软土地层中临近既有建筑物的地铁深基坑支护设计实践

何广骥

（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司）

1 工程概况

沿海某地铁区间风井工程，由北侧主体结构、南侧附属结构两部分组成。主体、附属分别为地下三层、地下两层箱形混凝土框架结构，均采用明挖顺筑法施工。风井主体基坑平面为24.4m×22.0m 矩形布置，挖深约24.8m；附属基坑平面呈22.0m～34.7m×17.5m 梯形布置，挖深约14.8m。

场地内分布淤泥质黏土层为代表的深厚软土地层，最大埋深约为22.5m；软土层以下依次分布粉质黏土、黏土、圆砾、风化凝灰质砂岩，基岩埋深约58m。场地地下水以表层孔隙潜水为主，潜水稳定水位埋深为0.70m～3.00m；深部圆砾层存在承压水，隔水层为上部的淤泥质土和粘性土层，水头埋深为地表下2.9m。

该区间风井北侧临近既有教学楼，地上5 层（局部6 层）框架结构建筑，静压预应力混凝土管桩基础，距离主体基坑净距23.5m。控制基坑开挖过程中的自身变形、减少对周边建构筑物影响是该深基坑支护设计方案的关键所在。

2 基坑支护设计控制指标及整体方案

根据基坑规模、挖深以及所在场地地质、水文条件，结合周边建筑物环境情况,根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120－2012）、《建筑基坑工程监测技术标准》（GB 50497－2019）、《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB 50911－2013）等标准要求，确定区间风井主体、附属基坑等级均为一级，基坑变形控制保护等级为一级，基坑监测等级主体基坑为一级、附属基坑为二级。对于临近的教学楼建筑，其所属环境设施分类为一般设施，且位于基坑工程次要影响区范围，考虑到保护需要，设计标准提高至一级变形控制等级。主要控制指标如表1所示。

表1 主要控制指标

考虑到风井主体、附属结构挖深不同，依照“先深坑后浅坑”的开挖原则，将其划分为平面规则的主体、附属两个基坑，分坑开挖，有效规避因基坑不规则、深浅坑对周边环境的不利影响。待风井主体结构顶板浇筑完毕后再开挖附属基坑。

分坑后，区间风井主体基坑体量减小，通过合理安排施工流水进度，缩短施工周期，将施工期间对教学楼的影响时间缩短、减小累积变形。同时，风井主体施工完毕后，底板嵌固于粉质粘土层，作为附属基坑与教学楼之间的隔离屏障，可以有效削减附属基坑开挖阶段对教学楼建筑变形的影响。

基坑围护结构采用整体刚度较好的地下连续墙+内支撑体系。其中，主体基坑采用1m 厚地连墙，内支撑设置2 道砼支撑+5 道钢支撑+1 道换撑，地墙插入比1：0.9；附属基坑采用0.8m 厚地连墙，内支撑设置1 道混凝土支撑+3 道钢支撑，地墙插入比1：1.1。通过保证支护整体刚度，控制开挖期间围护结构自身变形，进而降低周边地面沉降、建筑物变形[1]。

地连墙采用工字钢接头，防止地墙接缝处的渗漏水，避免基坑施工期间周边地层因水土流失引起的沉降。地连墙施工前，在远离建筑侧做试成槽以确定适宜成槽参数，确保地墙成槽时槽壁稳定。同时设置构造地连墙隔断⑧3-2 圆砾层承压水层，采用坑内真空管井降水方案，对坑外地下水位不产生影响，避免下降而引起建筑沉降。

基坑开挖要求“先撑后挖、快速封底”，同时加强监测与变形控制，动态跟踪基坑自身及周边环境风险状态，指导施工，确保基坑风险可控。

3 有限元建模分析

采用有限元分析软件MIDAS GTS NX 建立三维数值分析模型，模拟区间风井基坑开挖对越秀外国语学院#4 教学楼及周边地表沉降等环境影响。土体采用混合多边形体单元，本构模型选用修正摩尔-库伦模型，土层参数根据详勘报告选取；区间风井基坑地连墙、支撑分别采用板单元、线单元模拟，本构模型均选用线弹性模型，教学楼楼板采用板单元模拟，结构柱、桩基础采用线单元模拟。三维数值分析模型如图1 所示，尺寸横向（x 轴）120m，纵向（y 轴）110m，竖向（z 轴）60m。

