鄰近地鐵的大體量深基坑施工

薛志松

上海建工一建集團(tuán)有限公司 上海 200129

1 工程概況

上海張江集電港B區(qū)3-2信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)平臺項(xiàng)目坐落于張江集成電路產(chǎn)業(yè)區(qū)B地塊，北靠祖沖之路，西接張東路，東依集創(chuàng)路，南鄰在建集電路。工程用地面積約為3.8萬 m2，總建筑面積約為24萬 m2。其中，地下室3層結(jié)構(gòu)，深度14 m，建筑面積約8.5萬 m2；地上由5棟單體組成，分別為：A1地上21層、高度99.90 m，A2地上8層、高度49.50 m，A3地上14層、高度73.05 m，A4地上19層、高度95.55 m，A5地上13層、高度68.50 m（圖1）。

圖1 工程平面示意

2 工程地質(zhì)條件

擬建地段勘察深度范圍內(nèi)揭露的地基土屬第四紀(jì)松散沉積物，按其結(jié)構(gòu)特征、地層成因、土性不同和物理力學(xué)性質(zhì)上的差異可劃分為10層，其中①、③、⑤、⑦、⑧層又可分為不同的亞層。由于基坑周邊以③、④層軟弱黏性土層為主，有較明顯觸變及流變特性，在動(dòng)力作用下土體強(qiáng)度極易降低，因此在開挖過程中應(yīng)盡量減少土體擾動(dòng)。

3 不良地質(zhì)條件

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查和鉆孔鉆探查明，擬建場地主要不良地質(zhì)條件為暗浜和厚填土。

根據(jù)本次現(xiàn)場鉆探取土技術(shù)孔勘察及部分螺紋孔勘察結(jié)果，場地內(nèi)①1層雜填土一般厚度為1.40～4.70 m，層底標(biāo)高在0.01～3.48 m之間，該層主要以黏性土為主，夾少量碎石、磚塊等，土質(zhì)松散且不均，土性差。

②層浜填土一般厚度為1.00～1.50 m，層底標(biāo)高在－0.14～1.59 m之間，以黏性土為主，夾黑色有機(jī)質(zhì)，有臭味，并夾有碎石、碎磚等，在暗浜地段缺失②層地基土。

4 施工安全及質(zhì)量保障措施

4.1 基坑分坑調(diào)整

項(xiàng)目施工初期階段預(yù)計(jì)分為5個(gè)基坑分坑，由于2號坑鄰近地鐵，土方開挖對地鐵變形影響較大，故經(jīng)過分析且與設(shè)計(jì)進(jìn)行溝通，將基坑分為了6個(gè)基坑分坑（圖2、圖3），基坑施工總面積不變。

圖2 基坑初始分坑

圖3 調(diào)整后基坑分坑

4.2 土方開挖順序調(diào)整

原設(shè)計(jì)基坑開挖按基坑編號（即1—6號）順序進(jìn)行，經(jīng)核算施工工期將達(dá)到1 218 d，無法滿足項(xiàng)目施工合同1 096 d的總工期要求。對比項(xiàng)目總工期要求和項(xiàng)目基坑施工設(shè)計(jì)方案后，考慮在保證基坑施工安全的同時(shí)，最大限度滿足施工合同項(xiàng)目總工期要求，對基坑開挖順序進(jìn)行優(yōu)化，將施工順序調(diào)整為2→1→3→4→5→6，經(jīng)此項(xiàng)調(diào)整后施工工期為1 096 d。

4.3 基坑支護(hù)形式

為了保證基坑施工安全，減少開挖過程中的土體擾動(dòng)，基坑施工階段將整個(gè)基坑分為6個(gè)子基坑施工，其中2—6號基坑處于地鐵保護(hù)范圍50 m內(nèi)，根據(jù)基坑概況，2號基坑支護(hù)采用三軸攪拌樁＋地下連續(xù)墻＋3道混凝土支撐圍護(hù)體系，3—5號基坑支護(hù)采用φ850 mm@600 mm三軸攪拌樁槽壁加固＋厚800～1 000 mm地下連續(xù)墻＋1道混凝土支撐、3道φ609 mm自伺服鋼支撐的圍護(hù)體系，6號基坑支護(hù)φ900 mm@1 100 mm灌注樁排樁＋1道混凝土支撐的圍護(hù)體系。

