临运营地铁深基坑施工技术

摘要：为控制三镇中心项目基坑施工对运营中地铁隧道的影响，该项目设计了多层止水帷幕系统，控制地下水水位变化、土体荷载变化对地铁盾构隧道周边土地的扰动。为确保地铁隧道及基坑的安全，对地铁隧道及基坑变形进行实时监测，根据施工过程地铁盾构变形的数据，及时调整土方开挖部位、深度，以确保地铁盾构变形在规范允许的范围内。

关键词：深基坑；地铁隧道；止水帷幕；监测

0 引言

目前国内在运营中地铁线路的地铁保护区内施工的工程实例已经不少，刘卫末[1]通过变形控制设计方法，辅以FLAC3D数值模拟安全评估等手段，完成国贸中心东楼改造及交通一体化基坑工程。龚达[2]种采用平行分区方案，运用二维建模等方法，成功完成临近上海地铁10号线的同济大学某教学楼的施工。

三镇中心项目的基坑工程为武汉市首个横跨运营地铁的深基坑。目前，房建项目横跨运营地铁的深基坑工程在国内还没有出现过。为控制三镇中心项目基坑施工对运营中地铁隧道变形的影响，本文设计多层止水帷幕系统，以控制地下水水位变化、土体荷载变化对地铁盾构隧道周边土地的扰动。

1 工程概况

三镇中心项目的基坑工程位于武汉市江汉区青年路与解放大道交汇处，为武汉市闹市区，人流量、车流量大，周边临近建筑物多，交通情况复杂，横跨运营中的武汉地铁2号线，地铁隧道经项目地块西北角向东南角穿过。线路列车采用6节编组B型列车，为武汉市最繁忙的地铁线路，日均客流量高达120万人次，发车运营间隔仅2.9min，且为武汉市第一条地铁线路，修建时间早运营时间长，盾构日常维护工作压力较大。

项目地块由3栋超高层住宅及1栋办公楼组成，地下室结构为4层，地铁隧道将项目基坑分为住宅和办公区两部分，其中住宅区基坑开挖面积约1.9万m2，办公区基坑开挖面积约1万m2，基坑开挖深度都为18.7m。地铁隧道结构顶部覆土厚度约12～14.6m，平均埋深为14.5m，距基坑边最近距离为10.5m。

2 基坑设计状况

本项目基坑支护设计为多层止水帷幕，并在基坑竖直方向布置了4道混凝土支撑。为最大限度控制基坑施工对地铁的扰动，使地铁盾构区土压力及地下水位处于原始稳定状态，根据项目岩层情况，设计止水帷幕支护体系。止水帷幕支护结构体系为Φ850@600搅拌桩、地连墙（临地铁侧1200mm，不临地铁1000mm）、800mm水泥搅拌墙，其中地连墙、水泥搅拌墙设计深度为进入强风化泥岩1m。

本项目根据建筑物规划排布，基坑及地下室沿轨道交通2号线区间隧道划分为南北两区，其中北区住宅主楼部分为北一区，北区地下室及商业划分为北二区。南北区基坑支护止水帷幕均设置竖向四道临时混凝土支撑，支撑形式为角撑加对撑的布置的形式。

北区住宅区面积较大，为确保止水帷幕体系效果，拟分两期施工，中间隔断为钻孔灌注桩、三轴搅拌桩止水帷幕，先开挖北一区基坑，北一区建筑结构出地面后，再开挖北二区基坑，基坑土层情况如表1所示。

3 基坑施工方法

3.1 地铁隧道变形、沉降控制要求

基坑开挖是基坑土体卸荷的过程，卸荷会引起坑底土体产生以向上为主的位移，同时也引起围护墙在两侧压力差作用下而产生水平方向位移和因此产生的墙外侧土体位移。

在进行三镇中心深基坑工程开挖施工的过程中，由于土体卸荷效应，基坑分步开挖的空间位置、开挖体量和已挖区域暴露时间，与周围墙体、土体位移存在一定的关联性，需遵循开挖过程时空效应规律，并根据基坑状态实时调整开挖施工顺序及位置。

