紧邻地铁隧道的填海区深基坑施工关键技术

陈 浩/CHEN Hao

（中建二局第三建筑工程有限公司，北京 100070）

我国经济的快速发展极大地推动了城市化建设，由此衍生出大量基坑工程，且由于现代城市地下空间的复杂性，基坑开挖面临复杂的地下管线及地铁等地下构筑物，开挖及支护难度越来越大。深基坑支护体系类型多，且使用多种施工工艺，对深基坑设计与施工提出更高挑战，深基坑工程显现出很强的综合性及地域性。如何应对不同的基坑特性，合理的选择支护体系组合，保障施工安全的同时降低施工成本，成为目前具备挑战性的问题[1～2]。

国内学者对深基坑工程设计及施工开展较多研究，李松晏[3]等针对紧邻地铁深基坑的地下连续墙施工采用旋挖机、成槽机、冲孔锤与铣槽机等组合机械成槽施工，并采用咬合桩盒三重管高压旋喷桩对地下连续墙槽壁进行双重防护，保障地铁隧道安全；田贺维[4]等针对天津津塔深基坑采用地下连续墙和双圆环钢筋混凝土内支撑体系+高压旋喷桩做止水帷幕的方式，保障了基坑的安全稳定性。但深基坑施工区域紧邻地铁等保护区域的支护形式组合还不够成熟，仍需要大量工程实践进行合理的优化，因地制宜选取合理的支护体系。

本文结合深圳前海桂湾区某项目，对紧邻地铁的深基坑支护体系设计及关键施工技术进行研究。

1 工程概况

深圳前海桂湾区某项目位于广东省深圳前海深港现代服务业合作区，项目总用地面积为18 218.36m2，主要为两栋塔楼，北侧及南侧地块塔楼限高分别210.25m 和120.75m。塔楼设有四层地下室，基坑长约167m，宽约116m，开挖深度21～24m，基坑开挖规模大、深度大，支护难度较高，总开挖土石方量约40 万m3。项目效果图如图1 所示。

图1 项目效果图

场地东侧为运营中的地铁11 号线区间隧道，隧道结构在项目东侧用地红线以内11.58m，基坑围护结构距离地铁隧道6.54m；西侧拟建地下车行联络道，联络道下有规划穗莞深城际线隧道，基坑的西侧为暂未出让地块；南侧紧邻在建冠泽地块；北侧为规划桂湾四路；东北角为地铁出入口。

1.1 工程地质条件

项目场地位于深圳市前海湾填海区，所在位置填海前原始地貌为滨海滩涂（以蚝田为主），经人工填高整平，总体地势平缓，地形西高、东低，西南角受邻近冠泽工地开挖影响局部地段开挖较深。根据钻探揭露，场地内地层主要有：第四系人工填土层（Q4ml）、第四系全新统海陆交互相沉积层（Q4mc）、第四系上更新统冲洪积层（Q3al+pl）、第四系残积层（Qel），下伏基岩为蓟县系-青白口系混合花岗岩（Mγ3）。

1.2 水文条件

拟建场地在前海湾填海区，附近无地表水流，西侧有抛石挤淤形成的积水洼地，水深30～50cm，西侧约300m 外为前海湾海水。地下水位埋深介于3.2～7.2m，高程介于0.63～2.76m，平均高程为1.98m。由于场地东侧的地铁5 号线延长线桂湾站和南侧冠泽工地正在进行井点降水施工，故地下水位偏低。另外根据调查本场地区域常年稳定水位标高在4.0m 左右。

2 施工重难点

1）确保在基坑围护结构、土石方和桩基础施工中，东侧地铁11 号线安全、稳定运行是施工管理重点之一。基坑东侧围护结构距地铁结构仅6.54m，基坑围护结构、土石方开挖及桩基施工可能影响地铁运行安全。基坑开挖施工对沉降及变形、轨道沉降差等方面有严格的变形限值要求，极大地增加了施工难度。

2）周边在施项目多，对本项目施工进度、施工安全影响大。西南角现状地表标高低，与场内标高存在很大高差，且该部位存在冠泽地块的锚索，对基坑支护影响很大。

3）工程地质条件极复杂，围护结构质量控制难度大。本项目地处前海湾填海区，有填石层、填砂层及淤泥层，地下水与海水连通，水量丰富，基坑的止水和抽排水技术要求较高。

3 基坑支护方案设计

3.1 设计原则

本工程基坑安全等级均为一级，西侧桂湾地下车行联络道即将开工，业主要求一同开挖基坑，东侧为运营中地铁11 号线区间隧道，所有支护结构不得进入地铁结构外3m 范围内。基坑支护设计需保证安全的前提下考虑经济性最优原则。

