深基坑臨近既有地鐵安全保護措施

焦莉莉 郝勇

（北京城建設(shè)計發(fā)展集團股份有限公司沈陽分公司，遼寧 沈陽 110166）

近年來我國軌道交通行業(yè)發(fā)展迅速，隨著地下空間的大規(guī)模開發(fā)，促使鄰近既有地鐵工程作業(yè)的工程數(shù)量劇增。地鐵保護區(qū)范圍內(nèi)的外部作業(yè)會對既有地鐵結(jié)構(gòu)造成較大影響，尤其是基坑開挖往往會引起基坑周圍土體的變形，會對臨近的既有地鐵造成損害。為保證地鐵的正常使用和運營，必須嚴格控制基坑周圍土體的變形，并采取相應(yīng)的保護措施。

1 工程概況

1.1 項目工程概況

某大型項目位于沈陽市于洪區(qū)，東側(cè)黃河北大街為沈陽城市中軸線的主干道，北行500 米即可進入沈陽環(huán)城高速路，與地鐵2 號線醫(yī)學(xué)院站及區(qū)間毗鄰。地處沈陽市中心城區(qū)繁華路段，場地現(xiàn)狀地塊呈不規(guī)則長方形，南北長約303米，東西寬約118-133 米，場區(qū)內(nèi)大體平整，無明顯高差。

該項目設(shè)有三層地下室，基坑?xùn)|臨黃河大街，與地鐵醫(yī)學(xué)院站整體交接。在交接范圍內(nèi)，有兩組車站排風(fēng)口與一個地鐵出入口。支護樁與地鐵結(jié)構(gòu)最近水平距離約5.7m；基坑?xùn)|北角與盾構(gòu)區(qū)間交接；東南角與礦山法暗挖區(qū)間交接。基坑整體設(shè)計深度約15m，地鐵車站板底埋深約17m。

1.2 地鐵工程概況

醫(yī)學(xué)院站：為地下雙層三跨島式站臺車站，車站主體結(jié)構(gòu)總長167.8m，標準段寬度20.5m，車站頂板覆土厚度約為3.5m。車站主體結(jié)構(gòu)基坑采用Φ800＠1000mm 鉆孔灌注樁+坑內(nèi)Φ609 鋼支撐的支護形式，基坑標準段寬度20.6m，深約17.0m。與車站小里程端相連的為礦山法區(qū)間，與車站大里程端相連的為盾構(gòu)區(qū)間。

車站小里程端區(qū)間：采用礦山法施工，區(qū)間結(jié)構(gòu)型式為單線單洞馬蹄形斷面，主要采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，暗挖隧道高度約6m，埋深約11m。

車站大里程端區(qū)間：采用盾構(gòu)法施工，區(qū)間結(jié)構(gòu)型式為單線單洞圓形斷面，錯縫拼裝預(yù)制鋼筋混凝土管片，襯砌環(huán)外徑6m，埋深約11m。

項目基坑與既有地鐵的位置關(guān)系（如圖1 所示）。

圖1 基坑與既有地鐵的位置

2 基坑支護設(shè)計

該項目支護結(jié)構(gòu)為臨時性支護結(jié)構(gòu)，安全等級為一級。在設(shè)計上，臨近地鐵側(cè)的基坑采用單排或雙排鉆孔灌注樁，同時輔以預(yù)應(yīng)力旋噴錨索或基坑內(nèi)斜支撐。其余非地鐵側(cè)單排混凝土支護樁+預(yù)應(yīng)力旋噴錨桿，詳見基坑圍護結(jié)構(gòu)平面圖（如圖2 所示）。

圖2 基坑圍護結(jié)構(gòu)平面圖

施工期間地面超載要求：基坑周邊地面超載等效均布荷載q=20kpa?；悠马斁€2.0m 范圍內(nèi)不應(yīng)堆載，基坑邊線2.0m 范圍外現(xiàn)場堆載不應(yīng)超過設(shè)計荷載。

地下結(jié)構(gòu)施工完成后，為保證地鐵結(jié)構(gòu)安全，在后期使用時不產(chǎn)生附加側(cè)向變形，近地鐵側(cè)基坑肥槽均采用C20 素混凝土回填，確?；臃什刍靥蠲軐?。下面以臨近地鐵側(cè)的典型斷面為例2-2 及3b-3b 剖面為例詳細介紹設(shè)計上采取的保護措施。

