朱曉波

上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103

1 工程概況

上海市萬源城A街坊商辦項(xiàng)目總用地面積34 049.9 m2。軌交12號(hào)線區(qū)間隧道從項(xiàng)目場地中部穿越，把場地分為南北2個(gè)地塊。北區(qū)基坑面積約7 200 m2，南區(qū)又被分為遠(yuǎn)離地鐵側(cè)的南Ⅰ區(qū)及靠近地鐵側(cè)的南Ⅱ區(qū)。其中，南Ⅰ區(qū)基坑面積約7 580 m2，南Ⅱ區(qū)基坑面積約7 065 m2（圖1）。

圖1 基坑平面示意

工程開工前，軌交12號(hào)線顧戴路站—東蘭路站區(qū)間累計(jì)收斂最大值為60 mm，因此地鐵方要求整個(gè)深基坑施工過程中收斂累計(jì)值控制在65 mm以內(nèi)。本文主要研究深基坑施工過程中土方開挖、地下室回筑對圍護(hù)結(jié)構(gòu)及軌交12號(hào)線變形的控制，以確保深基坑施工過程中地鐵的安全及正常運(yùn)營。

由于南Ⅰ區(qū)離地鐵較遠(yuǎn)（最近處離地鐵49 m，地鐵保護(hù)區(qū)域?yàn)?0 m內(nèi)），而南Ⅱ區(qū)僅為地下1層，挖深較淺，南區(qū)整體地下室開挖及回筑階段對地鐵影響較小，地鐵數(shù)據(jù)基本無變化。因此，本次研究僅針對北區(qū)基坑數(shù)據(jù)及地鐵數(shù)據(jù)進(jìn)行。北區(qū)采用地下連續(xù)墻＋3道混凝支撐，其與地鐵平行長度約126.4 m，隧道頂埋深19.1～20.5 m，基坑邊線距離地鐵結(jié)構(gòu)外邊線一般為26.1 m（局部塔樓角部距離為16 m），基坑挖深12.3 m，局部落深處開挖深度13.35～16.30 m。

2 深基坑施工過程中的重、難點(diǎn)

1）北區(qū)基坑設(shè)計(jì)安全等級(jí)為一級(jí)，東側(cè)鄰近軌交12號(hào)線處環(huán)境保護(hù)等級(jí)為一級(jí)。樁基施工至地下室回筑完成，地鐵允許收斂僅為5 mm。地鐵評(píng)審要求北區(qū)第2皮土方開挖至底板形成時(shí)間控制在55 d以內(nèi)。因此，合理布置開挖順序，增加相應(yīng)的控制措施，減少基坑暴露時(shí)間，在深基坑施工過程中控制好基坑變形，減少對周邊環(huán)境（尤其是軌交12號(hào)線）的影響至關(guān)重要[1]。

2）北區(qū)試樁施工過程中發(fā)現(xiàn)地下5 m左右均為回填垃圾土，無法進(jìn)行后續(xù)樁基施工，需及時(shí)調(diào)整施工順序。北區(qū)鉆孔灌注樁施工需在置換土完成后，方可進(jìn)行。

3）地下室回筑過程中，地下2層結(jié)構(gòu)及換撐體系施工完成并達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度后，按順序拆除第2道及第1道鋼筋混凝土支撐。連續(xù)拆除2道鋼筋混凝土支撐對地鐵及基坑影響較大，需采取相應(yīng)的保護(hù)措施。

3 深基坑施工過程中的主要控制措施

本工程軌交12號(hào)線下行線隧道北側(cè)與北區(qū)基坑間圍護(hù)由29幅寬1 m地下連續(xù)墻組成，地下連續(xù)墻施工深度為隧道底部向下3.85 m（總深度28 m）。為避免地鐵運(yùn)營過程中引起的振動(dòng)導(dǎo)致護(hù)壁失敗、槽壁坍塌，影響軌交12號(hào)線的正常運(yùn)行，在地下連續(xù)墻施工前，對其內(nèi)外兩側(cè)各采用長29 m（外側(cè)）及28 m（內(nèi)側(cè)）的深層攪拌樁槽壁加固。深基坑施工前對整個(gè)工程中的關(guān)鍵工序進(jìn)行了合理的施工部署，對挖深最深的北區(qū)先進(jìn)行三軸樁的槽壁加固施工，然后進(jìn)行地下連續(xù)墻施工，再對地鐵側(cè)進(jìn)行三軸樁的被動(dòng)土加固，最后施工其工程樁及立柱樁，以此減小對地鐵的影響。地下室回筑過程中增加臨時(shí)鋼換撐，以確?；蛹暗罔F安全。

