁盾构线实施了竖向或侧向的加载，从而引起盾构线变形[2]。

3.2 基坑降水

在深基坑开挖的过程中，基坑降水必不可少。但长时间、大范围的基坑降水会导致基坑周围建（构）筑物与地面产生不均匀沉降。坑内外抽降地下水，改变了原有地基应力状态，会对周边建筑物特别是邻近地铁隧道产生附加变形，对既有地铁运营安全产生一定的影响。

3.3 基坑开挖

基坑开挖过程实际上为基坑卸荷的过程，卸荷引起坑底土体产生向上的隆起，以及基坑围护结构侧向变形和坑周地层的移动，从而导致地面沉降及坑外地铁隧道的变形（图2）。

图2 基坑开挖卸荷后的变形示意

4 控制地铁隧道变形的施工技术措施

4.1 合理安排围护结构施工顺序

为控制地铁隧道变形，宜先对地下连续墙槽壁进行加固，即先施工地下连续墙两侧的三轴搅拌桩。先施工靠近地铁侧的三轴搅拌桩，再进行相对远离地铁侧搅拌桩的施工，以避免对地铁的二次扰动。待靠近地铁侧三轴搅拌桩强度达到设计要求后，再进行地下连续墙的施工。地下连续墙完成后进行坑内工程桩、加固搅拌桩的施工。

4.2 围护结构施工前进行试成桩检验

在远离盾构线的西北侧地铁车站区域范围内进行三轴搅拌桩试成桩、地下连续墙试成桩施工。

通过试成桩，熟悉工程地质特性，检验设备、成桩工艺的可行性以及成桩质量，确定三轴搅拌桩的水泥掺量、水泥浆液水灰比、钻机下沉与提升速度，以及地下连续墙施工泥浆配合比、性能指标等施工参数，并在槽壁加固及成槽作业过程中对附近深层土体的水平位移进行监测，以检验成桩对周围土体的扰动影响。

4.3 优化施工工艺

采用三轴水泥搅拌桩对地下连续墙两侧的浅层土体进行加固，使水泥土搅拌桩完全隔绝粉砂层。三轴搅拌桩采用跳槽式双孔全套复搅式施工，以减小坑外土体变形。在水泥搅拌桩28 d龄期抗压强度达到设计要求1.0 MPa后进行地下连续墙成槽施工，以预防成槽过程中槽壁坍塌。

地下连续墙采用先行幅和闭合幅施工设计跳幅作业，既能避免水下混凝土浇筑时在墙段端部形成侧压，保证锁口管的顺利抽拔，又能减少对地铁的影响。同时先施工靠近地铁侧地下连续墙，后施工离地铁较远的地下连续墙，可减少对地铁的二次扰动。

4.4 控制坑边荷载

临时道路、钢筋堆场及钢筋笼加工场均布置在远离盾构线的坑内，减少地下连续墙施工对盾构线的影响。同时控制已开挖槽段附近的地面荷载，尽可能避免成槽机、起重机、混凝土搅拌车等重型机械和车辆在槽段附近通行，以减小槽边荷载，避免槽壁受到静、动荷载作用的影响，造成槽壁坍塌[3]。

4.5 分区开挖

采取分区开挖的施工措施，将基坑工程划大为小，即将场地划分为两大区块：Ⅰ区块和Ⅱ区块。其中Ⅱ区块又分为Ⅱ-1、Ⅱ-2共2个子区块，确保北侧沿盾构隧道边的基坑长边不超过100 m（图3）。靠盾构隧道一侧基坑尺寸缩小后，可大大提高土方开挖、支撑以及主体结构的施工速度，基坑的空间效应和实效性大大提高，有利于基坑围护结构的变形控制。

