紧邻地铁的深基坑施工时对地铁隧道变形的控制技术研究

朱晓波

上海建工四建集团有限公司 上海 201103

1 工程概况

上海市万源城A街坊商办项目总用地面积34 049.9 m2。轨交12号线区间隧道从项目场地中部穿越，把场地分为南北2个地块。北区基坑面积约7 200 m2，南区又被分为远离地铁侧的南Ⅰ区及靠近地铁侧的南Ⅱ区。其中，南Ⅰ区基坑面积约7 580 m2，南Ⅱ区基坑面积约7 065 m2（图1）。

图1 基坑平面示意

工程开工前，轨交12号线顾戴路站—东兰路站区间累计收敛最大值为60 mm，因此地铁方要求整个深基坑施工过程中收敛累计值控制在65 mm以内。本文主要研究深基坑施工过程中土方开挖、地下室回筑对围护结构及轨交12号线变形的控制，以确保深基坑施工过程中地铁的安全及正常运营。

由于南Ⅰ区离地铁较远（最近处离地铁49 m，地铁保护区域为50 m内），而南Ⅱ区仅为地下1层，挖深较浅，南区整体地下室开挖及回筑阶段对地铁影响较小，地铁数据基本无变化。因此，本次研究仅针对北区基坑数据及地铁数据进行。北区采用地下连续墙＋3道混凝支撑，其与地铁平行长度约126.4 m，隧道顶埋深19.1～20.5 m，基坑边线距离地铁结构外边线一般为26.1 m（局部塔楼角部距离为16 m），基坑挖深12.3 m，局部落深处开挖深度13.35～16.30 m。

2 深基坑施工过程中的重、难点

1）北区基坑设计安全等级为一级，东侧邻近轨交12号线处环境保护等级为一级。桩基施工至地下室回筑完成，地铁允许收敛仅为5 mm。地铁评审要求北区第2皮土方开挖至底板形成时间控制在55 d以内。因此，合理布置开挖顺序，增加相应的控制措施，减少基坑暴露时间，在深基坑施工过程中控制好基坑变形，减少对周边环境（尤其是轨交12号线）的影响至关重要[1]。

2）北区试桩施工过程中发现地下5 m左右均为回填垃圾土，无法进行后续桩基施工，需及时调整施工顺序。北区钻孔灌注桩施工需在置换土完成后，方可进行。

3）地下室回筑过程中，地下2层结构及换撑体系施工完成并达到设计要求强度后，按顺序拆除第2道及第1道钢筋混凝土支撑。连续拆除2道钢筋混凝土支撑对地铁及基坑影响较大，需采取相应的保护措施。

3 深基坑施工过程中的主要控制措施

本工程轨交12号线下行线隧道北侧与北区基坑间围护由29幅宽1 m地下连续墙组成，地下连续墙施工深度为隧道底部向下3.85 m（总深度28 m）。为避免地铁运营过程中引起的振动导致护壁失败、槽壁坍塌，影响轨交12号线的正常运行，在地下连续墙施工前，对其内外两侧各采用长29 m（外侧）及28 m（内侧）的深层搅拌桩槽壁加固。深基坑施工前对整个工程中的关键工序进行了合理的施工部署，对挖深最深的北区先进行三轴桩的槽壁加固施工，然后进行地下连续墙施工，再对地铁侧进行三轴桩的被动土加固，最后施工其工程桩及立柱桩，以此减小对地铁的影响。地下室回筑过程中增加临时钢换撑，以确保基坑及地铁安全。

3.1 土方开挖控制措施

基坑开挖前，按设计及地铁要求布置好观测点，并测定初始数据。

考虑南北区同时卸土开挖会对地铁产生较大影响，因此对开挖顺序进行合理调整后，先对南Ⅰ区开挖。 南Ⅰ区开挖过程中，北区进行置换土，南Ⅰ区施工至底板后再开挖北区，北区施工至底板完成且南Ⅰ区施工至±0 m后开挖南Ⅱ区。北区置换土施工前，先完成地下连续墙及三轴搅拌桩槽壁加固，置换土过程中，在地铁侧地下连续墙上临时布置10个侧向位移点，后续施工过程中，地下连续墙无任何位移，对地铁变形无影响。

1）北区第2、第3皮土方开挖时（图2），先开挖中部土方，形成中部支撑，再限时对撑开挖邻近围护结构的土方，最后开挖地铁侧土方。地铁侧土方留土约15 m。对于地铁侧坑边土，从开挖到支撑浇筑并与已形成的支撑对接完毕控制在24 h内。设计要求需待整体支撑形成并达到设计强度（支撑设计强度为C35）的80%（约28 MPa），方可进行下一皮土方开挖。土方开挖期间为6月份，每日平均气温约25 ℃。为了加快施工进度，降低基坑暴露时间，现场将混凝土强度等级提高至C40，且通过与泵站协商，泵站同意在混凝土等级提高至C40的基础上再提高半个级配，提高混凝土早期强度，以此减少基坑变形对地铁产生的影响。在后续施工过程中，整体支撑形成1～2 d后即能达到设计要求强度。随后立即进行下一皮土方开挖施工，尽量缩短基坑开挖时间，降低基坑位移对地铁的影响。

