邻近地铁的大体量深基坑施工

薛志松

上海建工一建集团有限公司 上海 200129

1 工程概况

上海张江集电港B区3-2信息技术产业平台项目坐落于张江集成电路产业区B地块，北靠祖冲之路，西接张东路，东依集创路，南邻在建集电路。工程用地面积约为3.8万 m2，总建筑面积约为24万 m2。其中，地下室3层结构，深度14 m，建筑面积约8.5万 m2；地上由5栋单体组成，分别为：A1地上21层、高度99.90 m，A2地上8层、高度49.50 m，A3地上14层、高度73.05 m，A4地上19层、高度95.55 m，A5地上13层、高度68.50 m（图1）。

图1 工程平面示意

2 工程地质条件

拟建地段勘察深度范围内揭露的地基土属第四纪松散沉积物，按其结构特征、地层成因、土性不同和物理力学性质上的差异可划分为10层，其中①、③、⑤、⑦、⑧层又可分为不同的亚层。由于基坑周边以③、④层软弱黏性土层为主，有较明显触变及流变特性，在动力作用下土体强度极易降低，因此在开挖过程中应尽量减少土体扰动。

3 不良地质条件

经现场调查和钻孔钻探查明，拟建场地主要不良地质条件为暗浜和厚填土。

根据本次现场钻探取土技术孔勘察及部分螺纹孔勘察结果，场地内①1层杂填土一般厚度为1.40～4.70 m，层底标高在0.01～3.48 m之间，该层主要以黏性土为主，夹少量碎石、砖块等，土质松散且不均，土性差。

②层浜填土一般厚度为1.00～1.50 m，层底标高在－0.14～1.59 m之间，以黏性土为主，夹黑色有机质，有臭味，并夹有碎石、碎砖等，在暗浜地段缺失②层地基土。

4 施工安全及质量保障措施

4.1 基坑分坑调整

项目施工初期阶段预计分为5个基坑分坑，由于2号坑邻近地铁，土方开挖对地铁变形影响较大，故经过分析且与设计进行沟通，将基坑分为了6个基坑分坑（图2、图3），基坑施工总面积不变。

图2 基坑初始分坑

图3 调整后基坑分坑

4.2 土方开挖顺序调整

原设计基坑开挖按基坑编号（即1—6号）顺序进行，经核算施工工期将达到1 218 d，无法满足项目施工合同1 096 d的总工期要求。对比项目总工期要求和项目基坑施工设计方案后，考虑在保证基坑施工安全的同时，最大限度满足施工合同项目总工期要求，对基坑开挖顺序进行优化，将施工顺序调整为2→1→3→4→5→6，经此项调整后施工工期为1 096 d。

4.3 基坑支护形式

为了保证基坑施工安全，减少开挖过程中的土体扰动，基坑施工阶段将整个基坑分为6个子基坑施工，其中2—6号基坑处于地铁保护范围50 m内，根据基坑概况，2号基坑支护采用三轴搅拌桩＋地下连续墙＋3道混凝土支撑围护体系，3—5号基坑支护采用φ850 mm@600 mm三轴搅拌桩槽壁加固＋厚800～1 000 mm地下连续墙＋1道混凝土支撑、3道φ609 mm自伺服钢支撑的围护体系，6号基坑支护φ900 mm@1 100 mm灌注桩排桩＋1道混凝土支撑的围护体系。

因该工程2—6号基坑处于地铁保护范围50 m内，考虑到变形控制要求高的特点，对地铁保护区范围内的基坑采用三轴搅拌桩满堂加固，加固范围23.1 m。同时保护区范围内采用厚1 000 m地下连续墙，地下连续墙深度为47.5 m，地下连续墙接头采用十字钢板接头，接缝间采用φ2 000 mm扇形MJS工法旋喷桩，MJS旋喷桩桩长26.4 m，保证不出现漏水影响。

5 围护施工安排

5.1 三轴搅拌桩试桩

为了更好地对地质进行验证，并保证围护桩确实有效，φ850 mm@600 mm三轴搅拌桩施工前共进行了3组原位试桩（表1），试桩前需明确三轴搅拌桩槽壁加固试桩、坑内土体加固试桩的位置，并在试桩周边按照3、6 m间距布设测斜、孔隙水压力及土体分层沉降监测点，3组试桩之间间隔距离不得小于6 m。

表1 三轴搅拌桩试桩参数

5.2 围护施工工况分析

1）现场围护及工程桩施工分为两部分，2、3、4、5、6区基坑范围为一个施工段，1区基坑范围为一个施工段。

2）先进行2、3、4、5、6区的工程桩立柱桩施工，同时进行此区域三轴搅拌桩槽壁及TRD槽壁加固施工，待2、3、4、5、6区槽壁加固完成及养护强度达到设计要求后，进行地下连续墙的施工。

