上海临港地区环绕地铁站大型深基坑的施工

姜 捷

上海建工集团股份有限公司 上海 200080

随着城市建筑开发建设和轨道交通建设的快速发展，越来越多的大型建筑地下空间采取了与邻近地铁对接的开发方式，对于邻近地铁的大型基坑，往往采用分坑、分阶段施工方法，并会根据各分坑的环境保护等级，采取不同的支护加固方式。本文以上海临港新城滴水湖站交通枢纽工程（含配套地下空间）为背景工程，通过对各分区基坑监测数据的分析，对上海临港地区的冲填土和软土等不良地质条件下的基坑工程围护结构设计和施工控制措施进行分析并提出建议，以期为临港地区的类似工程提供参考[1]。

1 工程概况

1.1 项目概况

本工程位于中国（上海）自由贸易试验区临港新片区，工程东侧为滴水湖和环湖北（西）一路，西侧为环湖西二路，南北侧分别为临港大道南路和北路，中心环绕上海轨交16号线滴水湖站呈对称布置。工程占地面积为73 000 m2，总建筑面积为75 000 m2。地下部分主体建筑为地下2层，局部1层，包括交通枢纽地下配套空间和下沉式广场（图1）。

图1 工程周边情况

1.2 工程地质条件

本场地地貌单元属长江三角洲入海口东南前缘的潮坪地貌类型，地质勘察报告显示，场地内地基土层从上至下依次为：①填土、②3砂质粉土、④淤泥质黏土、⑤1黏土、⑤3粉质黏土、⑤4粉质黏土、⑦1砂质粉土、⑦2粉砂。

本工程基坑开挖深度范围主要为②3层砂质粉土，该层土质中等压缩性，摇振反应迅速，干强度、韧性低，土质不均，土体稳定性较差[2]。本场地地下水主要由潜水含水层和⑦层第一承压含水层组成，经基坑底部抗突涌稳定性验算，临界开挖深度大于基坑最大开挖深度，所以不考虑降承压水。

2 基坑概况

本工程基坑长约360 m，宽196 m，周长共1 060 m，基坑总面积约为61 000 m2，最大开挖深度11.55 m，总土方量约为690 000 m3。本工程属于超大面积深基坑，采用分坑顺作施工，整个基坑分4个区域，共7个基坑（图2）。Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区基坑环境保护等级为一级，Ⅳ区基坑环境保护等级为二级。

图2 基坑分区示意

基坑围护结构采用厚600 mm地下连续墙，墙深25 m，局部邻近集水坑处的地下连续墙深度为27 m，靠轨交16号线滴水湖站侧利用原车站围护厚800 mm地下连续墙，墙深33 m。地下连续墙墙趾普遍入⑤1层黏土4 m，平均插入比1.18，接头形式为柔性接头，并采取墙底注浆工艺。地下连续墙槽壁加固采用φ650 mm三轴水泥土搅拌桩，加固深度为17.5 m。

基坑沿地铁车站外侧地下连续墙侧设置φ850 mm三轴水泥搅拌桩裙边加固，宽8.05 m，深度为坑底下4.00 m，水泥掺量20%。Ⅰ区基坑内设置了φ700 mm双轴水泥搅拌桩裙边加固和抽条加固，宽度分别为4.00 m和4.20 m，深度为坑底以下4.00 m，抽条间距10.00 m，水泥掺量14%。Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区基坑设置了双轴水泥土搅拌桩墩式加固（图3）。

图3 围护及加固平面布置

支撑采用2道钢筋混凝土支撑，第1道900 mm×800 mm，第2道1 200 mm×800 mm，栈桥板厚300 mm（图4）。

图4 Ⅰ区围护剖面

3 基坑开挖

为保证已建地铁车站结构安全，本基坑采用分区对称开挖的施工原则，总体流程为：Ⅰ-1和Ⅰ-2区基坑先同步对称开挖，待Ⅰ区地下结构完成后，Ⅱ区、Ⅲ-1区和Ⅲ-2区基坑同步对称开挖，待Ⅱ区、Ⅲ区地下结构完成后，Ⅳ-1区和Ⅳ-2区基坑同步对称开挖，直至Ⅳ区地下结构完成。

