李彬彬 吳勝輝

中國建筑第二工程局有限公司上海分公司 上海 200135

1 工程背景

1.1 工程概況

杭州港龍城項(xiàng)目為商業(yè)綜合體項(xiàng)目，設(shè)3層地下室，基坑平面尺寸約為265 m×130 m，開挖深度16.3 m。

基坑北側(cè)為運(yùn)營中的杭州地鐵1號線，其中近220 m范圍為1號線右線盾構(gòu)區(qū)間。圍護(hù)外邊界與盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)外邊界凈距為14.4～17.4 m。盾構(gòu)隧道頂部埋深為10.1～15.3 m（圖1）。

圖1 基坑總平面

1.2 工程地質(zhì)條件

基坑場地為杭州典型的粉砂土地基。淺部約厚15 m為沖海相砂質(zhì)粉土夾粉砂，土層滲透系數(shù)大，在基坑的降水、流砂、防滲漏等方面存在影響，也易導(dǎo)致在成樁過程中出現(xiàn)坍孔；中部約厚25 m為中高壓縮性流塑狀淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土層，是坑底的主要下臥層，對基坑坑底抗側(cè)移及坑底防隆起變形不利；場地承壓水分布在⑨2圓礫層中，水頭埋深為地表下9.6 m，由于該層埋深大，且上部有較厚的黏土隔水層，故對基坑工程施工影響較小。

2 地鐵保護(hù)相關(guān)概念

《杭州市城市軌道交通運(yùn)營管理辦法》規(guī)定：

1）地下車站與隧道結(jié)構(gòu)外邊線外側(cè)50 m范圍內(nèi)為地鐵控制保護(hù)區(qū)；地下工程（車站、隧道等）結(jié)構(gòu)外邊線外側(cè)5 m內(nèi)為特別控制保護(hù)區(qū)。

2）作業(yè)單位在城市軌道交通控制保護(hù)區(qū)內(nèi)進(jìn)行樁基礎(chǔ)施工、降低地下水位、基坑開挖等可能影響城市軌道交通運(yùn)營及設(shè)施安全的作業(yè)時，應(yīng)當(dāng)制訂城市軌道交通保護(hù)專項(xiàng)施工方案，在征得運(yùn)營單位同意并依法辦理有關(guān)行政許可手續(xù)后方可按方案施工。

3 基坑施工對既有地鐵隧道變形的影響分析

3.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工

1）在止水帷幕、土體加固施工過程中，水泥漿注入周圍土體，產(chǎn)生擠土效應(yīng)，會導(dǎo)致周邊管線、建筑物的沉降或隆起及側(cè)向位移[1]。圍護(hù)結(jié)構(gòu)有缺陷時，易產(chǎn)生管涌和流砂，而地鐵基礎(chǔ)對管涌和滲流異常敏感。

2）地下連續(xù)墻施工與成槽機(jī)開挖槽段的過程，本質(zhì)上為挖土卸荷的過程，會引起地鐵盾構(gòu)線變形。而限于施工技術(shù)及成本，地下連續(xù)墻兩側(cè)不可能進(jìn)行全槽段的加固。地下連續(xù)墻深層成槽側(cè)壁土坍塌、頸縮等引起的深層土體位移會引起盾構(gòu)線變形。

3）水泥攪拌樁施工、地下連續(xù)墻成槽、地下連續(xù)墻鋼筋籠吊裝使用的三軸攪拌樁機(jī)、成槽機(jī)、履帶吊等均為大型機(jī)械設(shè)備，荷載大，在地鐵線邊行走施工時，本質(zhì)上是對地鐵盾構(gòu)線實(shí)施了豎向或側(cè)向的加載，從而引起盾構(gòu)線變形[2]。

3.2 基坑降水

在深基坑開挖的過程中，基坑降水必不可少。但長時間、大范圍的基坑降水會導(dǎo)致基坑周圍建（構(gòu)）筑物與地面產(chǎn)生不均勻沉降。坑內(nèi)外抽降地下水，改變了原有地基應(yīng)力狀態(tài)，會對周邊建筑物特別是鄰近地鐵隧道產(chǎn)生附加變形，對既有地鐵運(yùn)營安全產(chǎn)生一定的影響。

3.3 基坑開挖

基坑開挖過程實(shí)際上為基坑卸荷的過程，卸荷引起坑底土體產(chǎn)生向上的隆起，以及基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)側(cè)向變形和坑周地層的移動，從而導(dǎo)致地面沉降及坑外地鐵隧道的變形（圖2）。