基坑变形包括止水帷幕的变形、坑底沉降及基坑周围土体位移。墙后地层纵向呈不均匀沉降，沉降最大点大约在距墙边0.7H处（H为开挖深度）。加强监测工作可以可靠而合理地利用土体自身在基坑开挖过程中控制土体位移的变化而达到稳定地铁盾构隧道。

根据新建构筑物对地铁区间隧道的影响，进行可靠性分析计算，并结合相关规范要求，确定施工中下隧道变形应满足下列要求：隧道任意点位移和沉降≤20mm；施工过程中地铁隧道的附加曲率半径≥15000m，结构相对弯曲曲率≤1/2500；由于各因素所引起的地铁隧道外壁附加荷载≤20kPa；临近地铁隧道围护结构最大水平位移≤30mm，坑外地表最大沉降≤30mm。

3.2 止水帷幕的施工

项目止水帷幕施工前，应根据隧道保护控制指标值，确保止水帷幕能起到工程效果。进行等厚水泥土搅拌墙、地连墙试成槽施工，模拟围护结构施工时，对地铁扰动选取保守的参数[3]。

水泥搅拌桩施工设备选用MC-920型三轴搅拌机施工，采用二喷二搅的施工工艺，即采用跳孔式重复搭接施工方法（搭接宽度为150mm）。该方法有利于降低偏钻问题，确保搅拌桩连续性及止水效果，使桩体范围内水泥搅拌均匀。

将地连墙外侧槽壁加固设计为800mm厚水泥土搅拌墙，水泥搅拌墙设计深度根据地质岩层勘察情况，设计深度为53.55～58m，且以进入强风化泥岩1.0m为准。本项目使用TRD-EN工法进行水泥土搅拌墙施工。施工时，首先将链锯型切削刀具插入地基，再将挖掘液注入土体中，并持续横向掘削、搅拌，水平推进，掘削至墙体设计深度，然后注入固化剂，固化剂为P.O42.5普通硅酸盐水泥，水泥参量25%，水灰比建议1.5。挖掘液、固化液具体水泥、膨润土掺量及水灰比等，根据试成墙试验制定。

将本工程地连墙厚度参数设计为1000mm（非地铁侧）、1200mm（近地铁侧）。将混凝土强度等级设计为水下C35（抗渗等级为P10）。将竖向主筋保护层厚度迎土面设计为70mm，迎坑面设计为70mm。地连墙槽段间采用H型钢板刚性连接。

地下连续墙共分为地铁侧和非地铁侧两种槽段形式，共划分为194幅槽段（北区108幅、南区84幅），地连墙深度要求进入中风化岩不小于1m。施工方法为地连墙常规施工方法，主要工序包括导墙施工、连续墙成槽与泥浆护壁、连续墙钢筋笼绑扎与吊装、混凝土浇筑及连续墙槽底注浆等。

3.3 降水施工

本工程基坑内约每700m2布置一口疏干降水井，北区1分区布置18口，北区2分区布置10口，南区布置14口，共布置42口降水井（其中14口井兼做观测井）。

为减少降水井成井施工时对地铁隧道产生不利影响，基坑地下连续墙与地铁区间隧道之间按照间距20m，布置18口回灌井。回灌井作为应急措施，通过坑内抽水，坑外水位监测方式，若地连墙和等厚度水泥搅拌墙止水帷幕效果良好，满足地铁保护需求，可不使用回灌井。

3.4 基坑土方施工

本区基坑采用盆式开挖，遵循“分层、分块、留土护壁、对称、限时开挖支撑”的总原则，利用时空效应原理，减少基坑无支撑的暴露时间，严格控制基坑变形。

现场土方开挖按照3个独立止水帷幕体系基坑进行开挖，划分为北一区基坑、北二区基坑、南区基坑。土方先施工北一区和南侧基坑，因保护地铁需要，北二区基坑需等到北一区基坑地下结构施工完后，并根据地铁变形情况决定其施工顺序及周期。各区域分5层逐层开挖基坑土方，每挖一层土方布置一道支撑，并在基坑成型前对基坑变形、支撑荷载及地铁盾构变形进行监测，满足地铁变形要求后开挖下一层土方。

