大型深基坑施工中邻近隧道变形数据异常原因分析

曹建中

上海建工一建集团有限公司 上海 200120

上海徐汇滨江恒基H地块项目基坑于2017年6月开挖作业，2017年10月中旬完成底板浇筑，2018年1月底完成地下室结构施工，2019年7月14日完成塔楼结构封顶。

从监测开始至主体结构封顶后3个月，龙耀路隧道主线南线沉降累计最大变化量为－6.59 mm、累计最大水平位移为1.00 mm，南线匝道累计最大水平位移为5.00 mm、差异沉降累计最大差异变化量为0.79 mm，主线北线沉降累计最大变化量为－8.74 mm，均未超出报警值（±10 mm）。

南线匝道上有一半以上的沉降监测点的累计变形超过报警值，从基坑开挖至底板完成，南线匝道上监测点最大沉降变形在35～40 mm的范围，底板完成至±0 m期间又发生了83.03 mm和87.84 mm的沉降增量，且随时间推移，沉降现象并未收敛，这种不合常规的基坑施工-沉降变化规律是本文研究分析的主要问题[1-4]。

1 工程背景

1.1 地理位置与周边环境

工程位于上海市徐汇滨江商业区，南邻西岸传媒港地块、北邻龙耀路、西邻云锦路、东至规划云谣路。龙耀路隧道位于本工程基坑北侧，隧道宽约9.0 m，埋深约3.0 m，隧道边距本项目基坑边最近处32.2 m（图1）。

图1 项目基坑平面示意

1.2 建筑、结构及基坑围护概况

本工程总建筑面积约254 498.56 m2，地下总建筑面积约64 200.74 m2，拟建物为1栋高280 m的61层办公楼和4层裙房，地下室共4层。主体基坑总面积为17 410 m2，分为Ⅰ区（面积12 520 m2）和Ⅱ区（面积4 890 m2）先后实施。基坑普遍挖深为16.9 m，塔楼区域挖深为19.2 m。基坑安全等级一级，北侧、西侧及Ⅰ区南侧邻西岸传媒港侧基坑环境保护等级为二级，基坑采用厚1 m“两墙合一”地下连续墙围护，地下连续墙共计96幅，最深为49.5 m，坑内设3道钢筋混凝土支撑，塔楼深坑部位另设第4道和第5道钢支撑。坑内裙边土体加固采用三轴搅拌桩进行加固，集水井、电梯井等深坑四周采用高压旋喷桩加固。

1.3 龙耀路隧道概况

龙耀路隧道为黄浦江越江隧道，全长约3 564 m。隧道采用盾构法施工，直径约11.36 m，隧道顶部埋深约14 m，属于一类隧道。龙耀路隧道施工报警值要求：隧道沉降、水平位移日变化量＋2 mm，累计变化量＋10 mm。依据上海市《城市桥梁、隧道安全保护区域技术标准》，本工程Ⅰ区基坑距离龙耀路隧道最近为32.2 m，在隧道保护区范围以内；Ⅱ区基坑距离龙耀路隧道最近为78.7 m，在隧道保护区范围以外。

1.4 施工方案和施工进度执行情况

本工程于2017年3月20日开工，深基坑施工方案于2017年3月30日通过专家评审，龙耀路隧道保护方案于2017年4月5日通过专家评审。在基坑施工前，专门编制了深基坑施工方案和龙耀路隧道保护方案，方案均经专家评审通过。在基坑施工时，严格依据隧道安全保护范围内的要求，保护区内不做重型材料堆载，围护结构施工、土方开挖和支撑施工，结构回筑及换撑施工阶段严格按照深基坑施工方案、龙耀路隧道保护方案以及围护设计要求的工况施工，各项施工保护措施均落实到位。基坑及主体结构施工期间各阶段具体施工时间如表1所示。

表1 基坑及主体结构施工期间各阶段具体施工时间

2 研究的方法

本文通过充分调研本基坑周边环境情况，结合龙耀路隧道南线匝道不同区域的基础形式和监测点位布置情况，对ZS1—ZS6、ZS7—ZS23的沉降监测数据分别汇总分析，生成南线匝道沉降变形的时程曲线图，研究基坑施工期间各个施工阶段的南线匝道沉降变化规律，通过建立地层损失法基坑围护墙体水平位移和周边地表沉降之间的函数关系对龙耀路隧道南线匝道异常变形数据进行对比，分析隧道南线匝道沉降变形异常的原因。

