葉 盛

1.上海自貿(mào)試驗(yàn)區(qū)浦深置業(yè)有限公司 上海 200137；2.上海市非開挖建造工程技術(shù)研究中心 上海 200002

目前，各大城市出于治理擁堵、低碳環(huán)保以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展等原因，均大力發(fā)展城市軌道交通。雖然地鐵運(yùn)營區(qū)間內(nèi)地下空間的開發(fā)困難，但隨著城市的快速擴(kuò)張，土地資源的稀缺，促使我們?cè)诘罔F沿線進(jìn)行地下空間的開發(fā)。由于鄰近運(yùn)營的地鐵線路，因此需在地下空間的全施工周期確保地鐵運(yùn)營的安全，除了提高施工工藝和精度、深化土方開挖及出土順序外，還需和信息化監(jiān)測系統(tǒng)緊密配合。通過上海地鐵沿線某超大深基坑分坑施工的具體過程，介紹了在地鐵運(yùn)營區(qū)間內(nèi)深基坑設(shè)計(jì)與施工的關(guān)鍵技術(shù)。

1 背景工程概況

1.1 工程概況

背景工程位于上海市長寧區(qū)，項(xiàng)目包括3幢辦公樓、裙樓及地下室，主樓采用混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)；其余裙樓采用混凝土框架結(jié)構(gòu)，地下建筑被地下城市軌道交通2號(hào)線分作東西兩部分（圖1）。東區(qū)地庫共有4層，局部2層，地下4層標(biāo)高為－18.70 m，開挖深度約為19.1 m，西區(qū)地庫共有2層，地下2層標(biāo)高為－10.35 m，開挖深度約為10.55 m，整個(gè)項(xiàng)目基坑面積達(dá)到36 000 m2。

圖1 基地平面示意

1.2 周邊環(huán)境概況

本工程位于長寧路以南，凱旋路以西區(qū)域，周邊環(huán)境復(fù)雜，建（構(gòu)）筑物及管線眾多，且軌交2號(hào)線從場地內(nèi)穿過，同時(shí)場地內(nèi)部存在保護(hù)建筑圣瑪麗亞女中舊址（圖2），需在施工時(shí)保留，因而對(duì)本基坑的設(shè)計(jì)與施工提出更高的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

圖2 場地內(nèi)圣瑪麗亞女中舊址

1.3 地質(zhì)概況

本工程擬建場地土層主要包括：②黏土、③淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④淤泥質(zhì)黏土、⑤1-1灰色黏土、⑤1-2粉質(zhì)黏土、⑤3粉質(zhì)黏土、⑥粉質(zhì)黏土、⑦1粉砂、⑦2粉細(xì)砂、⑧1-1黏土、⑧1-2粉質(zhì)黏土夾粉砂。坑底大部分置于第④、⑤1-1、⑤1-2層軟弱黏性土層中。

2 基坑設(shè)計(jì)與施工要點(diǎn)

本基坑采用地下連續(xù)墻作為臨時(shí)圍護(hù)形式，在靠近地鐵隧道側(cè)地下連續(xù)墻兩側(cè)采用三軸水泥攪拌樁槽壁加固兼止水?？觾?nèi)設(shè)置立柱樁，設(shè)鋼筋混凝土內(nèi)支撐或鋼管支撐及棧橋，組成聯(lián)合圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系形式。

2.1 基坑分區(qū)分坑思路及土方開挖順序

2.1.1 基坑分區(qū)分坑思路

根據(jù)地理位置，隧道從地塊中間穿越，故本基坑分為東、西2個(gè)大區(qū)域，并根據(jù)地鐵施工要求將鄰地鐵側(cè)區(qū)域劃分為寬20 m的長條形小基坑，基坑面積約1 000 m2；其余區(qū)域根據(jù)地塊開發(fā)順序、塔樓位置等進(jìn)行劃分[1]，原則上基坑面積小于10 000 m2。根據(jù)上述原則，總體上將基坑劃分為13個(gè)區(qū)域，其中東區(qū)基坑分為9 個(gè)區(qū)域，西區(qū)基坑分為4個(gè)區(qū)域（圖3）。

圖3 基坑分區(qū)

2.1.2 基坑開挖順序

基坑開挖順序原則為：“先塔樓，后裙樓；先遠(yuǎn)地鐵，后近地鐵；先深坑，后淺坑”。根據(jù)開挖思路將13個(gè)區(qū)域的開挖順序調(diào)整為：第1次施工Ⅳ、Ⅶ、Ⅹ、ⅩⅢ 區(qū)，第2次施工Ⅱ、Ⅵ、Ⅷ、Ⅸ區(qū)，第3次施工Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅻ區(qū)，最后施工Ⅺ區(qū)。