3.1 土方開挖控制措施

基坑開挖前，按設(shè)計(jì)及地鐵要求布置好觀測點(diǎn)，并測定初始數(shù)據(jù)。

考慮南北區(qū)同時(shí)卸土開挖會(huì)對地鐵產(chǎn)生較大影響，因此對開挖順序進(jìn)行合理調(diào)整后，先對南Ⅰ區(qū)開挖。 南Ⅰ區(qū)開挖過程中，北區(qū)進(jìn)行置換土，南Ⅰ區(qū)施工至底板后再開挖北區(qū)，北區(qū)施工至底板完成且南Ⅰ區(qū)施工至±0 m后開挖南Ⅱ區(qū)。北區(qū)置換土施工前，先完成地下連續(xù)墻及三軸攪拌樁槽壁加固，置換土過程中，在地鐵側(cè)地下連續(xù)墻上臨時(shí)布置10個(gè)側(cè)向位移點(diǎn)，后續(xù)施工過程中，地下連續(xù)墻無任何位移，對地鐵變形無影響。

1）北區(qū)第2、第3皮土方開挖時(shí)（圖2），先開挖中部土方，形成中部支撐，再限時(shí)對撐開挖鄰近圍護(hù)結(jié)構(gòu)的土方，最后開挖地鐵側(cè)土方。地鐵側(cè)土方留土約15 m。對于地鐵側(cè)坑邊土，從開挖到支撐澆筑并與已形成的支撐對接完畢控制在24 h內(nèi)。設(shè)計(jì)要求需待整體支撐形成并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度（支撐設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C35）的80%（約28 MPa），方可進(jìn)行下一皮土方開挖。土方開挖期間為6月份，每日平均氣溫約25 ℃。為了加快施工進(jìn)度，降低基坑暴露時(shí)間，現(xiàn)場將混凝土強(qiáng)度等級(jí)提高至C40，且通過與泵站協(xié)商，泵站同意在混凝土等級(jí)提高至C40的基礎(chǔ)上再提高半個(gè)級(jí)配，提高混凝土早期強(qiáng)度，以此減少基坑變形對地鐵產(chǎn)生的影響。在后續(xù)施工過程中，整體支撐形成1～2 d后即能達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度。隨后立即進(jìn)行下一皮土方開挖施工，盡量縮短基坑開挖時(shí)間，降低基坑位移對地鐵的影響。

2）北區(qū)第4皮土方開挖時(shí)分成兩部分開挖（圖3），鄰近地鐵側(cè)約15 m范圍內(nèi)的土方暫時(shí)保留。其余部位的土方按照后澆帶依次開挖，及時(shí)澆筑墊層，最后開挖留土區(qū)域土方，以減少地鐵側(cè)基坑變形時(shí)間。墊層完成的區(qū)域，按后澆帶位置盡快澆筑底板，減少坑底隆起，保證環(huán)境安全。為控制地鐵側(cè)15 m范圍內(nèi)土方開挖過程中側(cè)壓力引起的圍護(hù)變形，除了減小每塊土方的開挖面積外，現(xiàn)場將該墊層厚度從150 mm加厚至300 mm，并采用配筋墊層（φ12 mm@200 mm雙層雙向，材料HRB400），同時(shí)將混凝土強(qiáng)度從C20提高至C30，以提供足夠的反力回頂?shù)叵逻B續(xù)墻。

