紧邻地铁车站的深大基坑开挖变形控制技术

闫静雅 谢小林

1. 上海申通地铁集团有限公司 上海 200070；2. 同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司 上海 200092

1 工程概况

上海市海门路55号地块项目为地下5层，基坑开挖总面积约30 440 m2，开挖深度达29 m，上海同类开发项目中基坑达到如此深度的并不多见。项目邻近轨交12号线运营车站及区间隧道，12号线于2013年底正式通车运营，其提篮桥站位于基地北侧。车站顶板埋深约2.7 m，底板埋深约15.6 m，采用厚800/1 000 mm、深34/38 m地下连续墙作为围护结构；地下2层三跨现浇钢筋混凝土结构，底板下设有抗拔桩（一柱一桩），桩径800 mm，有效桩长35 m，桩端进入⑧1层。车站南侧的附属结构结合轨交公司代建的3层地下室一体设计、建设。代建的3层地下室底板埋深约16.4 m，采用φ850 mm钻孔灌注桩，桩端持力层为第⑨层。代建结构南侧围护结构采用厚1 000 mm、深50 m地下连续墙（下部10 m为素混凝土），设计上为项目与代建地下室共墙开挖地下5层的设计进行了预留（图1）。

图1 基坑平面示意

2 围护设计

2.1 工程地质条件

场地内存在第⑤3t层微承压水层及第⑦层承压水层。按最不利条件验算，第⑤3t层土的层顶最浅埋深为32.50 m，承压水头埋深为地下4.78 m，当基坑开挖至16.30 m时，坑内地基土抗微承压水稳定性达到临界状态。第⑦层土的层顶最浅埋深为42.50 m，承压水头埋深为地下6.71 m，当基坑开挖至21.60 m时，坑内地基土抗承压水稳定性达到临界状态，故本工程各分区基坑开挖均有承压水突涌的可能性，需要按需分级降第⑤3t层及第⑦层承压水以确保基坑开挖安全。

2.2 基坑分区

将基坑分为6个区独立交叉、先后施工，与地铁的关系为远大近小、远深近浅，施工工序的原则为先远后近、先大后小，从而控制基坑开挖对周边环境的影响。先同时开挖施工远离地铁侧的2个大坑A-1区和A-2区，待底板完成浇筑并达到强度后，回筑并同步开始挖大坑B区，待B区底板完成浇筑后，开始挖C区，待B区底板达到强度且C区底板完成浇筑后，B区与C区方可同步拆撑回筑，待A-1区及A-2区出±0.00 m后，开始开挖D-1区及D-2区。

2.3 基坑围护

大坑围护采用厚1 200 mm、深55 m地下连续墙（局部58 m），中隔墙采用厚1 200 mm、深52 m地下连续墙。C、D-1、D-2小坑地铁侧外墙采用厚1 000 mm、深50 m地下连续墙（与地铁附属代建区共墙），小坑东西侧地下连续墙厚1 200 mm、深50 m，中隔墙采用厚1 000 mm、深45 m地下连续墙。外侧地下连续墙加设深41 m槽壁加固。围护外侧地下连续墙墙趾均进入⑧1层，隔断坑内外承压水水力联系。

小坑采用φ850 mm三轴搅拌桩满堂加固，大坑坑内采用宽8 mφ850 mm三轴搅拌桩裙边加固（图2）。

图2 基坑围护及加固示意

地铁侧小坑设6道支撑，其中第2、第3、第4、第6道为钢支撑，首道和第5道为混凝土支撑。大坑设6道混凝土支撑。其中钢支撑均采用自动轴力补偿系统（图3）。

图3 基坑支撑剖面示意

3 施工组织

按照先远后近原则分区开挖支撑施工，各区按照“分区、分块、对称、平衡、限时”的原则指导开挖，并采用明挖顺作法施工。

基坑沿地铁侧留土宽度不少于4倍的单层挖深，且最后挖除，根据围护变形情况，实施严格的开挖支撑，将单块土体开挖混凝土支撑的总施工时间控制在24 h内，C、D-1、D-2区单根钢支撑的开挖支撑时间严格控制在16 h以内，以控制围护结构的位移和坑底回弹。施工单位加强设备投入和现场施工组织，严格按计划挖土。开挖后及时浇筑垫层，快速形成底板。

A1、A2区同步对称下挖，每层土方量为30 000～50 000 m3不等，支撑混凝土体积2 700～3 000 m3不等，通过严格的施工筹划和加强人力设备投入，做到了每层土方开挖到支撑完成17 d左右。2个近10 000 m2的基坑，6道支撑，从第2层土开挖到底板浇筑完成仅用时约140 d。

地铁侧小基坑平均每层土方量为3 000～5 000 m3，从第2层土方开挖到底板浇筑完成用时约45 d。

在施工组织中特别注意了以下几方面：

1）基坑开挖前进行降水试验，确认围护结构的封闭性和隔断承压水的有效性，这对深基坑开挖的安全是极其重要的。

2）合理安排分区、分块、对称、平衡、限时的开挖计划，做到随挖随撑，支撑的及时跟进是保证控制基坑变形的基础。为严格控制坑底隆起，减少对地铁的影响，边挖边形成垫层，快速形成底板，在挖土完成7～10 d完成全部底板。

