邱經(jīng)緯

上海陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)開(kāi)發(fā)股份有限公司 上海 200120

隨著城市建設(shè)不斷推進(jìn)，地下空間不斷利用開(kāi)發(fā)，在現(xiàn)有運(yùn)營(yíng)地鐵周邊進(jìn)行深基坑施工對(duì)地鐵周邊環(huán)境影響較大。盡管已有大量相關(guān)工程對(duì)周邊環(huán)境相互影響的分析研究，但在緊貼地鐵超深基坑的不同施工環(huán)境下，既要保證基坑安全穩(wěn)定，又要確保緊貼基坑的地鐵區(qū)間隧道的沉降變形在可控范圍依舊復(fù)雜[1-6]。以上海前灘16-2地塊為例，對(duì)基坑施工進(jìn)行優(yōu)化研究，確保地鐵正常運(yùn)營(yíng)，周邊樓宇安全。

1 工程概況

1.1 周邊環(huán)境概況

背景項(xiàng)目位于上海市浦東新區(qū)楊思西路以北、東育路以東、濟(jì)陽(yáng)路以西、企榮路以南。工程地下3層，靠近地鐵側(cè)為地下2層；地上裙房4層，主樓130層。

南側(cè)鄰近楊思西路下軌道交通8號(hào)線東方體育中心站—楊思站區(qū)間隧道，基坑邊線平行地鐵結(jié)構(gòu)延長(zhǎng)距離約190 m。北側(cè)距離企榮路前灘企業(yè)天地辦公樓及裙房約22 m（圖1）。

圖1 基坑周邊環(huán)境平面示意

1.2 地質(zhì)水文概況

擬建場(chǎng)地位于上海市浦東新區(qū)，屬長(zhǎng)江三角洲沖積平原，地貌形態(tài)較單一，地貌類型屬濱海平原?？辈鞙y(cè)得地面標(biāo)高一般在4.19～5.41 m，平均標(biāo)高4.59 m。場(chǎng)地范圍內(nèi)揭露的地基土均屬第四紀(jì)沉積物，主要由黏性土、粉性土及粉砂組成，主要涉及土層有⑤3-2透鏡體土層⑤3-2t灰色粉質(zhì)黏土，第⑦層在局部分布有⑦t灰色粉質(zhì)黏土。

潛水穩(wěn)定水位埋深在地面以下0.50～1.20 m，相應(yīng)標(biāo)高在3.43～4.21 m之間。平均潛水位標(biāo)高為3.82 m。承壓水分布于⑤2-1層砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土、⑤2-3層粉砂和⑤3-2層砂質(zhì)粉土中。

1.3 基坑概況

基坑開(kāi)挖面積約15 775 m2，基坑周長(zhǎng)560 m，開(kāi)挖深度約15.2 m，安全等級(jí)為一級(jí)，環(huán)境保護(hù)等級(jí)為一級(jí)。地下3層開(kāi)挖面積約13 205 m2，與隧道外邊線最小凈距20 m；地下2層開(kāi)挖面積約2 285 m2，開(kāi)挖深度約10.8 m，與隧道外邊線最小凈距9.3 m。隧道頂覆土8.5～12.2 m。整個(gè)基坑分為6個(gè)區(qū)：1區(qū)開(kāi)挖面積6 209 m2，開(kāi)挖深度14.55～16.25 m；2區(qū)開(kāi)挖面積6 993 m2，深度14.55 m；3區(qū)—6區(qū)開(kāi)挖面積651 m2，開(kāi)挖深度10.6 m。

2 地鐵隧道實(shí)地勘察及控制要求

圍護(hù)施工前在對(duì)應(yīng)的地鐵影響范圍內(nèi)隧道結(jié)構(gòu)確認(rèn)中發(fā)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)基坑的隧道區(qū)間上行線結(jié)構(gòu)由于年代久遠(yuǎn)，較多環(huán)號(hào)均發(fā)現(xiàn)有滲漏水及結(jié)構(gòu)病害現(xiàn)象。最終，為保護(hù)地鐵結(jié)構(gòu)，控制變形速率，確定要求如下：最終絕對(duì)沉降、隆起值、水平位移量＜20 mm，施工引起的地鐵結(jié)構(gòu)變形速率＜1 mm/d，且不得影響其安全及正常運(yùn)營(yíng)。

