摘要：為控制三鎮(zhèn)中心項目基坑施工對運營中地鐵隧道的影響，該項目設(shè)計了多層止水帷幕系統(tǒng)，控制地下水水位變化、土體荷載變化對地鐵盾構(gòu)隧道周邊土地的擾動。為確保地鐵隧道及基坑的安全，對地鐵隧道及基坑變形進(jìn)行實時監(jiān)測，根據(jù)施工過程地鐵盾構(gòu)變形的數(shù)據(jù)，及時調(diào)整土方開挖部位、深度，以確保地鐵盾構(gòu)變形在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。

關(guān)鍵詞：深基坑；地鐵隧道；止水帷幕；監(jiān)測

0 引言

目前國內(nèi)在運營中地鐵線路的地鐵保護(hù)區(qū)內(nèi)施工的工程實例已經(jīng)不少，劉衛(wèi)末[1]通過變形控制設(shè)計方法，輔以FLAC3D數(shù)值模擬安全評估等手段，完成國貿(mào)中心東樓改造及交通一體化基坑工程。龔達(dá)[2]種采用平行分區(qū)方案，運用二維建模等方法，成功完成臨近上海地鐵10號線的同濟大學(xué)某教學(xué)樓的施工。

三鎮(zhèn)中心項目的基坑工程為武漢市首個橫跨運營地鐵的深基坑。目前，房建項目橫跨運營地鐵的深基坑工程在國內(nèi)還沒有出現(xiàn)過。為控制三鎮(zhèn)中心項目基坑施工對運營中地鐵隧道變形的影響，本文設(shè)計多層止水帷幕系統(tǒng)，以控制地下水水位變化、土體荷載變化對地鐵盾構(gòu)隧道周邊土地的擾動。

1 工程概況

三鎮(zhèn)中心項目的基坑工程位于武漢市江漢區(qū)青年路與解放大道交匯處，為武漢市鬧市區(qū)，人流量、車流量大，周邊臨近建筑物多，交通情況復(fù)雜，橫跨運營中的武漢地鐵2號線，地鐵隧道經(jīng)項目地塊西北角向東南角穿過。線路列車采用6節(jié)編組B型列車，為武漢市最繁忙的地鐵線路，日均客流量高達(dá)120萬人次，發(fā)車運營間隔僅2.9min，且為武漢市第一條地鐵線路，修建時間早運營時間長，盾構(gòu)日常維護(hù)工作壓力較大。

項目地塊由3棟超高層住宅及1棟辦公樓組成，地下室結(jié)構(gòu)為4層，地鐵隧道將項目基坑分為住宅和辦公區(qū)兩部分，其中住宅區(qū)基坑開挖面積約1.9萬m2，辦公區(qū)基坑開挖面積約1萬m2，基坑開挖深度都為18.7m。地鐵隧道結(jié)構(gòu)頂部覆土厚度約12～14.6m，平均埋深為14.5m，距基坑邊最近距離為10.5m。

2 基坑設(shè)計狀況

本項目基坑支護(hù)設(shè)計為多層止水帷幕，并在基坑豎直方向布置了4道混凝土支撐。為最大限度控制基坑施工對地鐵的擾動，使地鐵盾構(gòu)區(qū)土壓力及地下水位處于原始穩(wěn)定狀態(tài)，根據(jù)項目巖層情況，設(shè)計止水帷幕支護(hù)體系。止水帷幕支護(hù)結(jié)構(gòu)體系為Φ850@600攪拌樁、地連墻（臨地鐵側(cè)1200mm，不臨地鐵1000mm）、800mm水泥攪拌墻，其中地連墻、水泥攪拌墻設(shè)計深度為進(jìn)入強風(fēng)化泥巖1m。

本項目根據(jù)建筑物規(guī)劃排布，基坑及地下室沿軌道交通2號線區(qū)間隧道劃分為南北兩區(qū)，其中北區(qū)住宅主樓部分為北一區(qū)，北區(qū)地下室及商業(yè)劃分為北二區(qū)。南北區(qū)基坑支護(hù)止水帷幕均設(shè)置豎向四道臨時混凝土支撐，支撐形式為角撐加對撐的布置的形式。