3.2 基坑支护体系设计

基坑东侧及北侧采用地下连续墙+混凝土支撑支护，西侧及南侧采用排桩（咬合桩）+混凝土支撑支护，塔楼核心筒基坑与大基坑之间存在2.5m 高差，西侧联络通道开挖基坑比东侧主楼基坑开挖面高约5.0m，中间以1∶1 斜坡过渡，水平支撑布置可以满足联络通道与主体独立施工的要求。

1）地下连续墙基坑东侧和北侧设计为地下连续墙，地下连续墙厚度为1 200mm，东侧标准槽宽为4m，北侧标准槽宽为6m，深度25.8～30.2m。混凝土强度等级为C40P10。地下连续墙接头位置外侧选择采用1 根直径800mm 的三重旋喷桩加强止水效果。

2）咬合桩基坑南侧和西侧设计采用咬合桩+四道内支撑的支护形式，间距@1 500，排列方式为A 型桩∅1 200（C30 水下钢筋混凝土桩）和B 型桩mm1000（C20 素混凝土桩）间隔布置，桩长11.48～36.1m。桩底沉渣小于200mm，桩顶高出设计标高500～800mm，钢筋保护层厚度70mm，A 型桩必须切割B 型桩施工。深基坑支护设计效果图如图2 所示。

图2 深基坑支护设计效果图

3.3 基坑降水设计

基坑周边设置截水帷幕控制地下水，靠近地铁一侧及北侧为1 200mm 厚地下连续墙，其他侧边为钻孔咬合桩。沿坑顶、坑底各边线分别设置排水沟，排水沟每50m 左右设集水井，通过沟壑集水井汇水抽排。在基坑的东侧靠近地铁11 号线的隧道设置回灌井。

4 关键施工技术

4.1 超前钻施工

基坑开挖施工前进行超前钻探，为地下连续墙、工程桩设计和施工提供较为详细的墙（桩）端持力层埋深等地质资料。地下连续墙施工前，为确定墙底持力层深度，对超前钻探采取以下要求：①钻探深度要求：地连墙终孔条件为入中风化4.6m（3 倍墙厚），工程桩终孔条件为孔底以下3 倍桩径；②超前钻数量要求：地下连续墙每幅墙不少于2 孔，塔楼抗压桩每根桩均要进行超前钻施工。

超前钻孔布置根据原详细勘察钻孔的分布情况、墙端的位置、基坑支护的重要性、地质条件的复杂程度等因素综合考虑确定。地下连续墙共布置超前钻孔108 个。勘察过程中，首先进行勘察钻孔测量放点，防止打穿11 号线地铁结构。钻孔采用XY-1A 型工程钻机施工，上部松散层采用跟管护壁钻进，中下部地层采用泥浆护壁回转钻进，到块状强风化或者中、微风化岩面则换岩心管采取岩芯。超前钻对持力层的岩芯取样要达到80%的完整率，所有取样岩芯需按平面钻孔编号装箱。

4.2 高压旋喷桩施工

1）止水帷幕采用高压三管旋喷桩止水，成桩的桩径为600mm，桩心距300mm，成孔直径为∅80mm。

2）单管、三管旋喷桩施工参数如下：注浆体采用普通硅酸盐（42.5R）纯水泥浆，水灰比为1∶1 水泥浆，水压为25～32MPa，气压为0.6～0.8MPa，浆压为1～2MPa，具体压力经试桩后确定，提升速度为0.1～0.15m/min，每米水泥掺入量不少于350kg。注浆管按0.1～0.15m/min 控制提升速度，分段提升的搭接长度大于100mm，遇砂层时缓慢提升、复喷，确保止水效果。

4.3 三轴搅拌桩施工

为保证连续墙在填土层及淤泥层的成孔质量，在地下连续墙的两侧各设置单排∅850@1200三轴搅拌桩加固土体，如图3 所示。搅拌桩可以起到了成槽护壁作用，防止坍塌，同时增强了止水效果，有利于保护周边环境。三轴搅拌桩入强风化岩1.0m，采用套接一孔法施工，选用32.5级PC水泥，掺入量为20%，水灰比为1.2～1.5，要求28 天的无侧限抗压强度大于1.0MPa，搅拌桩匀速下沉和提升，速度均控制在0.6m/min 以内。

图3 三轴搅拌桩桩位布置图

4.4 地下连续墙施工

1）地下连续墙施工采用跳仓法，后浇槽段于先浇槽段强度达70%以上才开始挖槽施工。在槽壁加固的三轴搅拌桩有一定的强度后，插入进行地下连续墙的导墙施工[5]。

2）地下连续墙的墙面倾斜度不允许大于1/300；墙面局部凸出不大于100mm；对连续墙的施工严格按GB50202《建筑地基基础工程施工质量验收标准》相关章节中的相关规定。地下连续墙为永久支护，混凝土保护层为70mm，混凝土强度为C40，抗渗等级P10。

