紧邻地铁车站建筑深基坑变形控制技术

李建峰，尹文龙，李文旭，代 龙，祁重申，付 伟，闻伍阳

（1.中建三局集团有限公司，湖北 武汉 430064；2.天津市中隆丰泰置业有限公司，天津 300000）

随着城市的发展，地铁建设在我国一、二线城市不断推进，地铁侧建筑施工逐渐增多，更有一些建筑场地区域为软土地基，此类工程安全隐患多，施工风险大，基坑和地铁结构的变形控制是保障此类工程施工安全的关键。

1 工程概况

天津市地铁3 号线王顶堤站整理地块（迎顺大厦）项目，成功应用紧邻地铁车站深基坑变形控制技术，不仅提高了逆作法土方开挖效率，而且监测数据显示实际施工过程对周围建筑及地铁结构的影响较小，保证了施工安全。

该项目基坑工程涉及隧道区间为3 号线王顶堤站两侧，区间长度分别为1.069km 和0.798km。该两个区间段为双线盾构区间，每环由6 块管片拼装而成，隧道外径6.2m，内径5.85m，厚0.35m。基坑影响范围内隧道平均覆土深度11m 左右。基坑施工区域距离地铁车站结构最近仅2.875m（图1）。

图1 基坑与地铁车站结构剖面示意图

该基坑大面开挖深度11.75m，办公楼区域开挖深度12.75m，智能停车库区域开挖深度13.15m，局部电梯井位置最大开挖深度16.4m。

根据岩土工程勘察报告，地层自上而下分别为素填土层（厚1.50～3.50m），粉质黏土层（厚3.20～8.90m），淤泥质黏土层（厚1.00～4.50m），粉质黏土 层（厚3.90～12.00m），粉砂层（厚6.0～10.40m），在基坑开挖范围内存在淤泥质土。

根据勘察期间测得的数据，场区内地下潜水稳定水位在2.10m 左右，主要由大气降水补给，以蒸发形式排泄，水位年变幅0.5～1.0m。场地第一微承压含水层承压水水头埋深3.30m。

2 基坑支护方案比选

该工程基坑周边可用地非常紧张，周边环境复杂且紧邻地铁车站，有以下3 种基坑施工方案可供考虑：整体顺做法、顺作分仓法及部分逆作法。

2.1 整体顺作法

整体顺作法方案在软土地区基坑工程中应用最为广泛。其优点是施工便捷、经济性和施工进度比较均衡，而且由于是传统工艺，对施工单位的管理和技术水平要求一般。另外，整体顺作法相对于逆作法而言，其基坑支护结构的设计与主体设计关联性较低，受主体设计进度的制约小，基坑工程有条件尽早开工。然而，整体顺做法的变形控制能力差，临时支撑的拆除易扰民，在基坑大面积开挖时易造成周边居民恐慌，影响正常施工。

2.2 顺作分仓法

顺作分仓法就是将大基坑划分成2 个或者2 个小基坑分别开挖，逐个施工小基坑的地下结构，最后完成整体地下结构的浇筑。该方法适用基坑周边存在须特殊保护的建构筑物，主要应用于基坑周边存在地铁的工程中。分仓施工，能够缩小基坑的面积，增加支护结构整体刚度大，安全度高，出现险情能及时控制。然而，该方法施工工期长，造价较高，支撑拆除易扰民，结构闭合处理烦琐。

2.3 部分逆作法

如图2 所示，部分逆作法是利用地下结构梁板作为支撑体系，车库框架结构逆作塔楼区域顺作。该方法适用于周边环境复杂，对变形控制要求严格的工程。其优点是：①利用地下结构梁板作为支撑体系，支撑刚度大，可有效控制基坑变形，提高基坑的稳定性；②利用地下结构梁板作为水平支撑，避免了大量临时支撑的架设和拆除；③将地下室顶板加固作为施工平台和材料堆场。

图2 部分逆作法示意图

该方法技术难度较高，对施工单位的管理、协调、技术水平以及施工经验的要求比较高。

2.4 最终方案

经过前期内部多次讨论、反复论证，考虑到地铁结构的保护等多方面的因素，最终确定采用部分逆作法进行基坑施工。

3 紧邻地铁车站深基坑施工技术

施工工艺流程如图3 所示。

图3 总体施工流程图

3.1 施工重难点应对措施

1）施工中结构与基坑变形 首先为保证结构不出现裂缝与结构破坏，要把沉降差异控制在报警值内，需从一柱一桩受力均衡及质量控制，土方对称、分层、限时开挖、及时进行垫层浇筑，一柱一桩保护，局部加荷、减荷以及应急预案编制及演练等方面进行组织，确保结构安全。其次为确保基坑安全，周边建筑、管线及道路正常运行，对周边管线、建筑物垂直度、周边地表沉降、水平梁板及一柱一桩应力应变及墙体土压力等进行系统的监测与反馈，从而实现信息化施工，随时掌握基坑变形情况，有针对地进行安排各项安全技术保障措施。