3 研究的过程

3.1 隧道南线匝道监测点布设情况调研

龙耀路隧道南线匝道共布置23个沉降变形监测点（图2），23个监测点（ZS1—ZS23）于2017年7月12日布设。

图2 沉降变形监测点布置示意

根据龙耀路隧道的结构图纸，南线匝道入口接近地表处45 m范围内未设计桩基础，南线匝道入口接近地表处45 m范围以外至与南线主线并线区域均设计有钻孔灌注桩基础。无桩基础区域对应的监测点为ZS1—ZS6，有桩基础区域对应的监测点为ZS7—ZS23。

南线匝道ZS1、ZS2监测点与附近地表沉降监测点、墙体测斜监测点平面位置关系如图3所示。

图3 南线匝道ZS1/ZS2监测点平面位置

3.2 隧道南线匝道变形监测数据分析

结合龙耀路隧道南线匝道不同区域的基础形式和监测点布置情况，对ZS1—ZS6、ZS7—ZS23的沉降监测数据分别进行汇总分析。

3.2.1 ZS1—ZS6监测点变形数据分析

由ZS1—ZS6监测点沉降变化曲线（图4）可以看出：Ⅰ区基坑开挖至底板期间，ZS1—ZS6沉降值在26.60～38.91 mm，其中ZS1、ZS2监测点距离南线匝道入口地表最近，其累计最大沉降变形分别为－150.22、－151.39 mm。

图4 ZS1—ZS6监测点沉降变化曲线

ZS1、ZS2监测点沉降速率最大的阶段是基坑开挖、支撑施工、底板施工、支撑拆除施工阶段，至2017年10月8日Ⅰ区基础底板浇筑完成，ZS1、ZS2监测点累计沉降量分别为－38.91 mm和－35.31 mm。按以往工程基坑开挖对周边地表沉降影响的规律，基础底板完成后基坑周边的变形应逐渐趋于稳定，但实际监测数据反映出ZS1、ZS2监测点的沉降不但没有趋于稳定，反而在支撑拆除及地下结构回筑期间稍有加剧沉降的趋势。

ZS1、ZS2监测点从本工程Ⅰ区底板完成至±0 m施工完成期间沉降变形量分别为83.03 mm和87.84 mm，Ⅰ区底板完成至±0 m施工完成期间沉降变形量是基坑卸土作业至底板完成期间沉降变形量的2倍以上，直至Ⅰ区±0 m施工完成后才趋于稳定。监测数据表明，本基坑开挖期间对隧道的影响符合设计发展规律，底板完成后隧道沉降加剧，对隧道沉降的影响应进一步分析查明。

3.2.2 ZS7—ZS23监测点变形数据分析

由ZS7—ZS23监测点沉降变化曲线（图5）可以看出：ZS7—ZS23监测点区域匝道下设有钻孔灌注桩基础，相比无桩基区域的ZS1—ZS6监测点，ZS7—ZS23监测点累计沉降变形量明显减小，最大沉降量为－44.79 mm，监测点距离地表越深，沉降变形越小，ZS13—ZS23监测点已基本稳定在报警值范围以内。

图5 ZS7—ZS23监测点沉降变化曲线

Ⅱ区基坑开挖至Ⅱ区地下结构施工期间，ZS7—ZS23监测点的沉降变形量均呈上抬趋势，至2018年9月底，ZS10—ZS23监测点上抬量达到顶峰，累计上抬16.1 mm（ZS19监测点），超出报警值上限；从2018年10月开始，ZS7—ZS23监测点又呈下沉趋势，Ⅱ区基坑±0 m已于2018年12月16日完成，ZS7—ZS23监测点沉降变形在Ⅱ区±0 m完成后仍呈下沉趋势。

3.2.3 利用地层损失法估算理论变形量与实际变形量的对比

由于南线匝道ZS2监测点与CX02地下连续墙测斜点、DM2-1—DM2-6地表沉降监测点基本处于同一条线上，故根据CX02地下连续墙测斜点的最大水平位移（89.19 mm），按地层损失法估算基坑变形量经验公式（地下连续墙最大水平位移≈1.4倍墙后地表最大沉降）计算出理论墙后地表沉降量。将计算出的理论地表沉降量与实际地表沉降量进行对比，如图6所示。