3）施工前进行墙端持力层深度检验，以确定持力层岩面准确标高，每幅墙不少于2孔超前钻。

4）槽底清理或置换泥浆结束1h 后，槽底500mm 高度以内的泥浆比重不大于1.15，沉渣厚度不大于100mm。严格清刷槽段接头，严禁夹杂泥浆或沉渣。混凝土接头面的清刷工作在清槽换浆即将完成之前进行。

5）导管提升不碰撞钢筋笼，设置钢筋笼定位固定器，采取措施避免混凝土浇灌过程中钢筋笼上浮、下沉。导管埋入混凝土深度在2～4m 内，相邻导管内混凝土高差不大于0.5m。

4.5 咬合桩施工

咬合桩施工主要采用“套管钻机+超缓凝型砼”方案。钻孔咬合桩采用素混凝土桩（B 桩）钢筋混凝土桩（A 桩）间隔的排列。先施工B 桩，后施工A 桩，B 桩采用超缓凝型混凝土，在B 桩混凝土初凝之前完成A 桩的施工，A 桩施工时采用套管钻机切割掉相邻B 桩的部分混凝土来实现咬合[6]，如图4 所示。

图4 钻孔咬合桩平面示意图

1）导墙施工导墙施工采用整体木模和钢管支撑，支撑间距不大于1m，混凝土浇筑前对模板的垂直度、中线和净距进行验收。采用C20 混凝土浇筑，浇筑时两边对称交替进行，严防跑模。

2）桩机就位将钻机中心或定位器中心与桩位中心对齐，调整水平保证导杆及套管的垂直度；通过导墙精确定位，反复调整使钻机中心与桩位中心对准。

3）安装钢套管桩机就位后安装套管，用2台经纬仪双向复测垂直度，满足要求后才开始成孔。

4）咬合桩成孔压入第一节套管，用旋挖钻机从套管内取土，边取土边下压套管，始终保持套管底口超前开挖面2.5m 以上。第一节套管压入土中后地面上留1.2～1.5m，以便于接管，然后检测垂直度，如不合格则纠偏，如合格则安装第二节套管继续下压取土，如此重复直至设计深度。

4.6 施工监测

深基坑施工中施工单位除做好第三方监测配合工作外，需充分利用深基坑和地铁隧道监测数据，掌握深基坑和紧邻的地铁安全状态，判断深基坑支护是否合理，施工方法和工艺是否可行，完善和改进施工工艺或程序，做到信息化施工，确保深基坑工程和地铁始终处于受控状态[7]。

4.6.1 监测项目

本基坑监测主要内容有：周围建筑物、地表沉降监测；桩顶、地下连续墙顶位移监测；围护桩/地连墙内力（钢筋计）监测；深层水平位移观测（桩内、墙内）监测；水位观测；立柱沉降监测；支撑轴力（压力计）监测和地下管线沉降。监测频率为土方开挖过程1 次/天。

1）支护结构水平位移及沉降观测点：沿支护结构顶或边坡顶每25～30m 设一个监测点，布置在深基坑顶或连系梁顶。

2）周边建筑沉降观测点：布置在基坑顶道路或基坑周边邻近建筑上，根据需要进行布置。

3）深层水平位移观测孔：沿着基坑边线每约50～100m 布置一个深层水平位移观测点，布置在基坑四周、地下连续墙或支护桩内。

4）支护桩钢筋应力监测点：选取支护结构典型剖面的支护桩进行应力监测点的设置，监测点按设计要求随桩长每5m 一组测点，每组测点对向安装2 个应力计。

5）地下水位观测点：沿基坑（边坡）边线约每50～100m 布置一个水位观测剖面，在基坑靠近地铁隧道部位增设监测剖面。

6）支撑轴力监测：选取有代表性的内支撑对其轴压力进行观测，测点设于支撑的三分点处。

7）立柱变形监测：选取有代表性的立柱对其沉降进行监测。

8）基坑底部隆起：设于基坑底部，主要观测基坑回弹及隆起值。

9）对地铁车站和隧道沉降及变形进行监测，车站每20m 设一个断面监测点；隧道每6m 设一个断面监测点。

4.6.2 监测结果

根据施工期间的监测数据，最终地铁结构的水平变形为6mm，竖向变形为8mm，均小于设计10mm 要求。

5 结语

1）紧邻地铁的填海区深基坑施工对地铁的沉降及变形、轨道沉降差等方面有严格的变形限制要求，基坑支护设计需要综合考虑环境、安全稳定性及经济效益因素。

2）基于基坑四周不同部位不同环境和地质条件的特点，进行不同侧针对性的设计，保证适用性最优原则。

3）紧邻地铁侧等结构物变形控制要求严格部位针对采用地下连续墙+混凝土支撑支护，并结合三轴搅拌桩提高在填土层及淤泥层的成孔质量，可以保障基坑及地铁等结构物安全；其他一般区域可采用咬合排桩+混凝土支撑支护。

4）合理的基坑监测项目，及时反馈监测数据为施工提供依据，做好信息化施工，为深基坑和地铁等结构物安全提供保障。