因該工程2—6號基坑處于地鐵保護(hù)范圍50 m內(nèi)，考慮到變形控制要求高的特點(diǎn)，對地鐵保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)的基坑采用三軸攪拌樁滿堂加固，加固范圍23.1 m。同時(shí)保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)采用厚1 000 m地下連續(xù)墻，地下連續(xù)墻深度為47.5 m，地下連續(xù)墻接頭采用十字鋼板接頭，接縫間采用φ2 000 mm扇形MJS工法旋噴樁，MJS旋噴樁樁長26.4 m，保證不出現(xiàn)漏水影響。

5 圍護(hù)施工安排

5.1 三軸攪拌樁試樁

為了更好地對地質(zhì)進(jìn)行驗(yàn)證，并保證圍護(hù)樁確實(shí)有效，φ850 mm@600 mm三軸攪拌樁施工前共進(jìn)行了3組原位試樁（表1），試樁前需明確三軸攪拌樁槽壁加固試樁、坑內(nèi)土體加固試樁的位置，并在試樁周邊按照3、6 m間距布設(shè)測斜、孔隙水壓力及土體分層沉降監(jiān)測點(diǎn)，3組試樁之間間隔距離不得小于6 m。

表1 三軸攪拌樁試樁參數(shù)

5.2 圍護(hù)施工工況分析

1）現(xiàn)場圍護(hù)及工程樁施工分為兩部分，2、3、4、5、6區(qū)基坑范圍為一個(gè)施工段，1區(qū)基坑范圍為一個(gè)施工段。

2）先進(jìn)行2、3、4、5、6區(qū)的工程樁立柱樁施工，同時(shí)進(jìn)行此區(qū)域三軸攪拌樁槽壁及TRD槽壁加固施工，待2、3、4、5、6區(qū)槽壁加固完成及養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，進(jìn)行地下連續(xù)墻的施工。

3）待2、3、4、5、6區(qū)工程樁完成，主要機(jī)械移至1區(qū)進(jìn)行立樁施工。

4）待2、3、4、5、6 區(qū)三軸攪拌樁槽壁加固完成后，移至1區(qū)進(jìn)行三軸攪拌樁槽壁加固。1區(qū)槽壁加固施工及養(yǎng)護(hù)完后，進(jìn)行1區(qū)地下連續(xù)墻施工。

5）2、3、4、5、6區(qū)地下連續(xù)墻施工完畢后，進(jìn)行坑內(nèi)三軸攪拌樁及旋噴樁土體加固施工。

6）1區(qū)地下連續(xù)墻施工完畢后，進(jìn)行1區(qū)的坑內(nèi)旋噴樁土體加固施工。

6 保護(hù)區(qū)內(nèi)土方開挖控制措施

6.1 土方開挖概況

地鐵保護(hù)區(qū)土方開挖涉及2—6號基坑。2號基坑開挖面積9 935 m2，3號基坑開挖面積1 060 m2，4號基坑開挖面積751 m2，5號基坑開挖面積655 m2，6號基坑開挖面積520 m2。普遍挖深15.75～17.75 m，總出土量約為425 671 m3。

6.2 保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)土方開挖總體流程

考慮到工期及分坑，該工程采用2號坑先行施工，待2號坑地下結(jié)構(gòu)回筑至B1層后，進(jìn)行4號坑第2層土方開挖；4號坑施工至結(jié)構(gòu)底板后，進(jìn)行3號坑第2層土方開挖；3號坑結(jié)構(gòu)回筑至B1層后，進(jìn)行5號坑第2層土方開挖；5號坑結(jié)構(gòu)回筑至B1層后，進(jìn)行6號坑第2層土方開挖。各基坑土方開挖嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求的順序分區(qū)開挖，遵循“分層分塊、留土護(hù)壁、限時(shí)對稱、及時(shí)支撐”的原則，以減少對地鐵隧道、管線及周邊在建工程的影響。土方采用盆式開挖方式，加快土方出土速度，減少無支撐狀態(tài)下的地下連續(xù)墻暴露時(shí)間。