3）待2、3、4、5、6区工程桩完成，主要机械移至1区进行立桩施工。

4）待2、3、4、5、6 区三轴搅拌桩槽壁加固完成后，移至1区进行三轴搅拌桩槽壁加固。1区槽壁加固施工及养护完后，进行1区地下连续墙施工。

5）2、3、4、5、6区地下连续墙施工完毕后，进行坑内三轴搅拌桩及旋喷桩土体加固施工。

6）1区地下连续墙施工完毕后，进行1区的坑内旋喷桩土体加固施工。

6 保护区内土方开挖控制措施

6.1 土方开挖概况

地铁保护区土方开挖涉及2—6号基坑。2号基坑开挖面积9 935 m2，3号基坑开挖面积1 060 m2，4号基坑开挖面积751 m2，5号基坑开挖面积655 m2，6号基坑开挖面积520 m2。普遍挖深15.75～17.75 m，总出土量约为425 671 m3。

6.2 保护区范围内土方开挖总体流程

考虑到工期及分坑，该工程采用2号坑先行施工，待2号坑地下结构回筑至B1层后，进行4号坑第2层土方开挖；4号坑施工至结构底板后，进行3号坑第2层土方开挖；3号坑结构回筑至B1层后，进行5号坑第2层土方开挖；5号坑结构回筑至B1层后，进行6号坑第2层土方开挖。各基坑土方开挖严格按照设计要求的顺序分区开挖，遵循“分层分块、留土护壁、限时对称、及时支撑”的原则，以减少对地铁隧道、管线及周边在建工程的影响。土方采用盆式开挖方式，加快土方出土速度，减少无支撑状态下的地下连续墙暴露时间。

6.3 保护区内降水措施

勘察报告反映基底土以上部分的土层以黏性土为主，地下水位高，基坑开挖前，需进行降水试验，若发现渗漏应及时封堵。同时，需在开挖前10～15 d开始采用坑内降水。基坑降水采用真空降水管井降水，要求降水深度至开挖面下0.5～1.0 m。

同时在小坑外侧每隔15 m设置1口回灌井，共计15口；3—6区小坑开挖期间，坑外回灌井保持24 h运行，结合第三方监测单位，同步监测东侧和西侧水位。

6.4 土方开挖具体流程

6.4.1 2号基坑土方开挖施工

2号坑首层土方采用大开挖形式，由场地西侧向东侧开挖。第2、第3层土方分成22块4个阶段顺序开挖（图4）。邻近地铁侧留宽21 m土方暂不开挖，留土侧采用2级放坡，放坡坡度不大于1∶2。

图4 2号坑第2、第3层土方开挖示意

2号坑从第2层土方开挖至底板形成共计实际施工60 d。地铁上行线变形最大值依次为沉降2.73 mm、收敛3.60 mm、位移2.30 mm，下行线变形最大值依次为沉降2.05 mm、收敛3.00 mm、位移1.70 mm。

6.4.2 4号坑土方开挖施工

图5 4号坑第2—第4层土方开挖示意

4号坑第5层土方按照由西向东整体开挖。开挖完成后及时形成底板结构。

4号坑从第2层土方开挖至底板形成共计实际施工23 d。地铁上行线变形最大值依次为沉降3.15 mm、收敛6.20 mm、位移2.90 mm，下行线变形最大值依次为沉降3.31 mm、收敛3.60 mm、位移2.80 mm。

6.4.3 3号坑土方开挖施工

3号坑首层土方采用大开挖形式，由场地西侧向东侧开挖。3号坑第2—第4层土方分成11块11个阶段顺序开挖（图6）。基坑内使用φ609 mm自伺服钢支撑，随挖随支撑。

图6 3号坑第2—第4层土方开挖示意

3号坑第5层土方按照由西向东整体开挖。开挖完成后及时形成底板结构。

3号坑从第2层土方开挖至底板形成共计实际施工30 d。地铁上行线变形最大值依次为沉降5.55 mm、收敛8.90 mm、位移3.90 mm，下行线变形最大值依次为沉降3.90 mm、收敛4.90 mm、位移3.40 mm。

6.4.4 5号坑土方开挖施工

对教室进行隐喻描述时，54.16%的大学生持积极态度，以强调教室给他们带来美好和快乐的情感体验为价值取向；而45.84%的大学生持消极态度，以强调教室给他们带来束缚，限制其自由的情感体验为价值取向，所占比例相对较大。

5号坑首层土方采用大开挖形式，由场地西侧向东侧开挖。5号坑第2—4层土方分成7块7个阶段顺序开挖（图7）。基坑内使用φ609 mm自伺服钢支撑，随挖随支撑。

图7 5号坑第2—第4层土方开挖示意

5号坑第5层土方按照由西向东整体开挖。开挖完成后及时形成底板结构。

6.4.5 6号坑土方开挖施工

6号坑为一条从－6.30 m到－0.15 m的坡道，开挖前先进行混凝土支撑施工，支撑强度达到要求后进行土方开挖。土方开挖由标高高处向低处进行，开挖坡度为12%～15%，挖土过程中加强基坑两侧位移变形监测。基坑开挖后及时进行垫层施工，垫层浇筑后进行底板钢筋及侧墙钢筋绑扎施工，底板施工一次浇筑成形，保证结构整体性。

