基坑区块施工对邻近地铁隧道变形影响

徐 兵

(浙江煤炭测绘院有限公司，杭州 310004)

0 引言

近几年，随着城市轨道交通的高速发展，地铁出行已成为城市的主要交通工具。城市中心基坑施工常常紧邻地铁隧道，施工场地小、施工条件复杂。基坑开挖是一个卸荷的过程，在深基坑工程中由于应力释放和开挖降水，应力释放随距开挖边缘向远离开挖面逐渐衰减，降水形成的漏斗，由近及远，从深到浅，形成土体不均衡的附加沉降，所以基坑周边土体是处在不均匀的沉降状态。由于差异沉降，使结构物产生次应力，有些构件原来承受压应力，可能变成拉应力，有些构件原来承受正弯矩的，可能变成承受负弯矩等，这样的作用超过结构设计承载必然出现裂缝，影响地铁隧道及建筑物的安全正常使用。因此，市中心深基坑开挖对邻近地铁隧道、建筑物造成的影响分析已成为一个很重要的课题。

本文主要介绍了杭州市某基坑工程，在分区块施工中充分发挥基坑开挖中的“时空效应”，有效节约施工场地，控制了基坑自身变形以及邻近地铁隧道变形，可为今后的工程实践提供经验和参考。

1 工程概况

杭州牛田单元C6/C2-04地块位于杭州市江干区九堡街道九和路8号，占地面积14 859m2，总建筑面积78 798m2，其中地上建筑面积56 464m2，地下建筑面积22 334m2。拟建建筑物2幢13层科创孵化楼及1幢13层科研楼组成，设2层整体地下室。设计开挖深度9.90m，基坑底设计标高-10.60m。整个项目下设二层连通的地下室，其楼板与底板标高分别为-6.10m，-9.50m，基坑周边自然地坪取为-0.70m。

基坑开挖所涉及的地基土地层共分为7大层，自上而下分别是 ：杂填土；粘质粉土夹淤泥质粉质粘土；淤泥质粉质粘土；粉质粘土；砾砂夹细砂；圆砾；强风化泥粉砂岩。

根据地下水赋存条件、水力特征及岩土的水理性质，场地勘探深度范围内地下水主要为第四系松散岩类孔隙水和基岩裂隙水。第四系松散岩类孔隙水又可分为孔隙潜水和孔隙承压水。

孔隙潜水主要赋存于浅部杂填土及粘质粉土中，水位埋深较浅，对基础抗浮、工程降水有影响，基坑开挖时应做好相应的降排水措施。

孔隙承压水赋存于下部砾砂和圆砾中，渗透性较好，其上部覆盖有厚层的粘性土，构成了相对隔水的承压顶板。孔隙承压水受气候影响不明显，侧向径流缓慢，对钻孔灌注桩桩基施工影响不大。

基坑位于已运营的地铁1号线区间盾构北侧，基坑围护边线距离盾构隧道最近距离约20.0m，距离地铁九堡站站房约80m，地铁1号线区间盾构与基坑的平面相对关系见图1所示。地铁隧道中心点绝对标高-5.60m(盾构埋深8.0m)，直径6.2m，壁厚350mm，轨顶绝对标高-7.46m。基坑与地铁1号线区间盾构的剖面相对关系如图2所示。

图1 基坑与隧道平面关系

图2 盾构隧道与基坑的剖面关系

2 监测难点分析

据地质勘察揭示杭州牛田单元C6/C2-04地块基坑土层地质条件差，厚薄不一，大部分位于高压缩性淤泥质粉质粘土，地下水位高，坑外补充水资源丰富；基坑开挖，坑底易产生回弹隆起现象，从而导致坑外地面塌陷，基坑失稳，危及围护结构及隧道安全。周边环境复杂，地下管线密布，监测工作尤为重要，但同样也存在一定的难度：一是基坑与地铁隧道距离近，离地铁1号线左线最近距离为20m左右；二是地铁隧道埋深浅，隧道轨顶距离地面约9m，基坑挖深约10m，基坑底部与隧道顶部大致齐平；三是地质条件差，隧道整体位于粉质粘土和淤泥质粉质粘土层内。

3 基坑施工

为了保护临近基坑地铁隧道的安全，本基坑采用分区块的施工方法，把基坑分为Ⅰ、Ⅱ两区块，Ⅰ区块再分成I-1区、I-2区。其中：I-1区、I-2区基坑采用钻孔灌注桩作挡土结构，I-1区、I-2区基坑北侧钻孔桩(南北侧基坑分界线处)外围采用高压旋喷桩作止水帷幕，其余三侧钻孔桩外围采用TRD作止水帷幕，且支护桩间隙采用高压旋喷桩作止水帷幕；采用二道钢筋混凝土支撑作水平支撑。