北區(qū)住宅區(qū)面積較大，為確保止水帷幕體系效果，擬分兩期施工，中間隔斷為鉆孔灌注樁、三軸攪拌樁止水帷幕，先開挖北一區(qū)基坑，北一區(qū)建筑結(jié)構(gòu)出地面后，再開挖北二區(qū)基坑，基坑土層情況如表1所示。

3 基坑施工方法

3.1 地鐵隧道變形、沉降控制要求

基坑開挖是基坑土體卸荷的過程，卸荷會引起坑底土體產(chǎn)生以向上為主的位移，同時也引起圍護(hù)墻在兩側(cè)壓力差作用下而產(chǎn)生水平方向位移和因此產(chǎn)生的墻外側(cè)土體位移。

在進(jìn)行三鎮(zhèn)中心深基坑工程開挖施工的過程中，由于土體卸荷效應(yīng)，基坑分步開挖的空間位置、開挖體量和已挖區(qū)域暴露時間，與周圍墻體、土體位移存在一定的關(guān)聯(lián)性，需遵循開挖過程時空效應(yīng)規(guī)律，并根據(jù)基坑狀態(tài)實時調(diào)整開挖施工順序及位置。

基坑變形包括止水帷幕的變形、坑底沉降及基坑周圍土體位移。墻后地層縱向呈不均勻沉降，沉降最大點大約在距墻邊0.7H處（H為開挖深度）。加強監(jiān)測工作可以可靠而合理地利用土體自身在基坑開挖過程中控制土體位移的變化而達(dá)到穩(wěn)定地鐵盾構(gòu)隧道。

根據(jù)新建構(gòu)筑物對地鐵區(qū)間隧道的影響，進(jìn)行可靠性分析計算，并結(jié)合相關(guān)規(guī)范要求，確定施工中下隧道變形應(yīng)滿足下列要求：隧道任意點位移和沉降≤20mm；施工過程中地鐵隧道的附加曲率半徑≥15000m，結(jié)構(gòu)相對彎曲曲率≤1/2500；由于各因素所引起的地鐵隧道外壁附加荷載≤20kPa；臨近地鐵隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移≤30mm，坑外地表最大沉降≤30mm。

3.2 止水帷幕的施工

項目止水帷幕施工前，應(yīng)根據(jù)隧道保護(hù)控制指標(biāo)值，確保止水帷幕能起到工程效果。進(jìn)行等厚水泥土攪拌墻、地連墻試成槽施工，模擬圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工時，對地鐵擾動選取保守的參數(shù)[3]。

水泥攪拌樁施工設(shè)備選用MC-920型三軸攪拌機施工，采用二噴二攪的施工工藝，即采用跳孔式重復(fù)搭接施工方法（搭接寬度為150mm）。該方法有利于降低偏鉆問題，確保攪拌樁連續(xù)性及止水效果，使樁體范圍內(nèi)水泥攪拌均勻。

將地連墻外側(cè)槽壁加固設(shè)計為800mm厚水泥土攪拌墻，水泥攪拌墻設(shè)計深度根據(jù)地質(zhì)巖層勘察情況，設(shè)計深度為53.55～58m，且以進(jìn)入強風(fēng)化泥巖1.0m為準(zhǔn)。本項目使用TRD-EN工法進(jìn)行水泥土攪拌墻施工。施工時，首先將鏈鋸型切削刀具插入地基，再將挖掘液注入土體中，并持續(xù)橫向掘削、攪拌，水平推進(jìn)，掘削至墻體設(shè)計深度，然后注入固化劑，固化劑為P.O42.5普通硅酸鹽水泥，水泥參量25%，水灰比建議1.5。挖掘液、固化液具體水泥、膨潤土摻量及水灰比等，根據(jù)試成墻試驗制定。