图1 三维模型设计

根据数值计算成果，抽取各项特征位置控制数据，最终结果如表2 所示。

表2 计算结果汇总

可见，基坑开挖过程中，基坑自身变形较小，周边土体无明显的扰动，虽然临近地表沉降、建筑物变形均有一定发生，但计算沉降量或变形量都控制在许可区间内，可指导后续基坑实施。

4 深基坑实施相关措施与监测控制

4.1 勘察与准备

重点做好工程影响区2～3 倍坑深范围内的勘察工作，并查阅既有资料，以便明确建（构）筑物的实际情况。以管线为例，则包含类型（燃气、通信等）、尺寸、走向等。对于风险较大的建筑物，需要由专业的机构展开安全鉴定，并根据掌握的情况制定保护方案，从源头上加强控制，保证施工安全。

4.2 坑内降水

通过地连墙的方式隔断圆砾层承压水层，制定并落实坑内降水方案，最大限度减小对坑外地下水位所造成的不良影响，以免基坑开挖期间发生建筑下沉现象。

4.3 加强监测与控制

根据监测要求，创建三级预警机制，通过与监测单位、施工单位等相关主体的沟通，确定具体的监测内容，配置专业的人员以及高精度的仪器完成监测工作。经过监测后，以所得结果为准合理调整施工方法，全面确保施工安全。监测范围应具有全面性，包含基坑围护结构、道路路面、教学楼建筑等。除了对现有状况作出判断外，还需根据掌握的历史监测数据对后续的发展进行预判，提前采取防控措施，提高施工作业的主动性，保证各工况下的施工环境均较为安全。

4.4 基坑开挖及注意事项

基坑土方开挖是一项系统性的工作，需要以设计要求为准展开，全程均要充分遵循时空效应原理，即分层依次开挖、严格控制开挖进尺（不超挖）、先撑后挖。在获取监测数据后对教学楼地基土层采取加固措施，具体为跟踪注浆的方法，加固深度12m 左右。基坑的稳定性有限，不宜在2 倍坑深范围内堆载弃方，否则易在堆载作用下影响基坑的稳定性。此外，基坑开挖期间，坑顶周边地面2m 范围内不可存在任何其他形式的附加荷载，该范围以外的区域虽然允许有附加荷载，但不宜超过20kPa。基坑开挖期间的具体注意事项有：

⑴基坑开挖过程中若存在坑底涌水、涌沙现象，立即暂停开挖作业，采取回填措施，情况特殊时还可通过坑外管井达到高效降水的效果，综合考虑周边建筑物、地下管线的布设情况，采取合适的回灌措施，保证地下建筑物及地下管线的稳定性。

⑵在地墙设置有内撑支护时，若存在大幅度内凸变位现象则在地墙后卸载，且不宜继续挖土，可在既有内支撑基础上增加防护结构，或在地墙前堆筑砂石袋[2]。

⑶基坑土体滑塌时需降低基坑周边的水位，并对坡顶处采取卸载措施；对于尚未发生滑塌的路段应实施监测与防护，以免该部分受到不良影响。

⑷基坑存在渗水、流土或建筑物存在倾斜等问题时，立即暂停开挖作业，确定渗漏的具体区域后用堵漏材料处理，遇特殊情况时可辅以坑外降水等方法。通过对现场监测结果的分析，利用跟踪注浆的方法处理建筑临近风井一侧的地基，深度12m，达到了防护效果。

⑸基坑开挖过程中若与燃气管线碰触而导致其泄漏时，立即暂停施工，将情况告知监理及业主等，并尽快与燃气公司取得联系，由专员组织抢修工作，减少泄漏量。

⑹若存在污水管线受损的情况应暂停施工，尽快与管线主管单位取得联系，针对实际情况采取堵截、导流等相关措施。

5 结束语

软土地层中深基坑工程需要克服软土高灵敏性、易扰动等不利特性，还需考虑基坑变形后对周边临近建筑物产生的不均匀沉降、倾斜等有害影响。该区间风井深基坑工程通过采用增强基坑支护整体刚度、“先深后浅”分坑分阶段开挖、地下连墙隔断深部承压水以及设置隔离体等一系列系统性设计方案，遵循“分层分段开挖、先撑（锚）后挖，严禁超挖”时空效应原理，提前确立动态监测、保护措施的“反馈-处置”安全体系，通过控制基坑实施阶段变形，减小基坑开挖对周边建筑物影响，对类似深基坑工程设计具有参考价值。