圖2 基坑開挖卸荷后的變形示意

4 控制地鐵隧道變形的施工技術(shù)措施

4.1 合理安排圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工順序

為控制地鐵隧道變形，宜先對地下連續(xù)墻槽壁進(jìn)行加固，即先施工地下連續(xù)墻兩側(cè)的三軸攪拌樁。先施工靠近地鐵側(cè)的三軸攪拌樁，再進(jìn)行相對遠(yuǎn)離地鐵側(cè)攪拌樁的施工，以避免對地鐵的二次擾動。待靠近地鐵側(cè)三軸攪拌樁強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求后，再進(jìn)行地下連續(xù)墻的施工。地下連續(xù)墻完成后進(jìn)行坑內(nèi)工程樁、加固攪拌樁的施工。

4.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工前進(jìn)行試成樁檢驗(yàn)

在遠(yuǎn)離盾構(gòu)線的西北側(cè)地鐵車站區(qū)域范圍內(nèi)進(jìn)行三軸攪拌樁試成樁、地下連續(xù)墻試成樁施工。

通過試成樁，熟悉工程地質(zhì)特性，檢驗(yàn)設(shè)備、成樁工藝的可行性以及成樁質(zhì)量，確定三軸攪拌樁的水泥摻量、水泥漿液水灰比、鉆機(jī)下沉與提升速度，以及地下連續(xù)墻施工泥漿配合比、性能指標(biāo)等施工參數(shù)，并在槽壁加固及成槽作業(yè)過程中對附近深層土體的水平位移進(jìn)行監(jiān)測，以檢驗(yàn)成樁對周圍土體的擾動影響。

4.3 優(yōu)化施工工藝

采用三軸水泥攪拌樁對地下連續(xù)墻兩側(cè)的淺層土體進(jìn)行加固，使水泥土攪拌樁完全隔絕粉砂層。三軸攪拌樁采用跳槽式雙孔全套復(fù)攪式施工，以減小坑外土體變形。在水泥攪拌樁28 d齡期抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求1.0 MPa后進(jìn)行地下連續(xù)墻成槽施工，以預(yù)防成槽過程中槽壁坍塌。

地下連續(xù)墻采用先行幅和閉合幅施工設(shè)計跳幅作業(yè)，既能避免水下混凝土澆筑時在墻段端部形成側(cè)壓，保證鎖口管的順利抽拔，又能減少對地鐵的影響。同時先施工靠近地鐵側(cè)地下連續(xù)墻，后施工離地鐵較遠(yuǎn)的地下連續(xù)墻，可減少對地鐵的二次擾動。

4.4 控制坑邊荷載

臨時道路、鋼筋堆場及鋼筋籠加工場均布置在遠(yuǎn)離盾構(gòu)線的坑內(nèi)，減少地下連續(xù)墻施工對盾構(gòu)線的影響。同時控制已開挖槽段附近的地面荷載，盡可能避免成槽機(jī)、起重機(jī)、混凝土攪拌車等重型機(jī)械和車輛在槽段附近通行，以減小槽邊荷載，避免槽壁受到靜、動荷載作用的影響，造成槽壁坍塌[3]。

4.5 分區(qū)開挖

采取分區(qū)開挖的施工措施，將基坑工程劃大為小，即將場地劃分為兩大區(qū)塊：Ⅰ區(qū)塊和Ⅱ區(qū)塊。其中Ⅱ區(qū)塊又分為Ⅱ-1、Ⅱ-2共2個子區(qū)塊，確保北側(cè)沿盾構(gòu)隧道邊的基坑長邊不超過100 m（圖3）。靠盾構(gòu)隧道一側(cè)基坑尺寸縮小后，可大大提高土方開挖、支撐以及主體結(jié)構(gòu)的施工速度，基坑的空間效應(yīng)和實(shí)效性大大提高，有利于基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形控制。

圖3 基坑分區(qū)示意

4.6 按需降水

在地下連續(xù)墻外側(cè)布置應(yīng)急深井井點(diǎn)進(jìn)行控制性降水，降水深度不低于地表下4 m。在遠(yuǎn)離地鐵隧道45 m范圍外的坑外側(cè)布置減壓深井井點(diǎn)，降水深度為地表下10 m。

坑外降水井隨基坑開挖深度，分區(qū)段實(shí)施抽降水：東北角Ⅰ區(qū)塊基坑范圍內(nèi)坑外降水井在Ⅰ區(qū)塊基坑2層土開挖完成后實(shí)施抽降水；Ⅱ-1、Ⅱ-2這2個區(qū)塊范圍的坑外降水井均在各自區(qū)塊3層土開挖完成后實(shí)施抽降水。

