临近地铁侧微扰动施工措施的研究

焦 卓

(上海市基础工程集团有限公司，上海 200433)

1 概述

基坑安全和周边变形控制，是衡量深基坑工程成败的两大关键因素。上海近地铁侧深基坑施工作为复杂环境下施工的最具代表场景之一，以其严苛的变形控制和规范的全过程施工闻名业内。随着上海2035规划愿景的蓝图逐步实施，未来上海的轨道交通将迎来里程碑式的建设大潮，随之而来的近地铁深基坑施工也将愈发普及、愈发复杂。对临近地铁侧微扰动施工措施的研究已然刻不容缓，意义深远。

2 工程案例

2.1 工程概况

1)基坑概况。

前滩21-05地块绿化总体及周边联络通道工程，拟建场地位于上海市浦东新区前滩地区21-05地块，东、北至前康路，南至海阳西路，西至东育路。项目总建筑面积为9 205 m2(地下建筑面积3 550 m2，地上建筑面积200 m2)，项目工程主要为(绿化、绿化管理用房、地下空间、与周边建筑的联络通道，新建下沉式广场约700 m2等)。主要工作量见表1～表3。

表1 围护参数统计

表2 围檩、支撑参数统计表

表3 地基加固参数统计

2)地质概况。

本工程基坑施工有直接影响的为浅部土层中的潜水，其补给来源主要为大气降水。勘察测得钻孔中潜水稳定水位埋深约0.3 m～1.50 m。

b.微承压水。

对工程有影响的主要是微承压水和承压水，根据勘探成果，微承压水赋存于上更新统地层中的粉性土或砂土中，其水位低于潜水位，呈周期性变化，承压水水位埋深约为3 m～11 m。本工程微承压水赋存于第⑤层(⑤2,⑤3-2)中，第⑤3-2层埋深较深，对本工程基坑开挖无影响。

3)环境概况。

本工程拟建场地位于上海市浦东新区前滩地区，东、北至前康路，南至海阳西路，西至东育路。基坑东北侧紧邻运营中的轨道交通6号线东方体育中心站—灵岩南路站区间及轨道交通11号线东方体育中站—三林站，地铁结构为隧道，基坑离开轨道交通11号线区间隧道最近处约10 m，距离6号线最近处约30 m。西北角临近既有BRT车站，离开基坑最近处约3 m。西侧为在建“前滩中心地块项目”；南侧为规划“上海前滩信德文化中心项目”。与地铁位置关系平面图见图1。

2.2 临近地铁侧微扰动措施

1)优化施工参数。

1961年出生的蔡振华，7岁开始练习乒乓球。进入无锡市少体校后，经过短短四个月训练，就拿到市少年组冠军。在1981年的第36届世乒赛上，蔡振华获得男双冠军、混双以及男单亚军。之后的两届世乒赛，他的成绩依然耀眼。

近地铁侧微扰动施工的主要目的是控制轨交变形，而变形控制的根基取决于施工参数的控制。该基坑在严苛的轨交保护区内作业，水泥桩的水泥掺量、水灰比、施工速度等施工参数的优化就显得尤为重要。

为此，正式施工前针对不同的桩型，在距离轨交隧道区间55 m处分别采用12组试桩，并在距离试验桩分别为3 m，6 m，9 m处各布设1根土体测斜管。进行试桩时，通过对“9宫格”式监测孔进行监测，以模拟三轴搅拌桩施工时对地铁的影响，以便后续确定施工参数。

最终，通过试桩选定各种桩型中对地铁影响最小的施工参数作为今后的控制参数，从源头上减小对轨交的扰动。选定施工参数统计表见表4。

表4 选定施工参数统计表

2)优化施工顺序。

变形控制，不仅需要有精准的施工参数，同样还离不开合理的施工顺序安排。对于该工程复杂的轨交形势，经认真分析制定施工流程：槽壁加固地墙→超深三轴→坑内裙边、墩式、落深加固钻孔灌注桩→首道混凝土支撑→基坑开挖的顺序。

目的在于：首先通过施工槽壁加固+地墙组合在近地铁侧筑起一道强有力的围护墙，将地铁与基坑内施工有效隔离；其次通过先加固后施工钻孔灌注桩的施工安排，有效提高土体强度，进一步削弱钻孔灌注桩施工对地铁变形的影响。超深三轴见图2，地墙成槽见图3。

3)优化深基坑施工。

a.降水。

本工程主要涉及⑤2层微承压水，厚度为22.13 m。经承压水抗突涌计算，基坑在开挖至8.7 m深度范围内处于临界安全边际，继续向下开挖至10.5 m深度时需要着重考虑承压水的减压问题。

潜水：通过布设15口17 m深的疏干井，结合真空泵疏干，单口井有效降水面积180 m2。每层土方开挖前预降水，将水位降至开挖面以下1 m即可。在每层土预降水过程中严格控制水泵的位置，使水泵始终处于该层土开挖面以下2 m位置，不可一次性将水泵置于基坑总开挖面以下，超前降水，进而影响地铁变形控制。