綜上情況，需結(jié)合工程實(shí)際情況制定優(yōu)化方案并制定相應(yīng)措施，在基坑施工時(shí)以確保地鐵運(yùn)營(yíng)安全為首要施工原則。

3 基坑施工措施

1區(qū)及2區(qū)圍護(hù)采用地下連續(xù)墻＋3道鋼筋混凝土支撐，3區(qū)—6區(qū)圍護(hù)采用地下連續(xù)墻＋1道鋼筋混凝土支撐＋2道φ609 mm鋼管水平支撐。

3.1 圍護(hù)加固措施

地下連續(xù)墻的剛度大，但是由于其需開(kāi)挖狹長(zhǎng)深槽，受土質(zhì)影響，狹長(zhǎng)深槽的自立性較差，較易發(fā)生槽壁坍塌且深槽的塌方量較大，極可能造成土體位移，這對(duì)地鐵隧道的保護(hù)是非常不利的。為此，采取以下措施：

1）對(duì)非地鐵側(cè)的1區(qū)、2區(qū)處：地下連續(xù)墻成槽前，用φ850 mm水泥土攪拌樁對(duì)地下連續(xù)墻兩側(cè)進(jìn)行加固。為保證加固達(dá)到預(yù)期效果，水泥摻入量≥20%，加固深度范圍26～28 m。坑內(nèi)三軸水泥土攪拌樁加固體與地下連續(xù)墻間300～500 mm空隙采用φ600 mm的三重管高壓旋噴樁填充加固，加固范圍－23.90～－7.80 m。

2）對(duì)地鐵側(cè)3區(qū)—6區(qū)：采用φ850 mm的三軸水泥土攪拌樁進(jìn)行抽條加固，水泥摻量≥23%，加固范圍－24.00～－5.20 m。同時(shí)，在新老地下連續(xù)墻連接處采用RJP旋噴樁進(jìn)行止水加固，以保證開(kāi)挖施工時(shí)的防水要求。

3）對(duì)地鐵側(cè)地下連續(xù)墻采用了間隔施工法，間距3幅；同時(shí)在地下連續(xù)墻內(nèi)預(yù)留注漿管，當(dāng)?shù)叵逻B續(xù)墻達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后即進(jìn)行墻底注漿，以減小支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移，并將單幅地下連續(xù)墻施工時(shí)間嚴(yán)格控制在16 h內(nèi)完成。

3.2 提高降水效率及加強(qiáng)監(jiān)測(cè)

本工程開(kāi)挖范圍內(nèi)主要以淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土土層為主，具有含水量高、強(qiáng)度低、滲透性差的特點(diǎn)，基坑開(kāi)挖時(shí)極易產(chǎn)生流變、蠕變現(xiàn)象。若不采取措施降低土層含水量，將造成開(kāi)挖面軟弱、積水等不良現(xiàn)象，影響開(kāi)挖面上的施工，較高的含水量也使得土體自立性差，影響開(kāi)挖效率。

采用疏干降水深井形式進(jìn)行潛水處理，并盡可能增加預(yù)抽水時(shí)間；采用新型超級(jí)壓吸聯(lián)合抽水系統(tǒng)（圖2），有效疏干需要開(kāi)挖土體，降低基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)的土體含水量，從而確保順利開(kāi)挖。

圖2 超級(jí)壓吸聯(lián)合抽水系統(tǒng)

由于位于地鐵隧道20 m控制線范圍內(nèi)，需要密切注意坑外水位變化，防止由于隔水帷幕止水效果問(wèn)題導(dǎo)致坑外水位有較大變化，造成坑外地面、地鐵區(qū)間隧道和管線產(chǎn)生較大沉降，因此需要布置坑外觀測(cè)井觀測(cè)水位變化。對(duì)場(chǎng)地南側(cè)地鐵隧道及場(chǎng)地周邊市政管道沉降情況進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)，當(dāng)沉降接近報(bào)警值時(shí)，對(duì)坑外觀測(cè)兼回灌井進(jìn)行回灌，控制坑外沉降。為有針對(duì)性地對(duì)⑤2-1層和⑤2-3層進(jìn)行水位觀測(cè)和回灌，在該2層分別布設(shè)坑外觀測(cè)兼回灌井。