2）开挖区域出现淤泥质土层 针对淤泥质土，提前进行降水作业，将土中水分降至最低。如有必要可采用拌白灰的措施进行处理，白灰掺量根据现场土质条件适时确定。设计并应用新型逆作法梁板施工悬挂支撑体系，避免在淤泥质土层上搭设架体施工水平结构。

3.2 土方开挖施工工序

土方开挖整体遵循“由远及近（地铁侧）、分段分块、随挖随撑、及时封闭”的原则。结合实际情况设计土方开挖阶段的划分，竖向划分为3个施工阶段（表1、图4）；水平向分成A、B、C3 个大区，A 区分为3 个小区，B 区分为3 个小区（图5）。

表1 土方开挖竖向划分

图4 竖向分段示意图

图5 水平分区示意图

1）第一阶段土方开挖 在桩基和基坑支护施工养护完成，水位降至-9.85m 时，开始地下车库的第一步土方开挖。第一阶段设计开挖至地库地下一层顶板下1.6m，首先自南向北开挖C-1区土方（两出土口中间区域），形成该区域内的零层梁板结构，待混凝土强度达到100%，将基坑南北向支撑起来，再进行其他区域的第一阶段土方开挖。A、B 区土方开挖，整体按照由西向东、由北向南退挖的原则开挖土方。开挖靠近地铁一侧即A-2、B-1 区土方时，采用分块抽条开挖，每次开挖面积不超过400m2，将土方开挖对地铁结构的影响降到最小。

2）后续土方开挖 第一阶段土方开挖完成后，在土方开挖完成面上铺设纵横向木跳板搭设满堂支撑架再进行施工地库顶板及出土口处混凝土角撑，其中水平钢筋绑扎前先进行预压处理。后续土方开挖步骤与第一阶段土方开挖一致。

3.3 新型逆作法梁板施工悬挂支撑体系施工技术

为克服地下室水平结构施工的困难，该项目自主研发了一种用于逆作法梁板施工的悬挂支撑体系。该体系采用型钢作为水平结构模板支撑，利用吊杆将支撑体系悬挂在上层水平结构上，不需搭设架体，施工方便，可大大缩短工期，也可有效保证结构施工质量，解决软土地基承载力不足等难题。如图6 所示，该体系还设计了电动升降装置，每层结构施工完成后，可将悬挂体系下放至下层标高直接使用，直至基础底板施工。新型逆作法梁板施工悬挂支撑体系施工技术工艺流程如图7 所示。

图6 升降装置示意图

图7 施工工艺流程图

施工关键步骤：①在零层板浇筑时通过预埋PVC 管预留吊杆孔，吊杆孔孔径为50mm。吊环采用∅14 圆钢制作，与零层板上排钢筋连接固定；②提前计算工字钢及方钢使用量，待土方开挖完成后通过出土口由塔吊运至坑内。按照方案要求对工字钢进行双拼连接，并摆放到设计位置，然后按照方案间距安装方钢管，方钢管与工字钢采用焊接连接；③第二步土方开挖至地下二层顶板下300mm 左右，为梁板支撑悬挂体系提供组装使用空间；④电动葫芦上部与预埋吊环连接固定，下部与主梁上吊耳连接固定，利用电动葫芦将悬挂平台整体提升至地下二层顶板设计标高，并通过吊杆、垫板、螺母固定在零层板上；⑤梁板木枋、模板安装，要求拼缝严密，所有木枋施工前均双面压刨平整以保证梁板的平整度，要求所有木枋找平后方可铺设胶合板，以确保顶板模板平整；⑥在悬挂支撑体系上按照图纸要求绑扎钢筋。钢筋绑扎、验收完成后浇筑混凝土，混凝土浇筑时应在相应位置预留吊杆孔及电动葫芦吊耳预留孔。