4 变形监测与施工效果分析

4.1 变形参数理论计算

根据施工方案进行数值计算分析，北一区及南区开挖完成后，基坑地连墙变形可控制在15mm以内。该过程地铁区间盾构隧道产生的水平位移约7.6mm，道床沉降约3.4mm，收敛约1.3mm，数据分析及建模见图1。该数值计算结果仅为理论值，未考虑基坑施工过程中的地连墙渗漏、墙底绕流和坑内降水等影响。基坑施工对既有隧道的影响复杂，理论计算难以完全准确模拟实际情况，与实际施工会存在一定差异[4]。

4.2 变形监测数据分析

三镇中心项目依据施工方法，止水帷幕施工及北一区、南区土方开挖完成，四道支撑体系形成，主体建筑结构完成工程桩及底板，根据止水帷幕结构经钻芯检测，TRD水泥搅拌墙和地连墙质量满足要求。

根据地铁隧道盾构管片变形监测数据显示，左线区间隧道拱顶累计最大沉降13.5mm，右线区间隧道拱顶累计最大沉降15.2mm。左线区间隧道道床累计最大沉降9.7mm，右线区间隧道道床累计最大沉降11.0mm。地铁盾构左线区间水平位移累计最大值+8.9mm（向北区基坑方向）。右线区间水平位移累计最大值-7.1mm（向南区基坑方向）。左线区间径向收敛累计最大值+9.5mm（径向变大）。右线区间径向收敛累计最大值+9.5mm（径向变大），均在隧道变形控制允许范围内。

4.3 施工效果分析

根据施工时间及监测数据显示，北一区、南区的表层土方至第三层土方开挖及第一、第二道支撑施工的期间，地铁隧道盾构沉降变形速率最大，体现为该施工期间内地铁拱顶沉降变形最大单一盾构管片的沉降速率为-0.1181mm/d，道床沉降速率为-0.0945mm/d。基坑地连墙施工期间，则表现为地铁盾构水平位移及盾构隧道收敛变形速率最快，水平位移变形最大单一盾构管片在此期间速T7HC4Is5Ql85yQreOSTcVQ==率达0.0640mm/d，径向收敛速率达0.0697mm/d。

根据现场施工情况及地铁变形情况分析，基坑止水帷幕地连墙的混凝土施工过程，会对土体形成一定的侧压力，该部分侧压力会对地铁隧道侧的水平向的土体进行扰动。基坑土方在隧道埋深范围内的开挖过程，土体的土压力处于卸荷状态，会对地铁隧道上下方土体进行扰动。

根据监测数据与实际开挖数据对比截至北一区和南区基坑土方开完完成，地铁2号线盾构变形值均接近地铁隧道变形控制标准，但未超过控制值，继续进行北二区基坑开挖对地铁盾构的安全有一定的风险。

北二区临基坑继续施工前，需采用微扰动注浆等措施，对隧道已产生水平位移、道床沉降和收敛进行处理，使隧道健康度恢复至4级以下（水平收敛值＜54mm）状态后，可继续进行开挖。

5 结束语

三镇中心项目基坑通过先布置多层止水帷幕，降低施工对地铁隧道周边土体的扰动，并按照计划工序开展施工，高度重视基坑和地铁隧道的监测。根据监测反馈结果及时采取地铁保护措施，并运用到信息化施工。实时根据地铁隧道变形值的变化，合理布置、调整开挖土方顺序及速度，通过合理的降水方法，完成项目主楼区基坑及地下室底板结构工程，保证了2号线地铁盾构隧道的安全，可为今后类似工程的施工提供借鉴和参考。

参考文献

[1] 刘卫未.紧临地铁复杂地下环境深基坑工程综合技术[J].施工技术，2017，46（20）：38-41.

[2] 龚达，鲍旺，续文昊，等.某临地铁深基坑平行分区施工方案分析比选[J].工程建设，2021，53（1）：43-47.DOI：10.13402/j.gcjs.2021.01.009.

[3] 邹建刚，毕昕赟，邱全洪，等.临近地铁的超深基坑分坑施工技术[J].建筑施工，2014，36（1）：3-5.

[4] 姜叶翔，赖小勇，张宏建，等.深基坑开挖对邻近既有地铁隧道的影响分析[J].地基处理，2020，2（3）：231-235.