3.3 支撐優(yōu)化措施

項(xiàng)目把位移和變形控制放在首位，尤其是靠近地鐵側(cè)更是重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象。同時(shí)工程可利用場(chǎng)地極其有限，除南側(cè)圍護(hù)體與紅線距離大部分能達(dá)到6 m外，其余三側(cè)圍護(hù)體與紅線距離不足3 m，無(wú)法滿足車輛通行要求，給場(chǎng)內(nèi)交通組織、材料堆放等帶來(lái)了極大困難。為此，對(duì)支撐采取以下優(yōu)化措施：

首先，在靠近楊思西路地鐵側(cè)3區(qū)及6區(qū)第2道、第3道轉(zhuǎn)角處設(shè)置鋼筋混凝土角撐及板撐，以增加支撐體系剛度，再在3區(qū)—6區(qū)基層底板厚300 mm墊層內(nèi)設(shè)置H型鋼支撐，并施加300 kN預(yù)加軸力。

其次，支撐集中分段施工，快速形成支撐體系。開(kāi)挖階段將整個(gè)大坑支撐分為10塊，每塊區(qū)域面積約為600 m2，集中人力和機(jī)械開(kāi)挖，隨挖隨澆筑（后續(xù)分塊支撐混凝土強(qiáng)度相應(yīng)提高至C60），確保每塊區(qū)域從挖土到混凝土支撐澆筑完成的施工時(shí)間控制在12 h內(nèi)。

最后，優(yōu)化棧橋，將后開(kāi)挖區(qū)域的基坑部位澆筑硬地坪作為材料堆場(chǎng)和加工廠，在滿足堆載不超過(guò)設(shè)計(jì)要求的前提下用作材料堆場(chǎng)，支撐施工所需的鋼筋預(yù)先加工配置，及時(shí)運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)隨用隨運(yùn)。

3.4 基坑開(kāi)挖及底板澆筑措施

考慮基坑開(kāi)挖對(duì)地鐵和周邊環(huán)境的影響，開(kāi)挖分6個(gè)區(qū)域（圖3）。首先開(kāi)挖1區(qū)，待1區(qū)底板到強(qiáng)度后進(jìn)行2區(qū)開(kāi)挖；待1區(qū)出±0 m后依次進(jìn)行3區(qū)、4區(qū)施工，其中3區(qū)底板達(dá)到強(qiáng)度后進(jìn)行4區(qū)開(kāi)挖；2區(qū)出±0 m后依次進(jìn)行5～6區(qū)開(kāi)挖，其中5區(qū)底板達(dá)到強(qiáng)度后，方可進(jìn)行6區(qū)開(kāi)挖。

圖3 基坑分區(qū)示意

為了減少挖土?xí)r支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形，采用了順作盆式開(kāi)挖，在及時(shí)形成對(duì)撐的情況下，根據(jù)出入口的位置進(jìn)行四周土方的開(kāi)挖。這種開(kāi)挖方式的優(yōu)點(diǎn)是擋墻的無(wú)支撐暴露時(shí)間短，同時(shí)保留了地鐵側(cè)20 m區(qū)域的保護(hù)性土坡，這部分留土的反壓可抵消部分土壓力，以減小支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形。

本工程土方共分4次挖至基坑底，每次先行開(kāi)挖中部或遠(yuǎn)離地鐵側(cè)的部位，保留地鐵側(cè)20 m范圍內(nèi)的土體1∶1.5放坡，為之后鄰近地鐵側(cè)的施工提供支撐工作面。

2區(qū)基礎(chǔ)底板施工時(shí)進(jìn)度較為緊迫，需滿足地鐵監(jiān)護(hù)60 d的施工要求。為了確保地鐵區(qū)間隧道及2區(qū)基坑結(jié)構(gòu)安全，加快2區(qū)地下室回筑施工進(jìn)度，確認(rèn)取消原有后澆帶改為跳倉(cāng)法施工，最終在55 d內(nèi)提前完成。

4 地鐵監(jiān)測(cè)及措施

施工期間經(jīng)地鐵監(jiān)護(hù)委托第三方機(jī)構(gòu)的監(jiān)測(cè)，本工程對(duì)基坑、地鐵進(jìn)行施工階段全過(guò)程監(jiān)測(cè)。

重點(diǎn)分析1—6區(qū)基坑分區(qū)開(kāi)挖階段，對(duì)地鐵區(qū)間隧道上行線靜力水準(zhǔn)儀自動(dòng)化沉降、激光測(cè)距自動(dòng)化收斂數(shù)據(jù)進(jìn)行整理顯示：

