深基坑開挖對鄰近既有軌道交通高架的影響及其保護(hù)控制

林永奇（上海三維工程建設(shè)咨詢有限公司， 上海 200060）

0 引 言

當(dāng)城市軌道交通兩線建設(shè)時間間隔久遠(yuǎn)，或者采用不同線路敷設(shè)方式導(dǎo)致高差較大時，一般可采用通道換乘。換乘通道及附屬用房深基坑施工時，往往會對既有軌道交通高架車站、高架橋及軌道交通線路車站主體基坑的安全產(chǎn)生影響。以上海地鐵18 號線（以下簡稱“18號線”）長江南路站換乘通道及車站附屬用房項目為例，對各主要工序的控制要點，進(jìn)行了研究分析并提出了針對性的應(yīng)急措施，以期為類似工程提供經(jīng)驗借鑒。

1 工程概況

1.1 基坑概況

18號線長江南路站換乘通道及車站附屬用房項目，位于長江南路與逸仙路路口西側(cè)在建18號線長江南路站東北側(cè)原綠地及公交轉(zhuǎn)運站場地內(nèi)。工程采用明挖順作法施工，基坑開挖深度11.26 m～13.76 m。在基坑范圍內(nèi)有已建成運營的上海軌道交通3號線（以下簡稱“3號線”）長江南路站，基坑環(huán)境保護(hù)等級為一級。

工程影響范圍內(nèi)土層，自上而下分別為雜填土、灰黃色粉質(zhì)黏土、灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、灰色黏質(zhì)粉土、灰色淤泥質(zhì)黏土、灰色粉質(zhì)黏土和灰色粉質(zhì)黏土夾粉質(zhì)黏土?；娱_挖需重點防治灰色黏質(zhì)粉土層流砂現(xiàn)象。

對本工程建設(shè)有影響的地下水主要為潛水。水位呈季節(jié)性波動。地下水水位埋深一般穩(wěn)定在1.10 m～2.80 m。

1.2 基坑與3號線相對位置

擬建項目基坑平面面積為3 200 ㎡。地下1層為車庫，地下2層為車站風(fēng)道；地面5層為附屬配套用房?；?xùn)|側(cè)有已建成運營的3號線，基坑與3號線車站主體結(jié)構(gòu)外邊線、高架投影線的最小水平凈距分別為11.47 m、16.75 m。對應(yīng)段3號線高架樁基為φ600 mm、樁長53 m的PHC管樁，車站基礎(chǔ)為250 mm×250 mm、樁長22.5 m的預(yù)制方樁。

1.3 基坑圍護(hù)設(shè)計

（1）本工程基坑采用φ1 000@1 200鉆孔灌注樁作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)。鉆孔灌注樁樁長分為23m和26.76m兩種（近3號線側(cè)落深區(qū)范圍26.76m）；φ850@600高壓旋噴樁（兩排）作為止水帷幕，止水帷幕深度17.01 m～20.01 m。

（2）新老圍護(hù)體交接位置采用φ850@600高壓旋噴樁進(jìn)行封堵止漏。

（3）坑內(nèi)加固采用φ800@600三重管高壓旋噴樁裙邊加固。加固寬度為坑內(nèi)4 m，加固深度為基坑以下4 m（風(fēng)道底板下沉段為底板以下6 m）。

（4）為進(jìn)一步減少18號線換乘通道及附屬用房工程基坑開挖對既有3號線的影響，擬在近3號線側(cè)增加坑內(nèi)加固。加固深度為自坑底至第二道混凝土支撐底，寬度為4 m。

（5）大基坑開挖深度11.26 m，沿鉛直方向共設(shè)兩道混凝土支撐，截面尺寸800 mm×1 000 mm（寬×高），連系梁截面尺寸600 mm×600 mm；棧橋范圍棧橋梁兼做支撐梁，截面尺寸1 000 mm×1 000 mm，棧橋連梁800 mm×1 000mm（寬×高）。落深區(qū)增設(shè)1道609×16鋼管支撐，待落深區(qū)底板及負(fù)2層側(cè)墻強(qiáng)度滿足設(shè)計要求后，落深區(qū)鋼支撐改為609鋼拋撐。

（6）支撐梁下方設(shè)置格構(gòu)柱，非棧橋格構(gòu)柱采用4L160×16角鋼，格構(gòu)柱尺寸為460 mm×460 mm，格構(gòu)柱下方設(shè)置φ850立柱樁，有效樁長20 m；棧橋下格構(gòu)柱采用4L200×20角鋼，格構(gòu)柱尺寸為560 mm×560 mm，格構(gòu)柱下方設(shè)置φ850立柱樁，有效樁長35 m。

