超深地铁基坑施工对邻近污水箱涵影响分析

茅利华

上海建工一建集团有限公司 上海 200120

随着城市的快速发展，越来越多的超高层建筑拔地而起，上部空间日趋饱和，越来越多的城市开始探索地下空间的有效利用。特别是随着城市轨道交通的发展，地铁隧道线路纵横交错，地铁车站的深基坑开挖必然会对周围环境产生诸多不利影响，如引起支护结构的变形、影响邻近管线及建筑的安全等[1]。国内外的学者广泛研究了如何控制基坑变形、减小对周边建筑以及保护管线的影响，研究成果对城市地下空间的开发利用起到了积极的推动作用。实践中，常通过结构变形监测以及数值模拟来分析地铁车站深基坑开挖对周边环境的影响[2-5]，以及对邻近建筑物的变形控制[6-9]。

上海市轨道交通18号线是一条位于城市东部地区南北向的切向线，沿线经过的行政区划有浦东新区、杨浦区和宝山区这3个行政区。线路串联了航头镇、周浦中心镇、花木副中心、江湾五角场副中心等客流集散点，将带动沿线开发和发展，加强与市中心的联系，发挥骨干交通的重要作用。本文以轨道交通18号线复旦大学站车站为背景工程，开展研究超深地铁基坑施工对邻近箱涵的影响以及对邻近建筑物的保护措施。

1 工程概况

1.1结构概况

复旦大学站位于复旦大学校区内西南角区域，车站向北接政立路站，向南接国权路站，为地下3层双柱岛式车站。本站站台中心里程SK32＋138.868，车站外包总长度169.1 m，标准段外包宽度24.3 m，标准段开挖深度约24.99 m，局部挖深26.77 m。本站南北端头井均为盾构始发井。

车站主体基坑采取明挖顺作法施工，采取地下连续墙作为围护结构。附属结构基坑采取明挖顺作法施工，采取地下连续墙或钻孔桩＋三轴搅拌桩止水的围护结构。

1.2周边环境概况

复旦大学站车站站址南侧为邯郸路（中环线），最近点垂直距离为9 m；西侧规划路道路红线35 m；东南角处有复旦校史馆、人文博物馆，为保留建筑；沿车站方向布置的走马塘合流污水箱涵为三路箱涵并行，如图1所示。

图1 车站与周边建（构）筑物位置关系

1.3水文地质概况

拟建复旦大学站场地地面标高稍有起伏，地面标高3.36～4.95 m。地貌形态单一，属滨海平原地貌类型。土层具有成层分布的特点，主要由砂土、饱和黏性土、粉性土等组成。

经勘探，场地地下水类型主要为松散岩类孔隙水。本站勘探深度范围内地下水主要为赋存于浅部土层中的潜水。⑦12为砂质粉土，⑧2为黏质粉土与粉质黏土互层，⑨1层为承压含水层。

2 污水箱涵沉降监测

2.1监测点布设

在施工前，为有效保护合流一期污水箱涵，由第三方监测单位在周边总计布设了44个监测点位，分别位于基坑影响范围内箱涵的11条接缝，每条接缝处上下两边共设置4个监测点位，监测了从主体围护结构施工和挖土、附属结构围护施工和挖土的各阶段沉降数据。监测点位如图2所示。

图2 污水箱涵监测点位布设平面

2.2监测数据分析

从2017年12月17日三轴槽壁加固开始，到2020年6月21日附属结构施工为止，各监测点位箱涵累计沉降数据如图3所示。典型监测点位（W2、W24、W42）随时间变化沉降数据如图4所示。附属结构施工阶段典型测点箱涵沉降差如图5所示。

图3 各监测点位箱涵累计沉降数据

图4 典型监测点位沉降值随时间变化情况

图5 典型测点箱涵沉降差（附属结构施工阶段）

由图3各监测点位的箱涵累计沉降数据可知，箱涵累计沉降量最大达到－23.51 mm（W2），箱涵累计上浮量最大为2.65 mm（W42），车站基坑西南侧箱涵变形相对较大。

由图4典型监测点位沉降值随时间变化情况可知，靠近基坑一侧，箱涵沉降幅度较大，远离基坑侧箱涵沉降幅度较小，典型测点W42出现上浮。

由图5可知，箱涵接缝差异沉降最大为－4.64 mm（W11－W13）。从图中可以看出，2019年12月份之前，箱涵沉降差相对稳定，此阶段为附属围护结构结束。附属围护结构施工结束后，开始附属结构的挖土及施工，此阶段箱涵接缝处沉降差变化较大。由此可见，邻近箱涵的附属结构挖土及施工对箱涵的影响较大。通过采取相应的保护措施，箱涵及周边建筑的变形尚处于可控范围。

3 紧邻地铁基坑建筑物的保护措施

车站主体基坑标准段开挖深度约24.99 m，属于超深基坑，在基坑挖深影响范围内，存在复旦大学人文博物馆、复旦大学校史馆以及走马塘合流污水箱涵，必须采取必要的保护措施，以减少基坑开挖和车站施工期间对周边建筑物的影响，防止邻近建筑物由于地表不均匀沉降而产生下沉，甚至墙体开裂等破坏性影响[10-13]。

1）从产生影响的根源进行预防：减小基坑开挖变形。通过地下水位控制（特别是承压水）、加固基坑支护结构、优化基坑开挖分块及工艺等一系列综合措施，来控制基坑的变形。具体措施为：基坑底以下采用三轴搅拌桩满堂加固；基坑开挖过程中采取回灌措施：在保护建筑邻近基坑一侧布设共10口26 m深潜水回灌井；基坑首道支撑采用混凝土支撑，其余支撑采用带轴力伺服系统的钢管撑。

2）切断影响的传播路径：在建筑物和基坑之间增设隔离墙。增设隔离墙切断由于基坑开挖产生的各种变形的传播路径。通常有深层水泥土搅拌桩、树根桩、高压旋喷桩等。具体措施为：复旦大学站采用直径400 mm的树根桩作为隔离墙。树根桩深入滑移面以下，桩深30 m，双排排列，桩顶设置1 000 mm×1 000 mm的顶圈梁。隔离桩作用原理如图6所示。

图6 隔离桩作用原理

3）提高建筑物抵抗变形的能力：对基坑周边建筑物进行加固。通过对周边重要的保护建筑采取加固措施，如注浆加固、跟踪注浆等，提高建筑物的抗扰动、抗变形能力。具体措施为：采用预留袖阀管进行分层注浆，注浆孔距离隔离桩1 200 mm，注浆孔间距为800 mm，采取分层注浆并根据监测数据有针对性地进行调整，每次分层注浆量等于保护建筑沉降量加上地基由于每次注浆引起的超孔隙水压力部分消散而产生的固结沉降量。

4 结语

1）依托上海轨道交通18号线复旦大学站车站深基坑工程，分析各施工阶段周边保护建筑的沉降、变形数据，得到其沉降变形规律。

2）通过设置隔离桩可以对周边的箱涵进行有效保护；对于位移量超预警值的建筑物，可采取分层跟踪注浆加固控制，注浆量需根据监测数据针对性调整。

3）对地铁基坑周边保护建筑的变形进行动态监测，可以有效掌控保护建筑的沉降、变形发展，便于采取针对性的措施。

4）上海轨道交通18号线复旦大学站车站深基坑工程通过采取综合措施，有效地控制了邻近污水箱涵及建筑物的沉降、变形，为后续类似工程总结了经验，起到了良好的示范作用。