2）北区第4皮土方开挖时分成两部分开挖（图3），邻近地铁侧约15 m范围内的土方暂时保留。其余部位的土方按照后浇带依次开挖，及时浇筑垫层，最后开挖留土区域土方，以减少地铁侧基坑变形时间。垫层完成的区域，按后浇带位置尽快浇筑底板，减少坑底隆起，保证环境安全。为控制地铁侧15 m范围内土方开挖过程中侧压力引起的围护变形，除了减小每块土方的开挖面积外，现场将该垫层厚度从150 mm加厚至300 mm，并采用配筋垫层（φ12 mm@200 mm双层双向，材料HRB400），同时将混凝土强度从C20提高至C30，以提供足够的反力回顶地下连续墙。

图2 北区第2、第3皮土方开挖

图3 北区第4皮土方开挖

3）北区第2皮土方开挖至底板形成共历时65 d（施工期间遇中、高考停工），整个基坑开挖过程中，较好地控制了基坑及隧道变形。

3.2 北区回筑增加临时钢换撑控制措施

按设计要求，北区地下2层结构及换撑体系施工完成并达到设计要求强度后，按顺序拆除第2道及第1道钢筋混凝土支撑，由于地下2层顶板至基坑外场地高差6.45 m，考虑地铁及基坑安全，在夹层位置增设1道水平钢支撑（H型钢）作为临时换撑，地下室施工过程中，在其夹层标高位置增设混凝土换撑板与地下连续墙相接。部分结构之间由于跨度较大（最长15 m），整根水平钢支撑施工难度较大，因此，在中间位置增设1道钢立柱（H型钢）用于过渡。立柱底部与地下2层顶板预埋件焊接，顶部与水平型钢支撑满焊。基坑外侧土压力经地下连续墙、换撑块、钢支撑、钢立柱及结构相互传递。考虑原结构设计时，未考虑夹层间互相传递基坑土体侧压力，对夹层楼板进行局部配筋加强，且在竖向局部受力较薄弱部位增设竖向剪刀撑，用以加强结构整体抗剪能力（图4）。整体拆除顺序相应调整为地下2层结构及换撑体系施工完成并达到设计要求强度后，拆除第2道钢筋混凝土支撑，夹层结构及换撑体完成并达到设计要求强度后，拆除第1道支撑。待地下室回筑完成且地下室外墙回填完成后，拆除临时换撑用水平钢支撑、钢立柱及竖向剪刀撑。增加1道临时水平钢换撑后，从夹层至基坑外场的高差降为3.85 m，大大降低了地下室回筑过程对整个基坑变形及地铁变形的影响，同时增加了基坑的整体安全性。

图4 剪刀撑示意

4 地铁隧道变形监测数据分析

为及时获得地铁隧道沉降变形数据，在轨交12号线上、下行线隧道内，分别布置了51个自动监测点；而北区离基坑较近，为地铁上行隧道（SX01—SX51） ，同时辅以人工监测，每周进行2次监测，以确保地铁运营安全。

1）第1皮土方开挖及混凝土支撑施工完成时，地铁隧道上行线沉降变化不大，最大沉降点为SX11，其累计沉降为3.85 mm，日变化量为0.017 mm/d。

2）第2皮土方开挖及混凝土支撑施工完成时，地铁隧道上行线沉降基本没有变化，最大沉降点为SX22，其累计沉降为3.92 mm，日变化量为0.016 mm/d。

3）第3皮土方开挖及混凝土支撑施工完成时，地铁隧道上行线最大沉降点为SX36，其累计沉降为5.68 mm，日变化量为0.022 mm/d。

4）第4皮土方开挖及基坑垫层和底板施工完成时，地铁隧道上行线最大沉降点为SX29，其累计沉降为6.92 mm，日变化量为0.023 mm/d，基坑垫层和底板施工期间，地铁盾构隧道上行线日沉降量很小。

5）地下室回筑完成时，地下连续墙最大水平位移为23.92 mm，深层墙体最大水平位移为24.03 mm，轨交12号线上行线收敛累计最大变化为2.9 mm，隧道沉降累计最大值为8.0 mm，均在允许范围内。

5 结语

如今，城市地铁发展迅速，紧邻地铁的深基坑项目基本处于常态化，因此深基坑施工过程中对围护及地铁的变形控制将成为日后城市深基坑项目的必然条件。本工程在地铁运行50 m保护线内，尤其是在号房角部距离地铁隧道仅16 m的地方，进行了大面积的深基坑开挖，风险巨大。工程在深基坑施工期间所采取的控制措施，满足了地铁隧道沉降变形的要求，可为今后类似项目提供借鉴。