2 對既有軌道交通高架車站及區(qū)間的影響及保護(hù)措施

2.1 工程圍護(hù)、基坑開挖階段對輕軌地基及基礎(chǔ)的影響分析

（1）本工程基坑開挖深度最大處有13.76 m，屬深基坑；基坑與3號線車站主體結(jié)構(gòu)外邊線、高架投影線最小水平凈距分別為11.47 m、16.75 m，風(fēng)險大；基坑開挖施工中，土體可能因卸載作用產(chǎn)生失穩(wěn)，引起輕軌高架結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)沉降或變形過大。為確保既有軌道交通100%的安全運營，要求基坑支護(hù)體位移速度≤1mm/d，累積沉降量及水平位移≤10mm。

（2）若基坑因止水帷幕質(zhì)量控制不良而發(fā)生滲漏，坑內(nèi)降水引發(fā)坑外地下水位下降，進(jìn)而加大基坑周邊地面沉降，則可能引起輕軌高架結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)沉降或變形過大。

（3）若支撐過早拆除或未按設(shè)計工況順序拆除，將引發(fā)基坑遭傾覆破壞的風(fēng)險，進(jìn)而導(dǎo)致輕軌高架結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)沉降或變形過大。

2.2 保護(hù)措施

2.2.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工階段保護(hù)措施

（1）按設(shè)計要求精心組織各道工序施工，確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。在鉆孔灌注樁施工中應(yīng)間隔成樁；在混凝土終凝后，鄰樁的成孔方可施工。優(yōu)化泥漿性能，預(yù)防塌孔。樁基成孔的鉆進(jìn)速度應(yīng)視土層的不同而定，在土層穩(wěn)定性較差時進(jìn)尺速度宜慢不宜快，以防對孔壁擾動過大，引起孔壁后期失穩(wěn)塌孔。一旦遇到涌泥、涌沙、塌孔和縮頸等異常情況時，應(yīng)立即暫停施工并及時采取措施，防止異常情況擴(kuò)大。

（2）高壓旋噴樁施工應(yīng)采取必要的泄壓措施。

（3）嚴(yán)格控制坑底加固和坑內(nèi)加固質(zhì)量，減小基坑位移；坑內(nèi)加固自坑底至第二道混凝土支撐底，水泥摻量為450kg/m3。

（4）通過監(jiān)測手段及時反饋信息，從而掌握既有3號線建（構(gòu)）筑物及設(shè)施狀況。

2.2.2 降水施工階段保護(hù)措施

基坑內(nèi)采用真空深井降水系統(tǒng)進(jìn)行降水。坑內(nèi)降水嚴(yán)格遵循“適時、適量、有控制”原則，保持地下水位在開挖面以下≤1 m，避免過量降水，在坑內(nèi)外均設(shè)置觀測點以加強(qiáng)觀測，必要時進(jìn)行回灌?；娱_挖前要先做好降水試驗，確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)的止水性能有效可靠。

2.2.3 基坑開挖階段保護(hù)措施

（1）開挖施工方案應(yīng)充分利用時空效應(yīng)，控制基坑變形，達(dá)到保護(hù)既有3號線等建（構(gòu)）筑物的目的。分塊開挖基坑和施作底板，防止一次性大面積開挖加大臨近橋樁的附加變形。對臨近輕軌高架結(jié)構(gòu)的基坑和主體結(jié)構(gòu)底板，要做到早開挖、早封閉。

（2）在基坑開挖過程中，盡量減少周邊堆載。

（3）及時抽排基坑內(nèi)的明水，防止地表水滲入土中軟化土體。

（4）在基坑開挖時要對可能出現(xiàn)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)水土流失現(xiàn)象進(jìn)行及時封堵，嚴(yán)防急劇涌砂的發(fā)生，避免大量地面沉陷和基坑支護(hù)失穩(wěn)，杜絕嚴(yán)重事故。

（5）坑底開挖和修整。對坑底設(shè)計標(biāo)高以上30 cm的土方，要采用人工方式開挖和修平，以保證坑底平整，防止局部超挖。局部開挖的洼坑必須用砂土回填壓實，嚴(yán)禁用爛泥回填。必須設(shè)置集水坑以便用泵排干坑底積水。