4.7 合理安排出土順序及水平支撐施工順序

本工程出土口設(shè)置在基坑南側(cè)，機(jī)械及土方車均由南側(cè)通行。

4.7.1 Ⅰ區(qū)塊基坑

Ⅰ區(qū)塊基坑為超大深基坑，豎向設(shè)置3道混凝土水平支撐。Ⅰ區(qū)塊基坑土方待Ⅱ區(qū)第1道鋼筋混凝土支撐施工后開始，并劃分為東、西2個大區(qū)塊同步進(jìn)行挖土及支撐施工（圖4）。

圖4 Ⅰ區(qū)基坑土方及支撐分區(qū)示意

西區(qū)塊施工順序：西4區(qū)→西1區(qū)→西3區(qū)→西2區(qū)。即先行開挖角撐區(qū)域土方，施工角撐形成獨(dú)立的支撐；然后開挖西3、西2區(qū)，西2區(qū)支撐澆筑完成后即形成完整的對撐體系承力。

東區(qū)塊施工順序：東4區(qū)→東1區(qū)→東3區(qū)→東2區(qū)?？拷罔F側(cè)的東2區(qū)為最后開挖，同時將東區(qū)東北角再行分隔成3個能形成獨(dú)立支撐的小區(qū)段，限時開挖施工。

另外，設(shè)置出土斜棧橋，由土方車直接入坑取土，大大地提高了出土效率，縮短出土及基坑工程的整體施工時間，減小了基坑的累積變形。

4.7.2 Ⅱ區(qū)塊基坑

Ⅱ區(qū)塊基坑豎向設(shè)置3道混凝土水平支撐。該基坑北側(cè)緊鄰隧道，為了保護(hù)地鐵盾構(gòu)線，北側(cè)坑邊嚴(yán)禁行走重車。選擇在坑內(nèi)由東向西退挖出土施工。先開挖Ⅱ-1區(qū)塊，待該區(qū)塊地下結(jié)構(gòu)施工至地下1層樓板后，再開挖Ⅱ-2區(qū)塊。

5 盾構(gòu)變形自動化監(jiān)測

為了及時獲得地鐵隧道變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，科學(xué)指導(dǎo)施工，在基坑沿線盾構(gòu)隧道內(nèi)選取44環(huán)管片設(shè)置自動監(jiān)測點(diǎn)，進(jìn)行道床水平位移、沉降與隧道收斂的自動化監(jiān)測（圖5）。

圖5 隧道監(jiān)測點(diǎn)示意

6 結(jié)語

地鐵沿線深基坑施工時，地鐵盾構(gòu)線的結(jié)構(gòu)變形是不可避免的，但通過對施工過程中可能引起盾構(gòu)線變形的施工影響因素進(jìn)行分析，并提出針對性的施工控制措施，指導(dǎo)并合理組織施工，將變形控制在可控范圍內(nèi)是可行的。

通過本工程的順利實(shí)施，得出以下一些結(jié)論[4-5]：

1）對于緊鄰地鐵隧道的深大基坑，可采用中間分隔墻（排樁分隔），將基坑化大為小，采取分區(qū)開挖措施，先開挖離地鐵遠(yuǎn)的大基坑，再開挖緊鄰地鐵隧道的小基坑；并結(jié)合土體加固、分塊限時開挖支撐等施工措施，可以較好地減少深大基坑開挖對緊鄰地鐵隧道的影響，達(dá)到基坑變形控制和地鐵隧道保護(hù)的目的。

2）地鐵沿線深基坑工程施工時，圍護(hù)樁基、降水、土方開挖、地下結(jié)構(gòu)及換撐、施工荷載超載均會引起地下地鐵盾構(gòu)線的變形，應(yīng)采取針對性的施工技術(shù)措施，對施工全過程進(jìn)行控制。

3）對于地鐵隧道沿線的狹長基坑，在坑邊限載或空間限制的條件下，內(nèi)支撐豎向間凈距應(yīng)能滿足機(jī)械坑內(nèi)行走的要求，以實(shí)現(xiàn)沿基坑長邊坑內(nèi)短駁退挖出土的目的。

4）地鐵沿線深基坑施工時，除解決紅線范圍場地內(nèi)的施工控制問題外，也應(yīng)對靠近盾構(gòu)線的紅線外道路提出限載或限行等荷載控制措施。

5）若因場地內(nèi)空間限制，但的確需在坑邊與盾構(gòu)線間地面布置施工道路、重車通行時，需打樁將路面荷載直接傳遞至深層土方。

6）應(yīng)采用信息化動態(tài)施工技術(shù)，通過基坑監(jiān)測及地鐵監(jiān)測反饋的數(shù)據(jù)，及時調(diào)整施工方法及參數(shù)。