腾达建设集团股份有限公司 上海 200120
摘要：随着城市的快速发展，运营地铁车站周边开发的建筑越来越多，周边建筑施工对地铁车站将不可避免产生不利影响。本文结合上海轨道交通18号线长江南路站换乘通道和配套用房深基坑工程的设计、施工及监测数据，分析研究基坑变形控制施工技术，从而实现深基坑安全的同时保障地铁运营安全。研究发现，基坑采用合理围护体系、垫层内架设预应力型钢、适当的被动区加固方式、科学的分区开挖施工组织等措施，可以保证基坑开挖施工对临近车站的影响在可控制、可接受范围内，为软土地区类似基坑的设计、施工提供参考经验。
关键词：地铁保护；深基坑施工；变形控制
1 引言
城市地下空间的大规模开发利用，使得越来越多的基坑工程紧邻运营地铁车站，基坑工程施工过程中产生的内外侧向土压力容易导致相邻地铁车站结构物沿纵向和横向发生不均匀变形，从而对地铁车站结构物产生不利影响。另一方面，基坑开挖改变了原土壤应力场的平衡，随着开挖深度的增加，卸荷后坑底土体发生隆起回弹，基坑支护结构侧向力和变形增大，严重时甚至危及基坑本体和地铁车站结构的安全性。
紧邻地铁车站的基坑施工对车站造成的影响不容忽视，尤其对已经运营的地铁更要采取一定的技术保护措施。因此，本文以紧邻上海轨道交通18号线工程长江南路站换乘通道和配套用房深基坑为依托，通过监测手段，研究紧邻运营车站深基坑施工变形控制技术，从而得出一套适合邻近车站深基坑设计、施工方法，为邻近运营地铁施工，控制地铁变形和结构安全提供更加可靠的依据。
2 工程简介
上海轨道交通18号线工程长江南路站配套用房深基坑平面面积约为3280m2，采用明挖顺作法施工，基坑开挖深度13.76m。基坑1倍开挖深度范围内有既有运营的3号线长江南路站，基坑南侧为在建的轨道交通18号线，基坑环境保护等级为一级。
结合本工程基坑周边环境、场地大小及周边建构筑物等设计采用Φ1000@1200钻孔桩+双排Φ850@600旋喷桩作为基坑围护体，竖向设置两道混凝土支撑。
本案基坑距离3号线车站结构外边线最近约11.47米，距离高架桥墩基础最近约16.75米。相对位置如下图所示。
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图1 基坑与车站关系总平面图
3 基坑变形控制指标
基于本工程紧邻运营地铁3号线，深基坑施工时易引起围护外侧土体的变形，造成基坑外车站沉降与位移，进而引起车站结构开裂、渗漏水等病害。故根据基坑保护等级，设计明确基坑变形控制参数如下：①围护墙最大水平位移≤0.14%H，地面最大沉降≤0.1%H（H为基坑开挖深度）；
②轨道交通3号线车站沉降控制在10mm以内；
③高架墩柱倾斜±2‰；
④道床垂直位移累计值：±5mm；
4 基坑变形控制技术措施
基坑工程是由一个挡土、开挖、降水、止水等环节组成的系统工程，其变形控制受多因素交互影响。紧邻运营车站深基坑变形控制应从地铁保护和基坑本体变形控制两方面入手，二者有机结合、相辅相成，方可达到控制变形的目的。
(1)地铁保护隔离桩设置
在基坑围护和运营车站之间设置一排隔离桩，隔离桩采用树根桩形式，桩长同临近围护桩深度，且嵌入⑤2层土体。
隔离桩设计桩长需达到一定的深度（嵌入较好的土层），才能对坑外土体位移起到一定的遮挡作用，才能发挥减小地层变形的作用。
树根桩作为隔离桩，其压浆应采用纯水泥浆，有利于浆液向周围土体扩散，增强隔离桩的遮挡效果。当基坑围护结构发生局部渗漏时，隔离桩能有效地减缓桩后水土流失，保护桩后建筑物。
上海地区大量工程实践表明，基坑前期围护、加固、工程桩、顶圈梁及第一道支撑的施工造成的地表沉降甚至与深基坑开挖造成的地表沉降相同。 因此在工程实施时，应最先施工隔离桩，尽早形成隔离帷幕，减小前期工程施工扰动造成地表沉降。
通常情况下，隔离桩距离被保护建筑物较近，因此在施工隔离桩时应采取措施减少隔离桩对土层的施工扰动。
(2)严格围护桩和止水帷幕质量控制
本工程采用钻孔灌注桩和高压旋喷桩组合支护形式，其具有对土体扰动小，安全系数高，能有效将基坑外围水截断，保证土方开挖及基坑和临近建筑物安全的优点[1]。
钻孔灌注桩质量控制要点：
1）严格控制排桩桩位，确保每一排桩体在圈梁、围檩连系下均有效处于围护结构受力体系内，同时可避免围护桩侵入结构界限；
2）采用间隔成桩施工顺序，邻桩成孔安全距离不应小于4倍桩径，或间隔时间不应小于36h；
3）水下灌注混凝土过程中，导管埋入深度宜保持在2m～6m之间，避免断桩。
高压旋喷桩止水帷幕质量控制要点：
1）旋喷桩施工前应根据地质实际情况进行试桩，以确定预定的浆液配比、喷射压力和喷浆量等技术参数；
2）旋喷施工应间隔2～3孔跳孔施工。相邻两桩的施工间隔时间不应小于48h,先后施工的两桩间距不应小于2m；
3）施工中重点检查：①钻杆的垂直度及钻头定位；②水泥浆液配合比；③钻机转速、沉钻速度、提钻速度及旋转速度等；④喷射注浆时喷浆(喷水、喷气)的压力、注浆速度及注浆量；