2-2 斷面（如圖3）基坑側(cè)壁距地鐵2 號風(fēng)井外墻約6m，風(fēng)井底板埋深約16m。由于基坑側(cè)壁與地鐵結(jié)構(gòu)距離過近，無法采用預(yù)應(yīng)力錨索，因此結(jié)合雙方的相互位置關(guān)系，設(shè)計上采用φ800 雙排樁+基坑內(nèi)斜支撐的基坑支護形式。雙排樁排距2.4m，前后排樁存在約4m 高差，采用混凝土連接板與后排樁植筋后的剛性連接?；觾?nèi)斜向內(nèi)支撐采用800x800 矩形混凝土支撐，支撐間距3.0m，與地面夾角30°，單根支撐長度約12m。斜支撐上部采用現(xiàn)澆混凝土腰梁與支護樁連接；斜支撐下部支撐于結(jié)構(gòu)底板上，確保了基坑圍護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及安全性。

圖3 2-2 剖面基坑圍護圖

3b-3b 斷面（如圖4）基坑側(cè)壁與車站外墻間距最小約15.6m，車站主體埋深約17m。設(shè)計上采用φ800 單排樁+四道預(yù)應(yīng)力錨索的基坑支護形式。最外側(cè)錨索距離車站外墻約3.2m，通過優(yōu)化錨索長度，保證了錨索端部與地鐵結(jié)構(gòu)側(cè)墻大于3m 的安全距離要求。

圖4 3b-3b 剖面基坑圍護圖

3 施工措施

根據(jù)工程實際情況，將基坑分為兩個開挖段進行開挖，其中基坑?xùn)|側(cè)30m 范圍為近地鐵保護區(qū)開挖段，基坑西側(cè)70m 范圍為非地鐵保護區(qū)開挖段，保護區(qū)與非保護區(qū)之間預(yù)留15m 施工道路（如圖5 所示）。其中，地鐵保護區(qū)范圍內(nèi)土方采取分層分段階梯式開挖施工，由南至北共劃分為10 個開挖段，每段長為30m，寬約25m。開挖時由南北兩側(cè)向中間階梯狀挖土，減少基坑土方開挖卸荷對地鐵產(chǎn)生的影響。每段土層開挖深度結(jié)合各層錨索標高，開挖深度不大于3m，開挖后立即施做錨索并對樁間土進行掛網(wǎng)噴護施工嚴禁裸露，待噴護作業(yè)完成后方可進行下一步開挖。

圖5 基坑開挖示意圖

基坑施工期間，為保證地鐵車站的正常運營，盡量減小施工對地鐵車站的影響，本工程不僅加強了基坑的結(jié)構(gòu)設(shè)計，同時也采取了施工措施，并提出了相應(yīng)的技術(shù)要求，確保了地鐵運營及基坑施工的安全。

3.1 施工準備階段

施工場地圍擋，同時在西南側(cè)沿建筑紅線設(shè)置1 個大門并預(yù)留坡道。場地內(nèi)障礙遷移、地下管網(wǎng)探挖，測量控制點制作、引測、開槽邊線放線，肥槽外測雜填土挖除與場平，為支護樁施工創(chuàng)造條件。

3.2 支護樁施工階段

為保證施工質(zhì)量及地鐵結(jié)構(gòu)安全，本工程施工順序，先施工基坑外排樁，再進行內(nèi)側(cè)混凝土樁施工，并采取“隔二打一”的施工順序，且為保證支護樁施工時，臨近地鐵一側(cè)減少施工動荷載對地鐵的影響，在混凝土樁施工時，鉆機整體站位在基坑內(nèi)側(cè)，不得超過外排樁中心線。

3.3 土方開挖施工階段

土方施工采取分區(qū)分層開挖，按照“分層、分步、對稱、平衡、限時”五個要點，遵循“豎向分層，縱向分段，先支后挖”的施工原則。

3.4 旋噴錨桿施工階段

本階段已基本完成基坑灌注樁施工，土方采取全區(qū)階段梯狀開挖取土，同時腰梁、錨桿、噴射混凝土穿插施工。本階段，原支護樁作業(yè)面土方下挖至錨桿施工標高，并向基坑內(nèi)保留10m 寬地面場平，留作錨桿施工作業(yè)面。錨桿施工跟隨支護樁施工步序，采用4 臺設(shè)備以東南角、東北角作為起始點，余下設(shè)備均勻布置在各區(qū)段施工位置。

4 施工監(jiān)測及應(yīng)急預(yù)案

4.1 施工監(jiān)測

為了及時、有序、有效地控制施工過程中可能發(fā)生的安全事故，結(jié)合施工實際，對臨近地鐵側(cè)基坑監(jiān)測設(shè)置預(yù)警分級，建立黃、橙、紅三級預(yù)警機制，當(dāng)出現(xiàn)危險征兆時必須進行危險報警。針對不同預(yù)警狀態(tài)，應(yīng)采取相應(yīng)的響應(yīng)措施。