微承压水：局部地下两层区开挖深度为10.5 m，从8.7 m 深度继续向下开挖时需要启动降压井。本基坑的围护为近地铁侧采用21 m～25.5 m的800 mm厚地墙，其他区域采用桩长26 m的SMW工法，在局部地下两层区四周采用43.5 m超深三轴搅拌桩止水，坑内又采用10.9 m深度的裙边加固，对第二道混凝土支撑至坑底以下5 m进行加固，因此局部地下两层区为封闭空间，况且43.5 m的超深三轴穿越⑤2层，进入⑤3-1层，已隔断⑤2层微承压水，可在开挖过程中按需降压。而基坑内其他区域围护体深度仅21 m～26 m不足以隔断⑤2层微承压水，一旦启动降压，坑外水位将迅速补给，对坑外地铁变形造成难以估量的变形影响，故这部分区域严禁降压。因为牵涉到承压水降压，根据该区域要求需要考虑可能存在的回灌问题。基于此，承压井坑内布设5口(4用1备，1口位于局部地下两层区)，深度24 m，坑外地铁侧73 m范围内布设8口深度为30 m的回灌井，其余区域均匀布设8口深度为30 m的回灌井。一旦需要启动回灌，可迅速开启回灌井作业。

b.支撑、土方开挖。

基坑北侧紧靠地铁11号、6号线区间隧道，开挖中土方卸载势必引起基坑周围土体的位移变化，对区间隧道产生不利影响。基坑土方开挖针对上海地区软土的流变特性，工程施工时应用“时空效应”原则，严格限时、支撑开挖要求。土方开挖、支撑施工总原则是严格执行“分层分段、留土护壁(近地铁侧按照单层4倍开挖深度留土保护)、限时、支撑开挖”。基坑开挖基本信息统计表如表5所示。

表5 基坑开挖基本信息统计表

常规基坑开挖“先深后浅”，本次因开挖10.5 m的局部地下两层区位于近地铁侧，因此总体开挖思路为：由远离地铁侧开挖至近地铁侧；地下1层底板浇筑完成后再开挖局部地下两层区。主要开挖工况为：开挖第一层土；浇筑第一道钢筋混凝土支撑；整体开挖第二层土；浇筑第二道钢筋混凝土支撑；开挖局部第三层土；施工垫层、防水卷材、底板、牛腿；开挖局部第四层土(局部地下两层区至钢支撑底部)，施工钢支撑；开挖局部第五层土(局部地下两层区剩余土方)；施工垫层、防水卷材、底板。

基坑土方开挖期间，要想有效减小对周边轨道交通的扰动，最好的措施就是快速开挖，及时支撑，尽早发挥支撑对土体挤压的“抵抗力”。基坑暴露时间短，地铁变形较小；反之，地铁变形较大。因此限时开挖、开挖方式、施工资源配备成为本次与时间赛跑的决定性指标。另外，在对于局部两层区的处理上，项目部采取了一定的措施。局部两层区因为是在地下1层区底板达到强度后，先架设钢支撑支护(一端作用在底板上现浇的上翻牛腿)，再开挖施工的流程，因此在开挖第三层土方时，对局部两层区土方的处理就显得惟妙惟肖了，如果和该层其他区域土方一起开挖，但该区域土体又未开挖到底无法及时浇筑形成有效支撑，实质上增加了该区域基坑的暴露时间，对坑外地铁变形的控制是不利的。为此，项目部采取的措施是在开挖第三层土方时，该地下两层区未紧邻围护墙的另两侧土方1∶1放坡式留土覆盖，既保证了该区土体未被提前卸载，又通过放坡保证了留土稳定。待该区域开挖时，首先挖至钢支撑底部，形成钢支撑后再继续开挖，充分考虑基坑土方卸载后对地铁变形的扰动。

再次，要有效缩短整体基坑施工的时间，不仅要解决机械、劳动力的配置问题，还要从混凝土上寻求突破口。本工程混凝土支撑强度达到设计值100%后方可开挖下一层土，也就意味着正常情况下原级配混凝土需达到28 d养护后方可继续开挖。但近地铁侧深基坑施工有其特殊性，无法等待如此长时间的混凝土养护，所以必须调整混凝土级配，有效压缩养护时间。为此针对混凝土支撑级配主要做了三点调整，使养护时间缩短为3 d：

第一，混凝土标号由C30提高至C60，提高混凝土强度，缩短养护时间；

第二，掺加早强剂，虽不改变混凝土最终的强度，但可以有效提高早期强度，缩短开挖时间；

第三，提高水泥用量减少矿渣掺量，提高强度。基坑开挖时间节点统计表见表6。

表6 基坑开挖时间节点统计表

4)信息化施工。

本工程采用地铁自动监测和深基坑监测两级监测网络，通过对轨道交通的收敛、沉降等数据进行实时监测，对基坑施工期间的水位、围护墙测斜、轴力等进行信息化采集，定期反馈监测数据。根据监测数据反向调节施工安排，从而减少对环境的扰动，达到保护基坑安全和减小地铁变形的目的。

2.3 工程实施效果

从基坑开挖至底板完成，轨道交通及基坑各项监测数据均可控，达到了对周边环境的保护要求(沉降、位移报警值：累计值不小于±5 mm，日变化量不小于±0.5 mm；收敛报警值：累计值不小于±5 mm)。轨交监测最大数据统计表见表7。

表7 轨交监测最大数据统计表

3 结语

近地铁侧深基坑施工，因轨道交通安全属性加持，其施工难度远大于普通基坑。因而在实际施工中，要从施工参数、顺序、基坑开挖、监测等一系列方面挖潜，缩短扰动时间，提高保护质量，从而减小对周边轨交的扰动。目前，通过各项微扰动措施的实施，轨道交通及基坑各项监测数据均可控。