基坑开挖时严格遵循“分层、分块、对称、平衡、限时”的原则，Ⅰ区和Ⅳ区因基坑形状狭长采用分段开挖，共分7段，从中间向两侧对称进行，最后第3层土方按底板膨胀加强带分3段，先两端后中间进行；Ⅱ区、Ⅲ区采用盆式开挖，由基坑中部开始，逐步形成对撑、桁架边撑和角撑，最后第3层土方根据底板分区，挖土从基坑周边向栈桥位置先远后近进行。

4 基坑监测分析

根据本工程的基坑安全等级，确定监测项目主要为围护墙顶部水平及竖向位移、围护墙深层水平位移（测斜）、地下水水位、支撑内力、立柱桩竖向位移，地表竖向位移、邻近建筑物竖向位移和地下管线竖向位移，主要报警值见表1，另外，支撑内力的报警值为大于等于设计值的80%。因基坑各区呈对称分布，故选取各分区具有代表性的监测点如图5所示。

图5 各分区基坑选用监测点示意

表1 基坑监测项目报警值

对于地铁车站的监测项目和报警值主要为地铁结构设施绝对沉降量及水平位移量≤20 mm、隧道变形曲线和曲率半径≥15 000 m，相对弯曲≤1/2 500，由于周边施工因素（降水、注浆等）而引起的地铁隧道外壁附加荷载≤20 kPa[3]。

4.1 围护墙深层水平位移（测斜）

因基坑各区呈对称分布，故选取各区具有代表性的测斜点，具体如表2所示。

表2 各分区基坑选用监测点

根据选取点的监测数据，Ⅰ-2区中发生最大侧向位移的为测斜点CX15，该点位于围护体中部，最大侧向位移38.13 mm，深度在距坑底0.5 m处，变形曲线呈鱼腹式；Ⅱ区中发生最大侧向位移的为测斜点CX22、CX31，两点对称分布于弧形围护体端部，最大侧向位移97.66 mm，深度在坑底下4.0 m处；Ⅲ-2区中发生最大侧向位移的为测斜点CX42，该点位于近地铁站围护部位，该部位基坑围护体在开挖至第3层土方时，曾发生过应急抢险处理，最大侧向位移107.49 mm，深度在坑底下4.0 m处；Ⅳ-2区中发生最大侧向位移的为测斜点CX49，该点位于围护体西侧，最大侧向位移95.64 mm，深度在坑底下4.0 m处。

4.2 围护墙顶部水平及竖向位移

根据选取点的监测数据，围护墙顶部水平及竖向位移值均在25 mm以内，属正常变形，具体数据如表3所示。各区围护墙顶部水平位移累计量相当，均在5 mm以内。各区围护墙顶部垂直位移（沉降）累计量有差异，Ⅰ-2区在5.00 mm左右；Ⅱ、Ⅳ区在10.00 mm以内；Ⅲ-2区普遍超过10.00 mm，其中WY42点处发生过基坑围护应急抢险处置，累计沉降量最大为19.74 mm。

表3 围护墙顶部水平及竖向位移累计量

4.3 支撑轴力监测

选取围护测斜变形最大的Ⅲ-2区内ZL21、ZL22、ZL24轴力监测数据进行分析，图6为第1、第2道支撑轴力监测结果时程曲线，支撑轴力设计值第1道支撑为5 000 kN，第2道支撑为7 500 kN。

图6 支撑轴力曲线

Ⅲ-2区基坑开挖过程中，角撑处ZL21第1道支撑由614 kN逐步增大，当挖至第2层土方标高而第2道支撑尚未形成时达到最高值1 607 kN，后续稳定在1 400 kN左右，ZL21第2道支撑从第3层土方开挖起至坑底标高，由1 383 kN迅速增大至4 146 kN，底板完成后稳定在4 300 kN左右。

对撑处ZL22第1道支撑由806 kN逐步增大，当挖至第2层土方标高而第2道支撑尚未形成时达到最高值2 744 kN，后续逐步减少至1 229 kN，ZL22第2道支撑从第3层土方开挖起至坑底标高，由764 kN迅速增大至3 923 kN，至底板完成后稳定在4 100 kN左右。