4.1.1 發(fā)出黃色預(yù)警時：a.增加檢測頻率；b.密切關(guān)注支護樁、軌道和圍墻的變形數(shù)值和發(fā)展趨勢；組織施工技術(shù)人員和設(shè)計單位檢查現(xiàn)場并分析原因，加大不利因素的控制力度。

4.1.2 發(fā)出橙色預(yù)警時：a.監(jiān)測頻率增加一倍；b.會同建設(shè)單位、監(jiān)理單位、設(shè)計單位對現(xiàn)場進行檢查，對原因進行分析，提出整改方案并經(jīng)專家進行論證后立即執(zhí)行。必要時局部停工處理。

4.1.3 發(fā)出紅色預(yù)警時：a.變形監(jiān)測頻率加密至全天候監(jiān)測；b.現(xiàn)場立即停工，根據(jù)現(xiàn)場情況采取局部回填、邊坡卸載、邊坡加固等方式暫時穩(wěn)定邊坡。并將危險信息通報給各參建單位及相關(guān)主管部門。同各參建單位及專家對成因進行分析，提出整改意見并進行專家論證。在根據(jù)方案對支護體系加固并排除危險源后，報監(jiān)理審批同意后方可開工。對已造成破壞的軌道、圍墻、管網(wǎng)等由設(shè)計單位或?qū)＜医M出具整改或恢復(fù)方案，由專業(yè)單位進行整改、恢復(fù)。

4.2 應(yīng)急預(yù)案

為保護運營地鐵結(jié)構(gòu)的安全，防止施工現(xiàn)場的生產(chǎn)安全事故發(fā)生，針對臨近地鐵的深基坑施工，有可能發(fā)生的突發(fā)狀況編制應(yīng)急預(yù)案，在工程項目發(fā)生突發(fā)事故狀態(tài)下，迅速有序地開展事故的應(yīng)急救援工作，搶救傷員，減少事故損失。

4.2.1 事故類型Ⅰ：地鐵結(jié)構(gòu)變形應(yīng)急處理預(yù)案

4.2.1.1 當(dāng)?shù)罔F車站、區(qū)間、軌道及附屬結(jié)構(gòu)的變形超過預(yù)警值時，啟動預(yù)警程序，暫?；娱_挖施工，必要時可以進行局部回填反壓，同時通知地鐵指揮部、建設(shè)單位、設(shè)計單位和各有關(guān)部門。

4.2.1.2 立即組織技術(shù)人員對現(xiàn)場實際情況進行調(diào)查，對各類過程資料進行整理，為下一步預(yù)警處理做好準備工作。

4.2.1.3 組織專家、設(shè)計和施工技術(shù)人員根據(jù)現(xiàn)場情況和過程資料，制定相應(yīng)的設(shè)計和施工方案。

4.2.1.4 施工時加密地鐵邊形和變形監(jiān)測，觀察方案是否有效，確認變形得到有效控制，方可繼續(xù)進行施工，若變形未獲得有效控制，則需重新制定方案。

4.2.1.5 若兩次制定的方案仍無法滿足變形要求，或變形已達到預(yù)警值，則應(yīng)建議建設(shè)單位修改支護設(shè)計或結(jié)構(gòu)設(shè)計。

4.2.2 事故類型Ⅱ：近地鐵基坑支護變形應(yīng)急處理預(yù)案

4.2.2.1 出現(xiàn)險情后，立即停止現(xiàn)場施工、疏散現(xiàn)場人員，并及時通知地鐵指揮部和其他可能造成影響的周邊單位或住宅，并對其內(nèi)的人員進行疏散。

4.2.2.2 通知影響范圍內(nèi)相關(guān)管線單位，根據(jù)影響程度進行管線監(jiān)護和處置，避免出現(xiàn)管線斷裂、破損情況對地鐵運營和基坑安全造成進一步影響。

4.2.2.3 會同交警部門對影響到的周邊道路進行調(diào)整和交通疏解。

4.2.2.4 派專人在受影響區(qū)域和臨近范圍內(nèi)的基坑周邊進行不間斷巡查，發(fā)現(xiàn)地表塌陷等險情及時設(shè)置防護，并上報處置。

4.2.2.5 用基坑土方回填覆壓變形較大區(qū)域，在變型較大區(qū)域附近增設(shè)臨時支撐和附加軸力，抵消基坑外土體側(cè)壓力防止變形進一步增大導(dǎo)致土體繼續(xù)沉降，保證地鐵及周邊道路安全。

4.2.2.6 通知地鐵保護監(jiān)測單位和基坑監(jiān)測單位，加密對受影響區(qū)段的地鐵變形監(jiān)測和基坑支護結(jié)構(gòu)監(jiān)測，實時掌握各項監(jiān)測數(shù)據(jù)。