除此之外，由于地鐵沿線基坑無出土平臺(tái)，在整個(gè)基坑群開挖時(shí)，不僅要考慮開發(fā)順序，還需要考慮沿線長條形基坑的出土線路，必要時(shí)在相鄰基坑側(cè)設(shè)置棧橋體系，并保留該棧橋體系至沿線基坑施工完畢。

對(duì)于基坑的變形控制，最有效的方式就是嚴(yán)格控制時(shí)空效應(yīng)的影響，尤其是鄰近地鐵及保護(hù)建筑區(qū)域的基坑，故需將單個(gè)區(qū)域基坑開挖控制在最短時(shí)間內(nèi)，減少土體擾動(dòng)對(duì)周邊環(huán)境的影響。

2.2 地鐵運(yùn)營區(qū)間內(nèi)深基坑微擾動(dòng)施工要點(diǎn)

2.2.1 圍護(hù)施工過程控制要點(diǎn)

超深地下連續(xù)墻成槽時(shí)間相對(duì)較長，槽壁極易塌方，為防止圍護(hù)樁施工對(duì)軌交2號(hào)線的擾動(dòng)：鄰近地鐵的圍護(hù)地下連續(xù)墻在施工前先進(jìn)行槽壁加固，考慮先行施工遠(yuǎn)離地鐵側(cè)三軸水泥土攪拌樁，并根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際施工情況對(duì)施工技術(shù)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整；鄰近地鐵側(cè)三軸水泥土攪拌樁考慮先行施工鄰近地鐵側(cè)，使土體擠壓方向與隧道相反；施工盡量放在晚間進(jìn)行，避讓地鐵運(yùn)行時(shí)間，控制施工速率，減小擠土效應(yīng)，降低對(duì)隧道的擾動(dòng)；并嚴(yán)格控制加固鉆進(jìn)速度及攪拌壓力，減小土體擾動(dòng)對(duì)地鐵線路的影響。同時(shí)選用黏度大、失水量小的泥漿來護(hù)壁，在成孔的過程中根據(jù)情況選用外加劑，并在施工中加強(qiáng)對(duì)泥漿液面的監(jiān)控，適當(dāng)時(shí)可加大泥漿相對(duì)密度和黏度，嚴(yán)格控制泥漿的液位，液位下落時(shí)及時(shí)補(bǔ)漿，防止槽壁塌方、產(chǎn)生較大位移。

2.2.2 支撐體系設(shè)計(jì)施工要點(diǎn)

在地鐵運(yùn)營區(qū)范圍內(nèi)，支撐體系的布置以受力明確的對(duì)撐形式為主，此外，考慮基坑的形狀及工期因素，地鐵沿線長條形基坑采用混凝土支撐結(jié)合鋼支撐預(yù)應(yīng)力補(bǔ)償系統(tǒng)（圖4），當(dāng)側(cè)向位移較大時(shí)，可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求額外補(bǔ)充預(yù)應(yīng)力，減小對(duì)地鐵線路的側(cè)向擾動(dòng)，并在墊層內(nèi)設(shè)置剛性對(duì)撐，減小基底變形帶來的不利影響[2]。

圖4 鋼支撐預(yù)應(yīng)力補(bǔ)償系統(tǒng)

對(duì)遠(yuǎn)離軌交2號(hào)線側(cè)的基坑，采用混凝土十字對(duì)撐系統(tǒng)，該支撐系統(tǒng)相對(duì)“對(duì)撐＋角撐＋邊桁架”支撐系統(tǒng)而言，受力主要以軸力為主，受力更為明確，剛度大、變形小，有利于大型基坑的變形控制。

2.2.3 基坑開挖降水控制要點(diǎn)

根據(jù)地鐵施工相關(guān)要求，沿線基坑需要在30 d內(nèi)完成墊層，其余鄰近基坑在60 d內(nèi)完成。這就對(duì)基坑開挖的施工組織提出了高要求，對(duì)支撐的養(yǎng)護(hù)時(shí)間、開挖方式、棧橋面積、出土路線等各個(gè)因素進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，適當(dāng)提高支撐的混凝土強(qiáng)度等級(jí)，減少養(yǎng)護(hù)時(shí)間，并在對(duì)撐形成后開挖其下方土體，形成階梯式施工工藝；加大棧橋面積，優(yōu)化出土路線，以進(jìn)一步提高出土量，加快施工進(jìn)度[3]。

本基坑部分區(qū)域存在承壓水問題，設(shè)計(jì)時(shí)隔斷⑦2層承壓含水層，但為保證基坑內(nèi)部安全，仍在基坑內(nèi)設(shè)置了部分降壓井，秉持按需降壓的原則，根據(jù)現(xiàn)場水頭高度及開挖深度進(jìn)行降壓，保證水頭不致產(chǎn)生突涌現(xiàn)象。

3 鄰近建筑及古樹保護(hù)要點(diǎn)