桁架边撑处ZL24第1道支撑由940 kN逐步增大，当挖至第2层土方标高而第2道支撑尚未形成时达到1 634 kN，在附近围护应急处置期间达到最高值2 190 kN，后续逐步下降并稳定在1 100 kN左右，ZL24第2道支撑从第3层土方开挖起至坑底标高，由2 073 kN迅速增大至3 041 kN，随后附近围护发生测斜报警，轴力值迅速下降至1 550 kN左右，应急抢险处置完成后恢复到2 670 kN并保持稳定。

4.4 坑外地下水水位监测

图7为坑外水位时程曲线，监测数据显示各孔水位在第3层土方开挖前基本稳定，第3层土方开挖期间，Ⅱ区SW7和SW10监测点分别在7月28日和8月1日发生骤降超出报警值，主要是监测点附近的围护体出现渗漏造成的，经封堵处理后水位回升至合理水平；Ⅲ-2区SW15监测点在7月19日出现水位骤降超出报警值，至8月1日达到－317.9 cm，之后逐步回升稳定，主要是监测点附近基坑第3层土方开挖时围护体侧向变形突变报警，并出现明显渗漏，作为应急抢险处理措施之一，对坑外增加了降水处理。

图7 坑外地下水位曲线

4.5 地铁车站变形监测

根据监测数据，Ⅰ区基坑结构施工期间，地铁车站结构最大沉降量为－9.28 mm；Ⅱ区和Ⅲ区基坑同时开挖对地铁车站结构影响较为明显，最大沉降量为－15.11 mm；Ⅳ区基坑施工至地下结构完成，地铁车站变形趋于稳定，最终车站最大隆起量为13.00 mm。各项变形监测指标均在可控范围内[4]。

5 结论与建议

通过对各基坑分区施工监测分析，得出如下结论与建议：

1）Ⅰ区和Ⅳ区基坑形状均为狭长形，围护支撑形式相同，区别在于被动区土体加固形式，Ⅰ区采用裙边加固和抽条加固，整个基坑挖土期间各项监测项目的变形速率和累计值均在控制值以内，而Ⅳ区采用墩式加固，基坑挖土期间围护变形较大，特别在第3层土方施工中深层水平位移速率和累计值均明显增大，出现报警和局部抢险情况，直至底板完成才趋于稳定。建议本地区对于狭长形状基坑采用类似Ⅰ区的加固形式。

2）Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区被动区土体加固均仅采用了墩式加固，根据监测数据，在基坑第3层土方开挖期间围护体均发生了较大变形，并发生了局部应急抢险的情况。Ⅱ区因基坑整体呈半圆弧状，变形累计量相对Ⅲ、Ⅳ区较小。建议该地区类似基坑被动土区加固采用裙边加固，加固范围可适当扩大，增加坑底开挖面以上弱加固区，坑底开挖面以下加固深度可适当增加，有利于减小开挖期间的围护变形。同时加固施工期间一定要严控加固工程的水泥掺量，搅拌下沉和提升速度等施工因素，确保加固工程质量。

3）本工程围护墙主要采用厚600 mm地下连续墙，根据设计图纸，地下连续墙纵向钢筋在深度14～15 m处有50%的减少，根据围护墙测斜数据分析，这个位置正是Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区围护墙发生累计水平位移最大的深度位置。建议基坑围护设计单位在该地区类似基坑围护地下连续墙设计中予以考虑，加强钢筋配置或将钢筋减少区域设置在更深位置。

4）当围护墙变形发生突变和险情时，采用袋装水泥围堰混凝土填充进行临时堆载是阻止围护变形进一步扩大的有效方法，后续可根据基坑情况采用坑外降水后围护墙渗漏封堵、堆载区增加临时支撑、堆载区周边底板先行施工、堆载区底板垫层增厚配筋等处置措施，以确保基坑安全。

6 结语

本工程属于上海临港地区邻地铁车站的超大面积深基坑，通过对基坑施工期间各主要监测项目数据分析可知，作为重点保护对象的轨交16号线滴水湖站，结构变形均在控制值以内，采取的各项保护措施是成功有效的。在本工程分坑施工中各区基坑变形情况不一，绝大部分处于受控状态，但局部也发生了抢险应急处置情况，由于应对措施及时有效，确保了基坑整体安全。本文以监测数据为依据，结合实施过程中各工况分析，对临港地区基坑围护的设计和施工提出建议，希望能为类似工程提供参考。