Ⅱ区基坑采用TRD水泥土连续墙内插H型钢作挡土结构兼作止水帷幕；采用二道预应力型钢组合支撑作水平支撑。

在施工工艺上采取了分区块施工的做法，即把一个大基坑分为两个小基坑进行分区块施工。Ⅱ区基坑位于地铁50m范围外，Ⅰ区基坑开挖时又将基坑再分隔为两个区块进行施工，即Ⅰ-1区和Ⅰ-2区。分块施工充分发挥基坑施工的时空效应，拟把长、大型深基坑“化整为零”施工，进行分区分块施工既在一定程度上保护了地铁结构，又为工程项目的施工提供了额外的施工场地。

4 基坑与隧道数据对比分析

杭州牛田C6/C2-04地块基坑工程监测项目从开始监测到监测结束，数据稳定，未出现突变异常现象，也没有预报警与报警情况。

本基坑工程监测共分5个阶段，分别是工程桩与围护桩施工、南基坑开挖至底板浇筑、南基坑负一层与顶板浇筑、北基坑开挖至顶板浇筑完成和基坑已经±0以上地上建筑物施工。

4.1 基坑周边道路沉降与隧道道床沉降对比分析

基坑道路沉降点位于隧道正上方的路面上，一共设有4个道路沉降测点，道路与基坑的沉降变化曲线图如下图3、图4所示。

图3 基坑周边道路沉降量随时间变化曲线

图4 隧道沉降量随时间变化曲线

从图3可以得出4个道路沉降点的变化情况，其中CJ05、CJ06、CJ07三个为下沉，CJ08为隆起，最大沉降量为-8.3mm，在基坑监测的范畴内来说，变化量较小。基坑开挖初期道路呈下沉状态，沉降量较为稳定，变化量小且没有突变现象。对比隧道沉降曲线图4，隧道在基坑在最后一土层开始挖土的时候，有较明显的沉降趋势，在底板浇筑后，随着基坑强度增大，沉降量开始趋于稳定。

4.2 基坑测斜与隧道水平位移对比分析

临近地铁隧道CX09、CX10测斜孔基坑测斜变形和施工影响区域5个施工阶段隧道水平变形情况如下图5、图6所示。

图5 不同工况下隧道水平位移与基坑测斜

从图5可以看出，第二层土取土完成后，CX09、CX10测斜孔曲线变化趋近于“弓形”状态。曲线表明随着基坑不断挖深，深层土体位移也不断增大，随着基坑地板浇筑的完成，土体位移有所回弹并趋向稳定。隧道水平位移在整个监测周期均保持在一个较小的变形区间，最大的变化量为2.1mm,远低于地铁保护监测控制值要求。

5 结语

本项目采用三维 Plaxis整体模型软件，针对基坑开挖对地铁隧道产生的变形值进行评估计算。经测算，本项目基坑开挖造成隧道最大水平变形为 3.0mm，竖向变形为5.0mm，最大差异沉降为 3.0mm，收敛变形为 3.0mm。而采用分区块开挖的施工方法，隧道最终变形量，水平变形最大为 -2.0mm，竖向变形最大为2.7mm，差异沉降最大为-1.5mm，收敛变形最大为2.2mm 。

结合项目的施工方法与实际监测的数据，近地铁的基坑项目采取分区块施工可有效保护地铁结构，采取此施工方法与施工顺序有以下几点优势：

①基坑分割后，50m内基坑部分形成刚体，有效控制地铁侧“土块”滑动，间接控制了地铁结构的位移与变形；

②50m内施工采取自动化监测，50m外施工一定程度上可以适当放宽监测要求，节约施工成本。

③缩短了隧道变形的危险期。以前基坑施工，往往以整个基坑±0m完成的时候才回填，近地铁侧基坑即使先出地面达到±0m也很少有提前回填的特殊情况。采取这样的施工顺序，集中完成近地铁侧的小基坑，基坑暴露时间短，回填快，特殊部位特殊处理，真正做到了有目标、有方向的地铁保护施工措施。

④有效地控制了地铁隧道变形量，使隧道变形在时间上和空间上得到了控制，充分发挥基坑开挖中的“时空效应”。