6.3 保護(hù)區(qū)內(nèi)降水措施

勘察報(bào)告反映基底土以上部分的土層以黏性土為主，地下水位高，基坑開挖前，需進(jìn)行降水試驗(yàn)，若發(fā)現(xiàn)滲漏應(yīng)及時(shí)封堵。同時(shí)，需在開挖前10～15 d開始采用坑內(nèi)降水。基坑降水采用真空降水管井降水，要求降水深度至開挖面下0.5～1.0 m。

同時(shí)在小坑外側(cè)每隔15 m設(shè)置1口回灌井，共計(jì)15口；3—6區(qū)小坑開挖期間，坑外回灌井保持24 h運(yùn)行，結(jié)合第三方監(jiān)測單位，同步監(jiān)測東側(cè)和西側(cè)水位。

6.4 土方開挖具體流程

6.4.1 2號基坑土方開挖施工

2號坑首層土方采用大開挖形式，由場地西側(cè)向東側(cè)開挖。第2、第3層土方分成22塊4個(gè)階段順序開挖（圖4）。鄰近地鐵側(cè)留寬21 m土方暫不開挖，留土側(cè)采用2級放坡，放坡坡度不大于1∶2。

圖4 2號坑第2、第3層土方開挖示意

2號坑從第2層土方開挖至底板形成共計(jì)實(shí)際施工60 d。地鐵上行線變形最大值依次為沉降2.73 mm、收斂3.60 mm、位移2.30 mm，下行線變形最大值依次為沉降2.05 mm、收斂3.00 mm、位移1.70 mm。

6.4.2 4號坑土方開挖施工

圖5 4號坑第2—第4層土方開挖示意

4號坑第5層土方按照由西向東整體開挖。開挖完成后及時(shí)形成底板結(jié)構(gòu)。

4號坑從第2層土方開挖至底板形成共計(jì)實(shí)際施工23 d。地鐵上行線變形最大值依次為沉降3.15 mm、收斂6.20 mm、位移2.90 mm，下行線變形最大值依次為沉降3.31 mm、收斂3.60 mm、位移2.80 mm。

6.4.3 3號坑土方開挖施工

3號坑首層土方采用大開挖形式，由場地西側(cè)向東側(cè)開挖。3號坑第2—第4層土方分成11塊11個(gè)階段順序開挖（圖6）?；觾?nèi)使用φ609 mm自伺服鋼支撐，隨挖隨支撐。

圖6 3號坑第2—第4層土方開挖示意

3號坑第5層土方按照由西向東整體開挖。開挖完成后及時(shí)形成底板結(jié)構(gòu)。

3號坑從第2層土方開挖至底板形成共計(jì)實(shí)際施工30 d。地鐵上行線變形最大值依次為沉降5.55 mm、收斂8.90 mm、位移3.90 mm，下行線變形最大值依次為沉降3.90 mm、收斂4.90 mm、位移3.40 mm。

6.4.4 5號坑土方開挖施工

對教室進(jìn)行隱喻描述時(shí)，54.16%的大學(xué)生持積極態(tài)度，以強(qiáng)調(diào)教室給他們帶來美好和快樂的情感體驗(yàn)為價(jià)值取向；而45.84%的大學(xué)生持消極態(tài)度，以強(qiáng)調(diào)教室給他們帶來束縛，限制其自由的情感體驗(yàn)為價(jià)值取向，所占比例相對較大。

5號坑首層土方采用大開挖形式，由場地西側(cè)向東側(cè)開挖。5號坑第2—4層土方分成7塊7個(gè)階段順序開挖（圖7）?；觾?nèi)使用φ609 mm自伺服鋼支撐，隨挖隨支撐。

圖7 5號坑第2—第4層土方開挖示意

5號坑第5層土方按照由西向東整體開挖。開挖完成后及時(shí)形成底板結(jié)構(gòu)。

6.4.5 6號坑土方開挖施工

6號坑為一條從－6.30 m到－0.15 m的坡道，開挖前先進(jìn)行混凝土支撐施工，支撐強(qiáng)度達(dá)到要求后進(jìn)行土方開挖。土方開挖由標(biāo)高高處向低處進(jìn)行，開挖坡度為12%～15%，挖土過程中加強(qiáng)基坑兩側(cè)位移變形監(jiān)測?；娱_挖后及時(shí)進(jìn)行墊層施工，墊層澆筑后進(jìn)行底板鋼筋及側(cè)墻鋼筋綁扎施工，底板施工一次澆筑成形，保證結(jié)構(gòu)整體性。