3）机械设备、人力物力、周边稳定等均是快速施工的保障，基坑处于上海的闹市区，保证出土的土方量和连续施工是重要的措施。

4）做好各类针对性的应急预案，不因突发状况影响基坑的开挖施工。

4 监测分析

4.1 基坑变形

基坑施工过程中，对基坑围护测斜、立柱桩隆起、支撑轴力、周边管线及建筑等均进行了监测，监测频率根据开挖工况调整（图4）。

图4 A基坑地下连续墙测斜点平面示意

对不同部位地下连续墙的典型测斜情况进行分析，邻地铁侧大区侧墙测斜（CX36）最大点发生在地面以下29 m，测斜值约63 mm，中隔墙（CX66）及另一侧地下连续墙（CX12）测斜最大点发生在地面以下30.5 m及27.5 m，测斜值约87 mm及81 mm，满足基坑二级环境保护要求。虽然大基坑邻地铁侧地下连续墙变形略超过0.18%的一级保护要求，但在上海典型软土地区开挖如此深大的基坑，其变形控制也算是成功的，且对于地铁来说，这一变形是发生在大、小坑的分坑中隔墙处，车站自身结构的变形量控制在4 mm以内，说明分区施工对控制相邻地铁附加变形是非常有效的。

近地铁侧小区开挖施工过程中，亦设置了对应的测斜点（图5）。对与地铁附属代建区共用的地下连续墙补设了地下连续墙测斜孔（CX104），基坑开挖过程，共用地下连续墙测斜仅变化0.8 mm（该孔位从大基坑开挖至小坑开挖完成的累积变化量仅9 mm）。与大坑中隔墙（CX42）地下连续墙测斜变化约3 mm，小坑之间中隔墙（CX77）地下连续墙测斜变化约18.7 mm。可见划分小坑是非常必要的，通过自动轴力钢支撑系统的应用，可以有效控制小坑开挖过程中的地下连续墙变形，从而保护地铁设施。

图5 小基坑测斜点平面示意

4.2 地铁变形

基坑施工的全过程对邻近的地铁结构采用人工测量结合自动化设备进行了全面、全过程监测（图6）。

图6 地铁变形监测点布置

大坑A区开挖施工期间，基坑对应地铁车站近侧道床中间点（SX38）呈现隆起变形，A区底板完成时变形累积量约4 mm。端头井隧道段（XX22）呈现下沉变形，A区底板完成时变形累积量约－4 mm。地铁变形未出现报警。

小坑C区开挖施工期间，基坑对应地铁车站近侧道床中间点（SX38）比较平稳，变化量不大，这与小坑开挖期间基坑围护变形控制较好直接相关。端头井隧道段（XX22）呈现微隆起状态，变化量约2 mm。

项目施工全过程，地铁车站结构及隧道变形呈现明显的不同趋势，地铁车站呈现向上隆起变形，区间隧道呈现向下沉降变形（图7）。正对基坑区域车站总体隆起，SX38点最大隆起量11.8 mm，而出站后的隧道部位呈现下沉趋势，SX21点最大沉降量18 mm（图8）。地铁结构变形处于可控范围内。

图7 近基坑侧地铁结构沉降累计曲线

图8 近基坑侧地铁结构典型点沉降历时曲线

5 结语

海门路55号地块项目是近年来上海地铁车站紧邻的大面积超深基坑，通过合理的围护设计，严谨的施工组织，成功实施了基坑的开挖施工，对地铁车站保护是有效的。但由于隧道与车站结合部位结构刚度变化大，节点抗变形能力薄弱，该部位最终还是有一定的差异变形，故通过后期的注浆治理保证了地铁的运营安全。

紧邻地铁车站结构的深大基坑会造成车站结构隆起变形，而邻近的隧道下沉变形，需要特别关注站隧结合部位的不均匀沉降，注意结构病害的检查，新增渗漏水、裂缝等必须及时治理。

邻近地铁的深大基坑应根据工程难点、工程与地铁相对关系、地质条件等诸多因素，在设计阶段充分考虑地铁保护措施，合理分区，选择可靠的基坑围护形式、加固方案、支撑布局等。在施工阶段，贯彻设计意图，加强施工组织管理，对每一层土体每一个分块进行编号，按顺序限时施工，密切结合各方监测数据，实时反馈指导施工[1]。

在本案例中，地铁建设时提前综合考虑了后期开发，结合附属设施的建设，提前完成了整条宽25 m的地下结构，作为今后大基坑施工时的隔离带。正是这种超前的建设预留减小了后期开发建设的难度和风险[2-5]，有效地保护了已建成的地铁车站，该建设模式可以为今后同类工程提供借鉴和参考。