3.1 鄰近建筑保護(hù)要點(diǎn)

基坑周邊均有保護(hù)建筑，尤其是基坑?xùn)|側(cè)的圣瑪麗亞女中舊址，距離基坑最近處僅3.5 m，在施工前對(duì)房屋進(jìn)行檢測，并在施工過程中嚴(yán)格控制施工參數(shù)，如在槽壁加固時(shí)控制攪拌及提升速度，對(duì)地下連續(xù)墻泥漿配比進(jìn)行調(diào)整，增加相對(duì)密度及黏度，防止坍孔擾動(dòng)土層，并嚴(yán)格控制循環(huán)泥漿的指標(biāo)，及時(shí)進(jìn)行更換；此外，在開挖過程中進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控，必要時(shí)進(jìn)行跟蹤注漿處理，控制繼續(xù)下沉的趨勢。

3.2 古樹保護(hù)要點(diǎn)

場地附近5.8 m處有1棵保護(hù)古樹，樹木對(duì)土壤的pH值十分敏感，然而施工中無法避免泥漿、水泥漿等滲入土體，故在施工前對(duì)古樹下部根系進(jìn)行特殊保護(hù)，提前采用噴灑活力素、營養(yǎng)劑等方式，并用引根法進(jìn)行處理；同時(shí)對(duì)土壤進(jìn)行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果針對(duì)性地對(duì)該區(qū)域土壤進(jìn)行改良、立體施肥，保持樹木的活性。

4 現(xiàn)場應(yīng)急處理

施工過程中，在Ⅰ、Ⅱ與Ⅳ區(qū)基坑中隔墻出現(xiàn)1條水平裂縫（圖5、圖6），裂縫寬度沿Ⅰ、Ⅱ區(qū)基坑原中隔墻位置往北面逐漸減小。

圖5 中隔墻開裂位置

圖6 現(xiàn)場中隔墻開裂狀態(tài)

原因分析：Ⅳ區(qū)基坑的地下1層樓板區(qū)域由于結(jié)構(gòu)開洞原因，換撐缺失，樓板換撐間距過大；與Ⅳ區(qū)基坑共墻的Ⅰ區(qū)基坑正處于開挖狀態(tài)，鋼支撐撐于中隔墻處，應(yīng)力過于集中。上述原因?qū)е聣w變形，進(jìn)而產(chǎn)生開裂。

處理措施：在B1層開洞過大區(qū)域進(jìn)行換撐處理，既減小了中隔墻換撐高度，也對(duì)Ⅰ區(qū)基坑第2道鋼支撐的水平力進(jìn)行了一部分傳遞[4]。后期監(jiān)測表明，其裂縫發(fā)展趨勢得以減緩，處理措施起到了良好的效果。

5 工程實(shí)施效果

根據(jù)最終監(jiān)測數(shù)據(jù)，圍護(hù)墻體最大深層水平位移12.81mm，土體最大水平位移為12.99mm，地鐵上方土體深層沉降為16.84mm，地鐵最大累計(jì)變形為9.7mm，符合地鐵保護(hù)要求。整個(gè)圍護(hù)體系位移變形控制較為良好，基坑的分坑及土方開挖流程的優(yōu)化對(duì)周邊環(huán)境的保護(hù)起到較好的效果。

6 結(jié)語

1）本工程采用地下連續(xù)墻與內(nèi)支撐順作圍護(hù)體系，通過合理的分區(qū)施工，先遠(yuǎn)后近、先深后淺，不僅降低了基坑大面積開挖導(dǎo)致的坑底回填的影響，也將對(duì)周邊環(huán)境的影響控制在了較低水平。

2）在本工程施工時(shí)，對(duì)圍護(hù)施工、支撐設(shè)計(jì)、土方開挖等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，采用了一系列減小土體擾動(dòng)、加快施工進(jìn)度的措施，并在施工中充分考慮時(shí)空效應(yīng)的影響，將施工對(duì)周邊環(huán)境的不利因素降低到最小，從施工結(jié)果來看效果良好。

3）對(duì)于鄰近的保護(hù)建筑及古樹，針對(duì)性調(diào)整各種施工參數(shù)，減小土體擾動(dòng)對(duì)保護(hù)建筑的影響，并采用綠色工藝改良古樹土壤，保持土壤pH值在適于古樹生長的范圍，最終確保了周邊環(huán)境的安全。

4）本工程的成功實(shí)施表明，在采用各項(xiàng)新技術(shù)及新工藝的同時(shí)，通過合理的分區(qū)，調(diào)整施工參數(shù)和工藝，并配合信息化監(jiān)測技術(shù)，能夠安全地開發(fā)地鐵運(yùn)營區(qū)間內(nèi)的地下空間，可為今后城市地下空間的開發(fā)利用提供借鑒與參考。