基坑开挖后在围护桩表面实施挂网喷锚，可进一步减少基坑渗漏风险，确保基坑稳定。
(3)基坑加固
基坑加固包括坑底被动区土体加固和基坑内部土体加固。
软土地区坑底被动区土体加固能有效地控制基坑开挖引起的变形、保护基坑周边环境[2]。坑底加固通常可采用三轴搅拌桩或高压旋喷桩形式，加固深度为坑底以下3m，水泥掺量控制在20%，满堂加固控制基坑变形的能力明显强于裙边加固。
软土地区亦常采用坑内土体加固措施，以提高和改善基坑内土体物理力学参数，以达到控制围护结构侧向位移的目的。在其加固设计中，通常采用Φ850@600 三轴水泥土搅拌桩或Φ800高压旋喷桩满堂加固形式，对于加固范围，因为围护结构的侧向位移会随加固深度的增大而减小，当加固深度超过一定的程度后位移的变化幅度不明显[3]。同时综合经济因素考虑，要求对第二道支撑底至基底（总约5m深）实施加固，水泥掺量控制在10%左右。加固强度设计中，要求加固28d 后，土体无侧限抗压强度最低保持在1.0MPa。
(4)基坑分区开挖技术
对于平面面积较大的深基坑工程，为减少基坑无支撑暴露时间，达到快挖快撑，控制基坑变形的目的，宜将基坑分区、分块、限时开挖。基坑分区应首先满足减少基坑变形和周边环境安全的目标，同时综合考虑现场工况条件、场内交通、支撑形式等因素。如长江南路配套用房深基坑分三区施工（见图2）。近3号线区域最后开挖，在开挖1、2区时，3号线土体起到留土护壁、保护3号线侧围护变形的功效。每一区域内土方又分层、分小块开挖，先开挖（围护）远端土体，后开挖（围护）近端土体。
深基坑开挖注意事项：
1）软土基坑开挖在降水施工20天后开始；
2）基坑开挖从上到下分层分块进行，分层开挖过程中临时坡度为1:1.5，纵向纵坡度不小于1:3；
3）备足机械设备，保证在规范时间内完成每一层土方开挖，达到“快撑快挖”的效果，减少基坑暴露变形时间；
4）开挖过程中，对围护体系出现水土流失现象，要及时封堵，严防小股流砂冲破止水帷幕。
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图2 长江南路换乘通道基坑分区开挖平面图
(5)确保支撑轴力
对于钢支撑支护体系，须严格按照设计要求控制轴力值，以此达到减少基坑变形的目的。而确保支撑轴力的措施主要有：
1）通过轴力监测系统，测定钢支撑实际轴力，计算出轴力损失值，以此为依据调整预加力，确保支撑轴力满足设计要求；
2）利用同步加载技术（多个千斤顶对3～4道钢支撑同时实际轴力），消除临近钢支撑对轴力的影响；
3）利用钢支撑轴力私服系统，定量计算分析和设计，实施动态设计和信息化施工来分级控制变形。
除此以外，亦可通过留撑、换乘等手段来控制基坑变形。如长江南路基坑在第二道砼支撑拆除前于3号线侧增设一道609钢抛撑。
(6)设置型钢垫层
坑底土体的暴露时间是控制整个坑底施工阶段 围护墙体变形的关键。随着坑底土体暴露时间的延长，围护墙体向坑内的水平位移将增大[4]。为尽早发挥素混凝土垫层的支撑约束作用，使混凝土垫层能及时有效发挥一定的支撑效应，可在素砼中增设预应力型钢。通常做法是在垫层中每隔6m（地墙幅宽）距离设置一道40a工字钢型钢对撑，对撑两端焊接20厚钢垫板，施加预应力与两侧围护顶紧。
5 基坑与地铁变形控制效果
为及时获取基坑围护变形及地铁沉降变形监测数据，基坑施工期间分别完成对基坑围护墙侧向变形、基坑周边地表沉降以及地铁3号线车站立柱沉降、高架墩柱沉降、道床垂直位移等重要监测指标的监测，通过监测数据可及时、准确、客观、真实地了解工程和周边环境的安全状态和质量程度，并指导施工。
本工程通过地铁保护措施及基坑变形控制技术的应用，基坑变形及地铁结构变形控制效果显著，各变形指标均控制在合理范围，具体数据如下图表：
表1 监护测量评价表
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图3基坑围护墙侧向位移
6 结语
在隔离桩保护的基础上，提岀了被动区土体加固、分区开挖、预留护壁土体、加强轴力控制、设置型钢垫层等基坑施工变形控制技术措施，现场监测结果显示，临近基坑的地铁结构变形得到了较好控制，其基坑变形控制技术可为类似工况条件下的地铁工程设计、施工提供技术借鉴。
参考文献
[1]李勇.成孔灌注桩及高压旋喷桩止水帷幕组合支护在深基坑中的应用.建筑工程技术与设计,2013,(11):19-20.
[2]康志军等.被动区土体加固对深基坑变形影响的研究[J].长江科学院院报,2017,36(6):119-123.
[3]罗战友等.基坑内土体加固对围护结构变形的影响分析[J].岩土工程学报,2006,28(11):1538-1540.
[4]刘登攀等.坑底土体暴露时间对墙体变形影响研究[J].建筑技术,2007,38(12):931-934.
作者简介：刘玉明(1983)，男，工程师，主要从事地下工程现场施工管理以及基坑变形控制和结构渗漏水治理的研究。