7 基坑监测成果

7.1 监护测量目的

保护区监测活动可及时获取施工期间轨道交通区间隧道结构的变形数据，目的有4个方面：

1）将获取的测量成果数据反馈到施工部门，可以根据监测数据调整和指导施工，一旦遇到情况，能确保在第一时间采取措施，做到信息化施工。

2）将监测数据成果及时提供给该项目监护现场负责人，根据一定的监护测量限值作为预警预报，可以评估施工对轨道交通结构的影响，以便采取相应的措施，确保施工期间轨道交通区间隧道结构的安全。

3）将变形数据提供给设计单位，比对设计参数，既可相互印证，又可为设计参数调整提供依据。

4）将监测成果数据与经审批的施工组织设计等结合，进行现场施工操作规范性检查，确保工程施工严格按要求实施，及时判断既有地铁工程的结构安全，对可能发生的事故提供及时、准确的预报，避免恶性事故的发生。

7.2 监护测量重难点及应对措施

7.2.1 隧道结构边线放样和桩位复核的准确性

该项目靠近地铁区间隧道，需在地面上精确放样出隧道结构边线，同时对近地铁侧特征位置桩位进行复核，防止施工过程中因位置关系不准确破坏隧道结构，因此该段隧道结构边线的地面放样工作十分重要[1-3]。

为了保证放样的准确性，该项目采用上海连续运行参考站（SHCORS）系统网络实时动态载波相位差分技术（RTK）进行放样，同时对近地铁侧基坑特征位置桩位进行复核，确保基坑与隧道相对位置关系准确。

7.2.2 人工收敛测量仪器的固定

目前，人工收敛测量主要方法为全站仪自由设站极坐标法。该项目计划布设反射片进行观测，尽管反射片测量效果较无反射棱镜观测精度高，但由于不同全站仪的测距头和视准轴不完全一致，导致不同仪器所测的直径存在差异。为保证收敛测量数据的准确性，该项目测量前对拟用全站仪进行自检，确保仪器测量精度合格，并对不同仪器进行仪器常数比对，且在日常测量中固定仪器设站位置。

7.2.3 自动化收敛测量目标的校正

根据以往轨道交通保护区监护测量经验及理论分析，盾构隧道收敛变形常伴随管片一定程度的旋转，使固定安装的激光测距仪在对向管壁上的照准点位置发生变化，甚至会瞄向管线或螺栓孔，造成变形数据的失真。

为了避免自动化收敛数据失真，该项目在监护周期内定期对自动化测量设备进行检校。

7.2.4 静力水准转点的设置与校正

静力水准自动测量系统是轨道交通监护测量项目中自动化沉降监测的主要方法，根据此前静力水准传感器的监测使用经验，监测精度易受如下因素影响：

1）系统需要布设基准点，基准点需要定期进行人工测量，进行稳定性判断校核。

2）传感器由于受到列车运营影响，仪器会产生振动，影响读数。

3）隧道内高差较大，静力水准仪安装空间有限，因此线路较长时需要布设转点进行高程传递，仪器上下转点间会存在高度差，同样需要人工测量来校正。

对于静力水准自动测量系统的误差，该项目通过人工测量来进行校正，校正原则如下：

1）人工数据与自动化数据的测量时间点尽量保持相近和一致。

2）几何水准校核装置设置在与静力水准传感器同环管片上，保证人工和自动化测定的是同一结构的变形数据。

3）定期进行系统的校正，防止不合格数据的发生。

7.2.5 监护测量数据及时反馈

为了确保数据的及时反馈，使各方及时了解隧道变形情况，该项目使用我公司和上海申通地铁集团共同开发的云图地理信息系统。通过该系统，人工和自动化数据可以及时掌握。此外，及时的数据分析可以对施工进行有效指导，确保轨道交通结构的安全。

7.3 基坑监测等级

根据上海市工程建设规范DG/T J08-2001—2016《基坑工程施工监测规程》中的相关规定，基坑开挖深度14.95 m，故该工程基坑安全等级基本为一级。

7.4 监测数据分析

监测工作从2020年7月9日开始至2021年11月18日，对主体基坑及周边环境先后进行了7个项目的监测，周边管线整体变化量、坑外水位监测、坑外地表垂直位移等观测数据均处于可控范围之内。

8 结语

数据监测结果和现场实践证明，在地铁保护区范围内基坑采用三轴搅拌桩满堂加固＋厚1 000 m地下连续墙形式，结合后续施工流程调整措施，加上土方开挖分块对称开挖，并在开挖后及时形成支撑的方式，能有效快速地进行施工，同时可安全有效地减少基坑变形对周边环境造成的影响。

整个基坑在围护结构施工、基坑开挖、底板浇筑直至地下结构施工期间变形均处于可控状态，工程参建各方根据监测信息进行信息化管理和施工，收到了良好的效果，整个基坑施工得以安全顺利地进行。