图6 理论地表沉降值与实际地表沉降值对比

经对比分析，DM2地表沉降监测点地表沉降最大值应控制在63.71 mm内，按墙后地表沉降与地下连续墙水平位移之间的函数关系，DM2-1—DM2-6、ZS2的沉降量应分别为26.41、46.16、60.23、62.40、53.24、43.27、33.41 mm，而且最大值应出现在距离基坑边16.5 m附近，南线匝道ZS1、ZS2沉降变形监测点接近该处附近地表，而且距离基坑边尚有32.20 m。按照地层损失法估算沉降值中理论，南线匝道ZS1、ZS2沉降变形监测点沉降变形量应该在33.41 mm左右，不应该超过63.71 mm。然而隧道南线匝道靠近地表处的实际沉降量达到151.39 mm，远远超过理论计算的33.41 mm，这种不合常理的变形规律正好侧面说明隧道南线匝道沉降变形过大可能是受基坑施工以外的因素影响。

3.3 龙耀路隧道南线匝道变形数据分析结论

本工程在21个月内完成了围护和2个基坑施工，从基坑监测数据来看，在基坑开挖至底板完成这一最易导致基坑和周边环境变化期间，虽局部基坑和环境监测点略超报警值，但总体还属正常，基坑施工对周边环境和隧道的影响总体是受控的。

从龙耀路隧道南线匝道在本工程基坑施工期间的变形分析来看，Ⅰ区基坑开挖至底板期间，ZS1—ZS6沉降值在26.60～38.91 mm，虽超出报警值，但与基坑的变形趋势基本是吻合的。在Ⅰ区回筑过程中，基坑的变形略有增加，但南线匝道ZS1—ZS6累计沉降达71.56～123.15 mm，变形增加值达80～90 mm，远超出基坑本体变形量，与基坑本体变形量相比严重失衡，此阶段及随后发生的变形应与本工程基坑施工关系不大。

Ⅱ区基坑位于隧道安全保护区以外，且中间隔有Ⅰ区基坑，Ⅰ区基坑完成后，Ⅱ区基坑施工对隧道应该没有大的影响，但此阶段南线匝道沉降仍有增加，累计达73.79～141.74 mm，变形增加量达20 mm左右，此阶段及随后发生的变形应与工程基坑施工关系不大。

根据监测数据，龙耀路隧道南线匝道的沉降变形在不同基础形式下沉降量差别非常大，有桩基础区域且埋深较深的监测点沉降变形量能控制在报警值范围以内，无桩基区域的监测点的最大沉降量却远超报警值。

4 结语

关于龙耀路隧道南线匝道沉降数据异常的原因，本工程的施工虽是其中的影响因素之一，但影响程度有限，更多原因可能为多个基坑施工共同影响、重型车辆频繁碾压以及下卧层可能存在软弱地基等情况。结合现场的实际情况分析，龙耀路隧道南线匝道沉降变形异常的原因主要有以下几点：

1）本工程位于徐汇滨江大规模建设的核心地段，龙耀路隧道辅道是周边十余个工程的土方车、泥浆车等运输车辆以及其他社会车辆的必经之路，长期受重型车辆碾压的动载，导致地面出现较明显的沉降，是出入口匝道沉降的主要因素之一。

2）龙耀路隧道南线匝道无桩基区段埋深浅，在重车道路侧周边地表环境复杂，施工过程中经历浅层潜水的多次水位变化，出现一些沉降变化的异常是可以解释的。

3）经查阅本工程的地质勘察报告，本工程场地内存在大量暗浜区域（图7）。由于地勘报告只针对地下室基坑范围内进行探明，基坑范围以外的区域未有详细的地质勘察资料，但根据暗浜区域分布情况推测，ZS1、ZS2和DM2地表沉降监测点区域地下极有可能存在暗浜，这可能也是造成ZS1、ZS2和DM2地表沉降变形过大的重要原因之一。

图7 场地内暗浜区域位置示意

4）本工程拟建物为高280 m的超高层建筑，由于塔楼自身荷载较大，至塔楼主体结构封顶，塔楼结构自身沉降值约40 mm，且塔楼与隧道南线匝道距离仅40 m，龙耀路隧道南线匝道沉降较大可能受塔楼自身拖带沉降的影响。

综上所述，关于隧道南线匝道沉降异常的原因，本基坑施工虽有影响，但影响程度应属有限，更多的原因可能为多个基坑施工共同影响、重型车辆频繁碾压、下卧层可能存在软弱地基的情况以及塔楼拖带沉降等多因素综合叠加影响。在后续碰到类似工程施工时，应充分调查研究周边环境情况，针对可能影响邻近隧道变形的各项因素，在勘察、设计、施工阶段采取针对性措施进行处理，以确保周边环境和邻近隧道的安全。