將本工程地連墻厚度參數(shù)設(shè)計為1000mm（非地鐵側(cè)）、1200mm（近地鐵側(cè)）。將混凝土強度等級設(shè)計為水下C35（抗?jié)B等級為P10）。將豎向主筋保護(hù)層厚度迎土面設(shè)計為70mm，迎坑面設(shè)計為70mm。地連墻槽段間采用H型鋼板剛性連接。

地下連續(xù)墻共分為地鐵側(cè)和非地鐵側(cè)兩種槽段形式，共劃分為194幅槽段（北區(qū)108幅、南區(qū)84幅），地連墻深度要求進(jìn)入中風(fēng)化巖不小于1m。施工方法為地連墻常規(guī)施工方法，主要工序包括導(dǎo)墻施工、連續(xù)墻成槽與泥漿護(hù)壁、連續(xù)墻鋼筋籠綁扎與吊裝、混凝土澆筑及連續(xù)墻槽底注漿等。

3.3 降水施工

本工程基坑內(nèi)約每700m2布置一口疏干降水井，北區(qū)1分區(qū)布置18口，北區(qū)2分區(qū)布置10口，南區(qū)布置14口，共布置42口降水井（其中14口井兼做觀測井）。

為減少降水井成井施工時對地鐵隧道產(chǎn)生不利影響，基坑地下連續(xù)墻與地鐵區(qū)間隧道之間按照間距20m，布置18口回灌井。回灌井作為應(yīng)急措施，通過坑內(nèi)抽水，坑外水位監(jiān)測方式，若地連墻和等厚度水泥攪拌墻止水帷幕效果良好，滿足地鐵保護(hù)需求，可不使用回灌井。

3.4 基坑土方施工

本區(qū)基坑采用盆式開挖，遵循“分層、分塊、留土護(hù)壁、對稱、限時開挖支撐”的總原則，利用時空效應(yīng)原理，減少基坑無支撐的暴露時間，嚴(yán)格控制基坑變形。

現(xiàn)場土方開挖按照3個獨立止水帷幕體系基坑進(jìn)行開挖，劃分為北一區(qū)基坑、北二區(qū)基坑、南區(qū)基坑。土方先施工北一區(qū)和南側(cè)基坑，因保護(hù)地鐵需要，北二區(qū)基坑需等到北一區(qū)基坑地下結(jié)構(gòu)施工完后，并根據(jù)地鐵變形情況決定其施工順序及周期。各區(qū)域分5層逐層開挖基坑土方，每挖一層土方布置一道支撐，并在基坑成型前對基坑變形、支撐荷載及地鐵盾構(gòu)變形進(jìn)行監(jiān)測，滿足地鐵變形要求后開挖下一層土方。

4 變形監(jiān)測與施工效果分析

4.1 變形參數(shù)理論計算

根據(jù)施工方案進(jìn)行數(shù)值計算分析，北一區(qū)及南區(qū)開挖完成后，基坑地連墻變形可控制在15mm以內(nèi)。該過程地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道產(chǎn)生的水平位移約7.6mm，道床沉降約3.4mm，收斂約1.3mm，數(shù)據(jù)分析及建模見圖1。該數(shù)值計算結(jié)果僅為理論值，未考慮基坑施工過程中的地連墻滲漏、墻底繞流和坑內(nèi)降水等影響?；邮┕扔兴淼赖挠绊憦?fù)雜，理論計算難以完全準(zhǔn)確模擬實際情況，與實際施工會存在一定差異[4]。

4.2 變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

三鎮(zhèn)中心項目依據(jù)施工方法，止水帷幕施工及北一區(qū)、南區(qū)土方開挖完成，四道支撐體系形成，主體建筑結(jié)構(gòu)完成工程樁及底板，根據(jù)止水帷幕結(jié)構(gòu)經(jīng)鉆芯檢測，TRD水泥攪拌墻和地連墻質(zhì)量滿足要求。