（6）測定合適的基坑超挖量。人工挖土至坑底設(shè)計標(biāo)高后，通過仔細(xì)量測最下面一道支撐中間底面至基坑底面的高差，并記錄高差隨時間變化的情況，推斷并測定土體回彈量，確保澆筑底板達(dá)到設(shè)計標(biāo)高所需要的基坑超挖量。

（7）實行信息化施工。在基坑開挖全過程中，要緊跟每層開挖進(jìn)展卡，對圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形和地層移動進(jìn)行監(jiān)測。要根據(jù)各項監(jiān)測項目在各工序的變形量及變形速率的預(yù)警指標(biāo)，及時做出合理調(diào)整以控制變形。

2.2.4 結(jié)構(gòu)回筑階段保護(hù)措施

結(jié)構(gòu)回筑過程中應(yīng)控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)的位移，特別是對于支撐體系的拆除與內(nèi)襯結(jié)構(gòu)的施工的銜接；必要時，需要附加臨時支撐。

3 對3號線的監(jiān)測保護(hù)

施工過程中要在橋墩上標(biāo)注標(biāo)高點，對輕軌柱墩的沉降進(jìn)行觀測，并設(shè)好監(jiān)控原始點，對輕軌柱墩的位移進(jìn)行監(jiān)測。

3號線高架車站結(jié)構(gòu)保護(hù)的總體要求：高架車站結(jié)構(gòu)沉降（或隆起）變化累積量和水平位移變化累積量≤10 mm。3號線輕軌結(jié)構(gòu)的報警值設(shè)置如下：

（1）3號線輕軌結(jié)構(gòu)位移、沉降或隆起、收斂變化量連續(xù)3 d同方向達(dá)到0.5 mm/d時；

（2）監(jiān)測值超過總變形控制量的1/2時。

在監(jiān)測數(shù)據(jù)變化速率突然增大時，應(yīng)及時對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核；確認(rèn)后，應(yīng)對異常監(jiān)測點適當(dāng)提高監(jiān)測頻率。

4 應(yīng)急保障措施

在地鐵基坑開挖過程中，如果圍護(hù)樁變形，或既有軌道交通高架結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)變形超過報警值，應(yīng)立即暫停開挖，及時查明原因。針對不同原因，可采取以下的必要措施。

（1）止水帷幕不封閉，基坑開挖過程中發(fā)生滲漏甚至泥漿涌出現(xiàn)象。①在開挖中若發(fā)現(xiàn)止水帷幕不封閉；接縫夾砂土、砂質(zhì)土寬度超過2 cm，或夾黏土、黏質(zhì)粉土超過5 cm，應(yīng)用鋼板隨暴露的開挖面對接縫進(jìn)行及時封堵；對鋼板與圍護(hù)樁之間的間隙，要用水泥漿灌滿。②開挖過程中若發(fā)生滲漏，應(yīng)根據(jù)滲流部位、流量及滲漏點的大小，采用不同的封堵措施。

（2）施工中一旦發(fā)現(xiàn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形過大，應(yīng)立即暫停開挖，緊貼開挖面設(shè)置臨時支撐并對支撐逐根附加預(yù)應(yīng)力；采用跟蹤注漿的方法，減少周邊建（構(gòu)）筑物沉降。

（3）施工中若出現(xiàn)因降水導(dǎo)致周圍地面沉降，首先應(yīng)立即停止坑內(nèi)降水，增加基坑縱坡比，防止邊坡失穩(wěn)；隨后查找原因。如果圍護(hù)墻體存在大的孔洞，則應(yīng)暫停施工并立即采取措施修補(bǔ)缺陷，避免情況加重；出現(xiàn)大孔洞的如果是過量降水所致，則應(yīng)限制抽水深度，采取跟蹤注漿或回灌的方法，保證周邊建（構(gòu)）筑物的安全。

5 結(jié) 語

18號線長江南路站換乘通道及車站附屬用房項目，在整個基坑施工過程中，圍護(hù)墻體傾斜、墻頂沉降、立柱沉降、支撐軸力、3號線車站沉降值均小于警戒值，基坑及高架車站均處于安全狀態(tài)，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

本文結(jié)合18號線長江南路站換乘通道及車站附屬用房項目案例，對深基坑施工對鄰近既有軌道交通高架的影響進(jìn)行分析。闡述了各主要施工工序的控制要點，并提出了針對性的應(yīng)急措施。既能保證基坑的安全穩(wěn)定，又能最大限度地減少基坑施工對高架橋的影響，可供今后類似工程參考。