7 基坑監(jiān)測成果

7.1 監(jiān)護(hù)測量目的

保護(hù)區(qū)監(jiān)測活動(dòng)可及時(shí)獲取施工期間軌道交通區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)的變形數(shù)據(jù)，目的有4個(gè)方面：

1）將獲取的測量成果數(shù)據(jù)反饋到施工部門，可以根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整和指導(dǎo)施工，一旦遇到情況，能確保在第一時(shí)間采取措施，做到信息化施工。

2）將監(jiān)測數(shù)據(jù)成果及時(shí)提供給該項(xiàng)目監(jiān)護(hù)現(xiàn)場負(fù)責(zé)人，根據(jù)一定的監(jiān)護(hù)測量限值作為預(yù)警預(yù)報(bào)，可以評估施工對軌道交通結(jié)構(gòu)的影響，以便采取相應(yīng)的措施，確保施工期間軌道交通區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)的安全。

3）將變形數(shù)據(jù)提供給設(shè)計(jì)單位，比對設(shè)計(jì)參數(shù)，既可相互印證，又可為設(shè)計(jì)參數(shù)調(diào)整提供依據(jù)。

4）將監(jiān)測成果數(shù)據(jù)與經(jīng)審批的施工組織設(shè)計(jì)等結(jié)合，進(jìn)行現(xiàn)場施工操作規(guī)范性檢查，確保工程施工嚴(yán)格按要求實(shí)施，及時(shí)判斷既有地鐵工程的結(jié)構(gòu)安全，對可能發(fā)生的事故提供及時(shí)、準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，避免惡性事故的發(fā)生。

7.2 監(jiān)護(hù)測量重難點(diǎn)及應(yīng)對措施

7.2.1 隧道結(jié)構(gòu)邊線放樣和樁位復(fù)核的準(zhǔn)確性

該項(xiàng)目靠近地鐵區(qū)間隧道，需在地面上精確放樣出隧道結(jié)構(gòu)邊線，同時(shí)對近地鐵側(cè)特征位置樁位進(jìn)行復(fù)核，防止施工過程中因位置關(guān)系不準(zhǔn)確破壞隧道結(jié)構(gòu)，因此該段隧道結(jié)構(gòu)邊線的地面放樣工作十分重要[1-3]。

為了保證放樣的準(zhǔn)確性，該項(xiàng)目采用上海連續(xù)運(yùn)行參考站（SHCORS）系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分技術(shù)（RTK）進(jìn)行放樣，同時(shí)對近地鐵側(cè)基坑特征位置樁位進(jìn)行復(fù)核，確?；优c隧道相對位置關(guān)系準(zhǔn)確。

7.2.2 人工收斂測量儀器的固定

目前，人工收斂測量主要方法為全站儀自由設(shè)站極坐標(biāo)法。該項(xiàng)目計(jì)劃布設(shè)反射片進(jìn)行觀測，盡管反射片測量效果較無反射棱鏡觀測精度高，但由于不同全站儀的測距頭和視準(zhǔn)軸不完全一致，導(dǎo)致不同儀器所測的直徑存在差異。為保證收斂測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，該項(xiàng)目測量前對擬用全站儀進(jìn)行自檢，確保儀器測量精度合格，并對不同儀器進(jìn)行儀器常數(shù)比對，且在日常測量中固定儀器設(shè)站位置。

7.2.3 自動(dòng)化收斂測量目標(biāo)的校正

根據(jù)以往軌道交通保護(hù)區(qū)監(jiān)護(hù)測量經(jīng)驗(yàn)及理論分析，盾構(gòu)隧道收斂變形常伴隨管片一定程度的旋轉(zhuǎn)，使固定安裝的激光測距儀在對向管壁上的照準(zhǔn)點(diǎn)位置發(fā)生變化，甚至?xí)橄蚬芫€或螺栓孔，造成變形數(shù)據(jù)的失真。