根據(jù)地鐵隧道盾構(gòu)管片變形監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，左線區(qū)間隧道拱頂累計最大沉降13.5mm，右線區(qū)間隧道拱頂累計最大沉降15.2mm。左線區(qū)間隧道道床累計最大沉降9.7mm，右線區(qū)間隧道道床累計最大沉降11.0mm。地鐵盾構(gòu)左線區(qū)間水平位移累計最大值+8.9mm（向北區(qū)基坑方向）。右線區(qū)間水平位移累計最大值-7.1mm（向南區(qū)基坑方向）。左線區(qū)間徑向收斂累計最大值+9.5mm（徑向變大）。右線區(qū)間徑向收斂累計最大值+9.5mm（徑向變大），均在隧道變形控制允許范圍內(nèi)。

4.3 施工效果分析

根據(jù)施工時間及監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，北一區(qū)、南區(qū)的表層土方至第三層土方開挖及第一、第二道支撐施工的期間，地鐵隧道盾構(gòu)沉降變形速率最大，體現(xiàn)為該施工期間內(nèi)地鐵拱頂沉降變形最大單一盾構(gòu)管片的沉降速率為-0.1181mm/d，道床沉降速率為-0.0945mm/d?；拥剡B墻施工期間，則表現(xiàn)為地鐵盾構(gòu)水平位移及盾構(gòu)隧道收斂變形速率最快，水平位移變形最大單一盾構(gòu)管片在此期間速T7HC4Is5Ql85yQreOSTcVQ==率達(dá)0.0640mm/d，徑向收斂速率達(dá)0.0697mm/d。

根據(jù)現(xiàn)場施工情況及地鐵變形情況分析，基坑止水帷幕地連墻的混凝土施工過程，會對土體形成一定的側(cè)壓力，該部分側(cè)壓力會對地鐵隧道側(cè)的水平向的土體進(jìn)行擾動?；油练皆谒淼缆裆罘秶鷥?nèi)的開挖過程，土體的土壓力處于卸荷狀態(tài)，會對地鐵隧道上下方土體進(jìn)行擾動。

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)與實際開挖數(shù)據(jù)對比截至北一區(qū)和南區(qū)基坑土方開完完成，地鐵2號線盾構(gòu)變形值均接近地鐵隧道變形控制標(biāo)準(zhǔn)，但未超過控制值，繼續(xù)進(jìn)行北二區(qū)基坑開挖對地鐵盾構(gòu)的安全有一定的風(fēng)險。

北二區(qū)臨基坑繼續(xù)施工前，需采用微擾動注漿等措施，對隧道已產(chǎn)生水平位移、道床沉降和收斂進(jìn)行處理，使隧道健康度恢復(fù)至4級以下（水平收斂值＜54mm）狀態(tài)后，可繼續(xù)進(jìn)行開挖。

5 結(jié)束語

三鎮(zhèn)中心項目基坑通過先布置多層止水帷幕，降低施工對地鐵隧道周邊土體的擾動，并按照計劃工序開展施工，高度重視基坑和地鐵隧道的監(jiān)測。根據(jù)監(jiān)測反饋結(jié)果及時采取地鐵保護(hù)措施，并運用到信息化施工。實時根據(jù)地鐵隧道變形值的變化，合理布置、調(diào)整開挖土方順序及速度，通過合理的降水方法，完成項目主樓區(qū)基坑及地下室底板結(jié)構(gòu)工程，保證了2號線地鐵盾構(gòu)隧道的安全，可為今后類似工程的施工提供借鑒和參考。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉衛(wèi)未.緊臨地鐵復(fù)雜地下環(huán)境深基坑工程綜合技術(shù)[J].施工技術(shù)，2017，46（20）：38-41.

[2] 龔達(dá)，鮑旺，續(xù)文昊，等.某臨地鐵深基坑平行分區(qū)施工方案分析比選[J].工程建設(shè)，2021，53（1）：43-47.DOI：10.13402/j.gcjs.2021.01.009.

[3] 鄒建剛，畢昕赟，邱全洪，等.臨近地鐵的超深基坑分坑施工技術(shù)[J].建筑施工，2014，36（1）：3-5.

[4] 姜葉翔，賴小勇，張宏建，等.深基坑開挖對鄰近既有地鐵隧道的影響分析[J].地基處理，2020，2（3）：231-235.