图3 基坑分区示意

4.6 按需降水

在地下连续墙外侧布置应急深井井点进行控制性降水，降水深度不低于地表下4 m。在远离地铁隧道45 m范围外的坑外侧布置减压深井井点，降水深度为地表下10 m。

坑外降水井随基坑开挖深度，分区段实施抽降水：东北角Ⅰ区块基坑范围内坑外降水井在Ⅰ区块基坑2层土开挖完成后实施抽降水；Ⅱ-1、Ⅱ-2这2个区块范围的坑外降水井均在各自区块3层土开挖完成后实施抽降水。

4.7 合理安排出土顺序及水平支撑施工顺序

本工程出土口设置在基坑南侧，机械及土方车均由南侧通行。

4.7.1 Ⅰ区块基坑

Ⅰ区块基坑为超大深基坑，竖向设置3道混凝土水平支撑。Ⅰ区块基坑土方待Ⅱ区第1道钢筋混凝土支撑施工后开始，并划分为东、西2个大区块同步进行挖土及支撑施工（图4）。

图4 Ⅰ区基坑土方及支撑分区示意

西区块施工顺序：西4区→西1区→西3区→西2区。即先行开挖角撑区域土方，施工角撑形成独立的支撑；然后开挖西3、西2区，西2区支撑浇筑完成后即形成完整的对撑体系承力。

东区块施工顺序：东4区→东1区→东3区→东2区。靠近地铁侧的东2区为最后开挖，同时将东区东北角再行分隔成3个能形成独立支撑的小区段，限时开挖施工。

另外，设置出土斜栈桥，由土方车直接入坑取土，大大地提高了出土效率，缩短出土及基坑工程的整体施工时间，减小了基坑的累积变形。

4.7.2 Ⅱ区块基坑

Ⅱ区块基坑竖向设置3道混凝土水平支撑。该基坑北侧紧邻隧道，为了保护地铁盾构线，北侧坑边严禁行走重车。选择在坑内由东向西退挖出土施工。先开挖Ⅱ-1区块，待该区块地下结构施工至地下1层楼板后，再开挖Ⅱ-2区块。

5 盾构变形自动化监测

为了及时获得地铁隧道变形监测数据，科学指导施工，在基坑沿线盾构隧道内选取44环管片设置自动监测点，进行道床水平位移、沉降与隧道收敛的自动化监测（图5）。

图5 隧道监测点示意

6 结语

地铁沿线深基坑施工时，地铁盾构线的结构变形是不可避免的，但通过对施工过程中可能引起盾构线变形的施工影响因素进行分析，并提出针对性的施工控制措施，指导并合理组织施工，将变形控制在可控范围内是可行的。

通过本工程的顺利实施，得出以下一些结论[4-5]：

1）对于紧邻地铁隧道的深大基坑，可采用中间分隔墙（排桩分隔），将基坑化大为小，采取分区开挖措施，先开挖离地铁远的大基坑，再开挖紧邻地铁隧道的小基坑；并结合土体加固、分块限时开挖支撑等施工措施，可以较好地减少深大基坑开挖对紧邻地铁隧道的影响，达到基坑变形控制和地铁隧道保护的目的。

2）地铁沿线深基坑工程施工时，围护桩基、降水、土方开挖、地下结构及换撑、施工荷载超载均会引起地下地铁盾构线的变形，应采取针对性的施工技术措施，对施工全过程进行控制。

3）对于地铁隧道沿线的狭长基坑，在坑边限载或空间限制的条件下，内支撑竖向间净距应能满足机械坑内行走的要求，以实现沿基坑长边坑内短驳退挖出土的目的。

4）地铁沿线深基坑施工时，除解决红线范围场地内的施工控制问题外，也应对靠近盾构线的红线外道路提出限载或限行等荷载控制措施。

5）若因场地内空间限制，但的确需在坑边与盾构线间地面布置施工道路、重车通行时，需打桩将路面荷载直接传递至深层土方。

6）应采用信息化动态施工技术，通过基坑监测及地铁监测反馈的数据，及时调整施工方法及参数。