為了避免自動(dòng)化收斂數(shù)據(jù)失真，該項(xiàng)目在監(jiān)護(hù)周期內(nèi)定期對自動(dòng)化測量設(shè)備進(jìn)行檢校。

7.2.4 靜力水準(zhǔn)轉(zhuǎn)點(diǎn)的設(shè)置與校正

靜力水準(zhǔn)自動(dòng)測量系統(tǒng)是軌道交通監(jiān)護(hù)測量項(xiàng)目中自動(dòng)化沉降監(jiān)測的主要方法，根據(jù)此前靜力水準(zhǔn)傳感器的監(jiān)測使用經(jīng)驗(yàn)，監(jiān)測精度易受如下因素影響：

1）系統(tǒng)需要布設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)，基準(zhǔn)點(diǎn)需要定期進(jìn)行人工測量，進(jìn)行穩(wěn)定性判斷校核。

2）傳感器由于受到列車運(yùn)營影響，儀器會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，影響讀數(shù)。

3）隧道內(nèi)高差較大，靜力水準(zhǔn)儀安裝空間有限，因此線路較長時(shí)需要布設(shè)轉(zhuǎn)點(diǎn)進(jìn)行高程傳遞，儀器上下轉(zhuǎn)點(diǎn)間會(huì)存在高度差，同樣需要人工測量來校正。

對于靜力水準(zhǔn)自動(dòng)測量系統(tǒng)的誤差，該項(xiàng)目通過人工測量來進(jìn)行校正，校正原則如下：

1）人工數(shù)據(jù)與自動(dòng)化數(shù)據(jù)的測量時(shí)間點(diǎn)盡量保持相近和一致。

2）幾何水準(zhǔn)校核裝置設(shè)置在與靜力水準(zhǔn)傳感器同環(huán)管片上，保證人工和自動(dòng)化測定的是同一結(jié)構(gòu)的變形數(shù)據(jù)。

3）定期進(jìn)行系統(tǒng)的校正，防止不合格數(shù)據(jù)的發(fā)生。

7.2.5 監(jiān)護(hù)測量數(shù)據(jù)及時(shí)反饋

為了確保數(shù)據(jù)的及時(shí)反饋，使各方及時(shí)了解隧道變形情況，該項(xiàng)目使用我公司和上海申通地鐵集團(tuán)共同開發(fā)的云圖地理信息系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)，人工和自動(dòng)化數(shù)據(jù)可以及時(shí)掌握。此外，及時(shí)的數(shù)據(jù)分析可以對施工進(jìn)行有效指導(dǎo)，確保軌道交通結(jié)構(gòu)的安全。

7.3 基坑監(jiān)測等級

根據(jù)上海市工程建設(shè)規(guī)范DG/T J08-2001—2016《基坑工程施工監(jiān)測規(guī)程》中的相關(guān)規(guī)定，基坑開挖深度14.95 m，故該工程基坑安全等級基本為一級。

7.4 監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

監(jiān)測工作從2020年7月9日開始至2021年11月18日，對主體基坑及周邊環(huán)境先后進(jìn)行了7個(gè)項(xiàng)目的監(jiān)測，周邊管線整體變化量、坑外水位監(jiān)測、坑外地表垂直位移等觀測數(shù)據(jù)均處于可控范圍之內(nèi)。

8 結(jié)語

數(shù)據(jù)監(jiān)測結(jié)果和現(xiàn)場實(shí)踐證明，在地鐵保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)基坑采用三軸攪拌樁滿堂加固＋厚1 000 m地下連續(xù)墻形式，結(jié)合后續(xù)施工流程調(diào)整措施，加上土方開挖分塊對稱開挖，并在開挖后及時(shí)形成支撐的方式，能有效快速地進(jìn)行施工，同時(shí)可安全有效地減少基坑變形對周邊環(huán)境造成的影響。

整個(gè)基坑在圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工、基坑開挖、底板澆筑直至地下結(jié)構(gòu)施工期間變形均處于可控狀態(tài)，工程參建各方根據(jù)監(jiān)測信息進(jìn)行信息化管理和施工，收到了良好的效果，整個(gè)基坑施工得以安全順利地進(jìn)行。