上行線沉降累積變化值：1區(qū)—2區(qū)開(kāi)挖階段，沉降值范圍2.01～3.35 mm；1區(qū)—2區(qū)底板結(jié)束后進(jìn)行上行線外側(cè)及下行線內(nèi)側(cè)注漿，直至收斂值成功回歸至預(yù)期值，注漿至區(qū)塊開(kāi)始開(kāi)挖期間的沉降范圍為－4.47～3.35 mm；3區(qū)—6區(qū)開(kāi)挖階段，沉降值范圍－4.47～3.54 mm。

上行線收斂累積變化值：1—2區(qū)開(kāi)挖階段，沉降值范圍7～21 mm；1區(qū)—2區(qū)底板結(jié)束后進(jìn)行上行線外側(cè)及下行線內(nèi)側(cè)注漿，注漿至區(qū)塊開(kāi)挖期間的收斂累積變化范圍為21～23 mm；3區(qū)—6區(qū)開(kāi)挖階段，收斂累積值范圍23～30 mm。

地鐵隧道最終實(shí)測(cè)絕對(duì)沉降量及水平位移量?jī)H有2處達(dá)到20 mm（測(cè)點(diǎn)共49處，累積變化量報(bào)警的2處由于原先初始變量就已達(dá)近10 mm），完全符合地鐵正常運(yùn)行的要求。

綜合分析各階段上行線沉降累積變化值、收斂累積值變化規(guī)律可知，分區(qū)施工方法及注漿節(jié)點(diǎn)的把控對(duì)于控制地鐵區(qū)間隧道變形、沉降起到重要作用，也充分證明了施工前制定的各項(xiàng)施工方案優(yōu)化和措施都是行之有效的，達(dá)到了預(yù)期效果。

5 地鐵隧道注漿措施

根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)情況結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件（企榮路側(cè)人行道路下管線眾多），先后進(jìn)行了2次微擾動(dòng)注漿加固（圖4），2019年12月29日—2020年1月12日，加固8號(hào)線上行線185環(huán)—215環(huán)。2020年12月12日—2021年1月18日，加固8號(hào)線上行線97環(huán)—228環(huán)。

圖4 微擾動(dòng)注漿剖面

第1次注漿上行線185環(huán)—215環(huán)范圍，注漿前隧道直徑與設(shè)計(jì)值相比，變形值在55.1～89.1 mm之間，注漿后隧道直徑與設(shè)計(jì)值相比，變形值在51.2～77.1 mm之間，注漿施工引起的直徑縮小，最大為14.4 mm。

第2次注漿上行線97環(huán)—228環(huán)范圍，注漿前隧道直徑與設(shè)計(jì)值相比，變形值在45.6～94.2 mm之間，注漿后隧道直徑與設(shè)計(jì)值相比，變形值在48.1～79.7 mm之間，注漿施工引起的直徑縮小，最大為16.2 mm。

通過(guò)對(duì)區(qū)間隧道兩側(cè)土體進(jìn)行微擾動(dòng)注漿的補(bǔ)強(qiáng)加固，有效緩解區(qū)間隧道的進(jìn)一步擴(kuò)張變形，防止區(qū)間隧道因結(jié)構(gòu)持續(xù)擴(kuò)張變形而產(chǎn)生滲漏水、漏泥漏砂、結(jié)構(gòu)裂縫甚至管片碎裂破壞等病害。

6 結(jié)語(yǔ)

前灘16-02地塊項(xiàng)目工程深基坑施工實(shí)踐表明：進(jìn)行地鐵邊及對(duì)地基沉降、位移要求極高的深基坑施工時(shí)，必須嚴(yán)格按照“時(shí)空效應(yīng)”理論組織施工，這對(duì)減少地下連續(xù)墻圍護(hù)體的沉降、位移的累積變形量極為有利；在土方開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，應(yīng)快速完成混凝土墊層，以控制土體的反彈、圍護(hù)體的側(cè)向位移；在鄰近基坑邊開(kāi)挖面以下進(jìn)行土體加固效果顯著，對(duì)抑制坑底土的隆起和地下連續(xù)墻的突變起到很好的支撐作用；施工中應(yīng)對(duì)隧道收斂變形進(jìn)行治理，確保施工區(qū)域內(nèi)的隧道收斂變形趨于穩(wěn)定，確保后續(xù)施工過(guò)程中地鐵的運(yùn)營(yíng)安全。