4 基坑与地铁保护监测

4.1 基坑监测

该基坑为一级基坑，基坑监测从开始施工水泥土连续墙到降水井全部封闭的时间段内进行，以便信息化施工。基坑监测分为水平位移监测、竖向位移监测、支护结构内力监测和地下水位监测4 项，监测内容有：地连墙墙顶的水平和竖向位移、地连墙的深层水平位移、立柱的竖向位移、水平支撑的内力、周边地表竖向位移、周边的管线位移、周边建筑物沉降/倾斜、基坑外地下水水位。

水平位移监测中，测定特定方向上的水平位移时，采用视准线法、投点法；测定监测点任意方向的水平位移时，视监测点的分布情况，采用前方交会法和极坐标法；当测点与基准点无法通视或距离较远时，采用GPS 测量法与基准线法相结合的综合测量方法。

竖向位移监测采用几何水准方法。坑底隆起（回弹）通过设置回弹监测标，采用几何水准并配合传递高程的辅助设备进行监测，传递高程的金属杆或钢尺等进行温度、尺长和拉力等修正。

内力监测传感器在基坑开挖前1 周埋设，并取开挖前连续2d 获得的稳定测试数据的平均值作为初始值。支护结构内力采用安装在结构表面的应变计进行测量。混凝土构件采用钢筋应力计测量，钢构件采用应变计测量。

水位管在基坑开始降水前1 周埋设，且逐日连续观测水位并取得稳定初始值。

4.2 地铁保护区监测

具体监测内容有：车站及隧道结构竖向位移、车站及隧道结构、轨道道床竖向位移、轨道道床竖向位移、轨道道床纵向差异沉降、车站及隧道结构收敛、结构变形缝开合度、结构变形缝水平差异、结构变形缝差异沉降、风道结构沉降、风道结构水平位移、通道结构沉降。

该项目竖向位移监测点根据实际情况布设若干个静力水准监测点。在基坑影响范围外布设2个静力水准基准点，静力水准基准点布设在远离变形区以外，并远离承压水影响范围。

结构缝差异沉降监测采用静力水准测量系统，在结构缝两侧0.5～1m 处各布设一个结构竖向位移监测点，通过对结构缝两侧结构进行沉降监测，计算结构缝差异沉降值。

车站结构、盾构隧道结构水平位移监测。在上行线路和下行线路进行双线监测，在车站与隧道结构范围内，按每10m 布设一个监测断面。

4.3 监测结果

基坑区域监测数据如表2 所示，可看出基坑及各支护结构均没有过大变形，变化量均在设计值之内，表中累计最大变化量是所有监测点位中变化最大量。可见基坑整体结构稳定。地铁保护区监测数据如表3 所示，监测数据显示风道结构竖向位移最大，超过5mm。当时施工进度处于地下一层、地下二层顶板结构已经施工完成，正在进行地下二层土方开挖及底板结构施工，1#风道结构最大隆起达到5.2mm，最终拓展至5.5mm。但其水平位移及沉降均在允许值范围内。结构未出现裂缝、渗漏等病害情况，地铁处于安全状态，不影响正常运营。

表2 基坑区域监测数据记录表

表3 地铁保护区域监测数据记录表

5 结语

本文依托天津市地铁3 号线王顶堤站整理地块（迎顺大厦）项目，结合项目情况进行逆作法施工，采用结合现场实际的控制变形技术与监测技术，保证了基坑施工的安全与地铁车站及其附属结构的稳定。最后对本技术的实际效益进行总结。

1）利用地下结构梁板作为水平支撑体系，避免了大量临时支撑的架设和拆除，不仅减少了临时支撑体系架设及拆除时基坑的变形，而且避免了支撑拆除过程噪音对周围居民的影响。

2）合理设计了土方开挖专项方案，设计了分部、分层等开挖和转运工序，保证了基坑施工安全和较高的施工效率。

3）将地下室顶板适当区域加固作为施工平台和材料堆场，可有效解决基坑周边场地狭小的问题，为后续工程的施工提供便利，在一定程度上加快整个工程的施工进度。

4）逆作法施工阶段，从施工场地上方仅能看到范围不大的临时出土口，不易使周边居民视觉上恐惧。保障了施工顺利进行。

5）研发利用了一种用于逆作法梁板施工的悬挂支撑体系施工地下水平结构，大大提高了施工自动化水平，降低了施工风险，提高了施工效率。并且本技术不局限于本工程，在地下层数更多的建筑上，能发挥出更卓越的效益优势。

6）自基坑工程施工至结束，基坑监测数据与地铁保护区监测数据始终保持稳定。为逆作法施工领域又提供了一个成功案例。