圖2 北區(qū)第2、第3皮土方開挖

圖3 北區(qū)第4皮土方開挖

3）北區(qū)第2皮土方開挖至底板形成共歷時(shí)65 d（施工期間遇中、高考停工），整個(gè)基坑開挖過程中，較好地控制了基坑及隧道變形。

3.2 北區(qū)回筑增加臨時(shí)鋼換撐控制措施

按設(shè)計(jì)要求，北區(qū)地下2層結(jié)構(gòu)及換撐體系施工完成并達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度后，按順序拆除第2道及第1道鋼筋混凝土支撐，由于地下2層頂板至基坑外場地高差6.45 m，考慮地鐵及基坑安全，在夾層位置增設(shè)1道水平鋼支撐（H型鋼）作為臨時(shí)換撐，地下室施工過程中，在其夾層標(biāo)高位置增設(shè)混凝土換撐板與地下連續(xù)墻相接。部分結(jié)構(gòu)之間由于跨度較大（最長15 m），整根水平鋼支撐施工難度較大，因此，在中間位置增設(shè)1道鋼立柱（H型鋼）用于過渡。立柱底部與地下2層頂板預(yù)埋件焊接，頂部與水平型鋼支撐滿焊?；油鈧?cè)土壓力經(jīng)地下連續(xù)墻、換撐塊、鋼支撐、鋼立柱及結(jié)構(gòu)相互傳遞。考慮原結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，未考慮夾層間互相傳遞基坑土體側(cè)壓力，對夾層樓板進(jìn)行局部配筋加強(qiáng)，且在豎向局部受力較薄弱部位增設(shè)豎向剪刀撐，用以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體抗剪能力（圖4）。整體拆除順序相應(yīng)調(diào)整為地下2層結(jié)構(gòu)及換撐體系施工完成并達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度后，拆除第2道鋼筋混凝土支撐，夾層結(jié)構(gòu)及換撐體完成并達(dá)到設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度后，拆除第1道支撐。待地下室回筑完成且地下室外墻回填完成后，拆除臨時(shí)換撐用水平鋼支撐、鋼立柱及豎向剪刀撐。增加1道臨時(shí)水平鋼換撐后，從夾層至基坑外場的高差降為3.85 m，大大降低了地下室回筑過程對整個(gè)基坑變形及地鐵變形的影響，同時(shí)增加了基坑的整體安全性。

圖4 剪刀撐示意

4 地鐵隧道變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

為及時(shí)獲得地鐵隧道沉降變形數(shù)據(jù)，在軌交12號(hào)線上、下行線隧道內(nèi)，分別布置了51個(gè)自動(dòng)監(jiān)測點(diǎn)；而北區(qū)離基坑較近，為地鐵上行隧道（SX01—SX51） ，同時(shí)輔以人工監(jiān)測，每周進(jìn)行2次監(jiān)測，以確保地鐵運(yùn)營安全。

1）第1皮土方開挖及混凝土支撐施工完成時(shí)，地鐵隧道上行線沉降變化不大，最大沉降點(diǎn)為SX11，其累計(jì)沉降為3.85 mm，日變化量為0.017 mm/d。

2）第2皮土方開挖及混凝土支撐施工完成時(shí)，地鐵隧道上行線沉降基本沒有變化，最大沉降點(diǎn)為SX22，其累計(jì)沉降為3.92 mm，日變化量為0.016 mm/d。

3）第3皮土方開挖及混凝土支撐施工完成時(shí)，地鐵隧道上行線最大沉降點(diǎn)為SX36，其累計(jì)沉降為5.68 mm，日變化量為0.022 mm/d。

4）第4皮土方開挖及基坑墊層和底板施工完成時(shí)，地鐵隧道上行線最大沉降點(diǎn)為SX29，其累計(jì)沉降為6.92 mm，日變化量為0.023 mm/d，基坑墊層和底板施工期間，地鐵盾構(gòu)隧道上行線日沉降量很小。

5）地下室回筑完成時(shí)，地下連續(xù)墻最大水平位移為23.92 mm，深層墻體最大水平位移為24.03 mm，軌交12號(hào)線上行線收斂累計(jì)最大變化為2.9 mm，隧道沉降累計(jì)最大值為8.0 mm，均在允許范圍內(nèi)。

5 結(jié)語

如今，城市地鐵發(fā)展迅速，緊鄰地鐵的深基坑項(xiàng)目基本處于常態(tài)化，因此深基坑施工過程中對圍護(hù)及地鐵的變形控制將成為日后城市深基坑項(xiàng)目的必然條件。本工程在地鐵運(yùn)行50 m保護(hù)線內(nèi)，尤其是在號(hào)房角部距離地鐵隧道僅16 m的地方，進(jìn)行了大面積的深基坑開挖，風(fēng)險(xiǎn)巨大。工程在深基坑施工期間所采取的控制措施，滿足了地鐵隧道沉降變形的要求，可為今后類似項(xiàng)目提供借鑒。