4.2.2.7 立即通知設(shè)計單位并組織專家對設(shè)計方案和施工方案進行評估，采取有效措施減小基坑變形。

4.2.2.8 加密此區(qū)段的監(jiān)測工作，待各項地鐵監(jiān)測和基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)均穩(wěn)定合格后，方可按照新的設(shè)計和施工方案繼續(xù)施工。

4.2.2.9 重新開始施工后，應(yīng)繼續(xù)加密受影響區(qū)域的地鐵和支護結(jié)構(gòu)的監(jiān)測，并對效果進行評估，若不合格則立即停工，重新進行設(shè)計和施工方案修改，直至沉降和變形被完全控制。

4.2.3 事故類型Ⅲ：地鐵區(qū)間隧道及軌道達到預(yù)警值

4.2.3.1 出現(xiàn)險情后，立即停止現(xiàn)場施工、疏散現(xiàn)場人員，并及時通知地鐵指揮部和其他可能造成影響的周邊單位或住宅，并對其內(nèi)的人員進行疏散。

4.2.3.2 通知影響范圍內(nèi)相關(guān)管線單位，根據(jù)影響程度進行管線監(jiān)護和處置，避免出現(xiàn)管線斷裂、破損情況對地鐵運營和基坑安全造成進一步影響。

4.2.3.3 會同交警部門對影響到的周邊道路進行調(diào)整和交通疏解。

4.2.3.4 派人在地鐵受影響區(qū)域和臨近范圍內(nèi)的基坑頂部進行不間斷巡查，發(fā)現(xiàn)地表塌陷等險情及時設(shè)置防護，并上報處置。

4.2.3.5 暫?；娱_挖施工，必要時可以進行局部回填反壓，同時通知地鐵指揮部、建設(shè)單位、設(shè)計單位和各有關(guān)部門。

4.2.3.6 加強對地鐵隧道、周邊建筑物及基坑的監(jiān)測頻率，采取措施后待各項地鐵監(jiān)測和基坑監(jiān)測數(shù)據(jù)均穩(wěn)定合格后，方可繼續(xù)施工。

5 采取上述保護措施對既有地鐵的影響分析

在臨近地鐵車站處開挖深基坑其難度及風(fēng)險是可想而知的，但因為落實了一系列的安全防范技術(shù)措施后，在保證工程安全的前提下取得的效果相當(dāng)明顯。在深基坑施工過程，對車站內(nèi)乘客及設(shè)備基本無影響。同時經(jīng)過該基坑各監(jiān)測點的測定數(shù)據(jù)及地鐵車站結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測值的分析比對后?？梢哉J定深基坑施工過程中，既有地鐵車站處于安全狀態(tài)。

6 結(jié)論

在地鐵安全保護區(qū)內(nèi)進行工程建設(shè)，必須考慮工程施工對既有地鐵結(jié)構(gòu)的影響。本文通過以上保護措施，對緊鄰地鐵車站的深基坑變形及施工方法進行分析，并結(jié)合工程實例數(shù)據(jù)分析可得出以下結(jié)論：

6.1 對于臨近地鐵側(cè)基坑無法打設(shè)錨索的情況下，通過合理的支護設(shè)計，加大臨近地鐵側(cè)的支護樁剛度，采用雙排圍護樁+基坑內(nèi)斜撐的支護形式，滿足了近地鐵基坑支護的需求，確保了基坑的穩(wěn)定性，同時也能夠減少對已運營的地鐵車站的影響。

6.2 對于緊鄰地鐵車站的深基坑，采用“分層、分步、對稱、平衡、限時”的開挖方法，可以較好的減少深基坑開挖對緊鄰地鐵結(jié)構(gòu)的影響，達到基坑變形控制和地鐵車站保護的目的。

6.3 在基坑施工過程中，通過布設(shè)監(jiān)測點對既有車站結(jié)構(gòu)進行變形監(jiān)測，可對施工過程進行有效指導(dǎo)，掌握既有結(jié)構(gòu)變形情況。

6.4 在地下結(jié)構(gòu)施工完成后，為保證地鐵結(jié)構(gòu)安全，在后期使用時不至于產(chǎn)生附加側(cè)向變形，近地鐵側(cè)基坑肥槽均采用C20 素混凝土回填，確保了基坑肥槽回填密實。

通過采用以上保護措施，很好的減小了深基坑施工過程中對既有地鐵車站的影響，這可以為設(shè)計和信息化施工提供很好的指導(dǎo)作用，并為以后類似工程提供了一個借鑒的實例。