广州轨道交通建设监理有限公司 广东广州 510010
摘要：本文以某项目基坑在施工过程中关键工序对相邻地铁结构的影响，分析施工过程中安全风险较大的工况，通过相关软件整体计算和三维有限元分析，同时结合基坑施工过程中基坑监测及地铁结构监测对照验证，并参照周边同类项目对基坑关键工序的施工风险提出针对性的对应措施，在基坑自身安全前提下，确保地铁既有结构及列车运营安全。简单阐述项目与地铁保护相关工作的流程和要点。
关键词：地铁严重病害；岩溶地区；深基坑；关键工序施工；地铁结构影响分析；对应措施
引言
本项目处于岩溶发育地区，相邻地铁已运营多年，隧道埋深浅，下方存在深厚的可压缩土层，且地铁结构存在严重病害，存在开裂渗漏、沉降情况，最大累计沉降量达40.19mm，超过隧道运营安全控制指标[7]。本文结合广州某项目基坑工程实例进行分析，可为类似的地铁保护项目提供参考。
1、工程概况
1.1项目概况
地铁线路呈南北方向穿越本项目，将项目分为东西两基坑。基坑最大开挖深度为8.60～10.60m，基坑安全等级为特级[7]。
1.2项目基坑与地铁结构关系
地铁区间隧道从本项目的两地块中间穿过，地铁隧道结构外边线与基坑围护桩的最小水平净距为10.0m。东、西两基坑基底位于地铁隧道结构底板下方约1.30～2.00m。
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图1基坑围护结构与地铁关系剖面图
2、地质情况对地铁结构的影响
2.1工程地质
根据钻探揭露，地铁车站与隧道结构周边地层主要为粉质粘土，粉质粘土层下方的微风化石灰岩层存在较发育的溶洞，对控制深基坑尤其是工程桩施工诱发地铁结构的影响较为不利。
2.2水文地质
石灰岩溶洞裂隙水，在岩溶发育或岩石破碎地段，岩层的富水性和透水性好，具强透水性，涌水量很大。
2.3不良地质作用对地铁的影响
场地岩溶分布广，场地内钻孔见洞率为39.44%，岩溶强烈发育[2]。溶洞位于钙质灰岩内地下水位聚集发育的区段。溶洞主要对桩基础施工的影响不利，主要表现为成孔过程中可能漏浆、卡锤、混凝土浇灌困难，同时由于施工对地层扰动影响，造成岩溶区水位的变化，从而影响地铁结构的安全。
3、基坑支护设计针对地铁保护措施
基坑开挖深度10.60m，基坑设计方案主要依据于场地现状标高、地质条件、周边环境以及地铁保护需要，分别选用不同的基坑支护体系[3]。
为保护浅埋地铁隧道结构，基坑邻近地铁两侧采用双排桩+对拉钢绞线支护，邻近地铁的四个角部位采用支护桩+角撑支护，外侧采用ϕ850mm @600mm三轴搅拌桩形成止水帷幕，止水帷幕深度至灰岩面，邻近地铁的基坑两侧再分别设支护桩形成双排水泥搅拌桩。其中双排水泥搅拌桩与地铁结构距离分别为10m、15.8m。搅拌桩长度约30m，进入岩面[4]。
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图2基坑支护平面图
4、基坑施工关键工序对地铁的影响分析
4.1地质影响工序分析
地铁隧道区间灰岩地层岩溶发育极为强烈，以表层溶蚀发育为主要特点，岩溶洞体充填不好，多属于不稳定洞体，对结构稳定性很不利，对围护结构施工和工程桩施工影响很大。所以溶洞的探查和处理是作为地质影响的第一道关键工序。
4.2降水影响工序分析
本项目场地内广泛分布溶洞，基坑降水可能发生由渗流引起的水位下降，导致土中有效应力增加、水压力减小，从而改变地铁隧道结构和土层受力状态，导致隧道和下方土层变形，可能诱发变形缝张开，导致隧道结构漏水。土方开挖过程局部降水是一个重要关键工序，避免围护结构渗流，降水井的封井时机选择也是一个关键，降水影响持续项目全周期。
4.3工程桩影响工序分析
工程桩施工过程中卡钻、偏斜孔、掉钻、废桩、击穿溶洞等情况都会对地铁结构造成不利影响；本项目钻孔桩不能顺利施工，更换为全回旋全套筒工法施工，从监测数据变化分析，此法仍造成地铁结构沉降，后使用泥浆护壁旋挖桩，有效解决此难题。
4.4施工影响工序分析
土方开挖地铁结构未发生突变，随着开挖的深度变化，加上工程桩施工叠加影响，地铁结构扔持续缓慢下沉；土方开挖根据经审批方案实施，但现场施工力量的投入是变化的，基坑与地铁结构发生较大位移时，因废桩补桩，土方开挖后没能及时施作底板结构也是影响地铁结构数据变化的关键工序。
综上，基坑施工关键工序为：岩溶探查及处理；围护结构（支护桩、水泥搅拌桩、锚索）施工；工程桩施工；基坑土方开挖支撑及降水施工；地下室主体结构及拆撑施工。
5、三维有限元模拟分析验算
通过三维有限元数值建模，模拟本项目在基坑开挖及主体结构施工等工况下对广州地铁二号线的影响，分析地铁隧道的受力及变形状态在各阶段下的变化过程，从而分析验算该项目的实施对地铁二号线隧道的影响[5]。
根据项目基坑与紧邻地铁的隧道结构的空间关系，结合基坑设计方案、施工开挖方案等资料，建立三维整体模型，本项目整体模型中包含了既有的二号线隧道、本项目基坑[6]。
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图3三维有限元模型轴视图
5.1分析工况
主要是分析基坑开挖对地铁二号线隧道结构的影响，考虑的是基坑开挖引起的增量位移。针对基坑开挖的全过程进行三维模拟。
表5.1 施工工况表
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5.2基坑开挖对地铁隧道影响的三维模拟分析
5.2.1地铁隧道水平位移分析
工况4（同时开挖东西基坑至基坑底）、工况5（施作地下室结构、拆除支撑）为最危险工况，其中工况4过程中地铁车站结构最大水平位移为2.6mm，区间隧道结构最大水平位移为2.6mm；工况5过程中地铁车站结构最大水平位移为2.5mm，区间隧道结构最大水平位移为2.5mm。
表5.2区间隧道结构水平位移汇总表(mm)
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5.2.2地铁隧道竖向位移分析
各工况下基坑开挖引起的隧道结构竖向位移进行汇总，详见下表。
表5.3 区间隧道结构竖向位移汇总表(mm)
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结合midas GTS/NX三维有限元分析软件计算的结果，同时开挖东、西基坑至基坑底为最危险最关键工况。
6、实际施工过程中监测情况
6.1基坑土方开挖第三层土方的监测情况
本项目从开始进行地铁监测至开挖至基底，监测数据最大累计变化量为-11.42mm（下沉），各监测点数据未超报警值。
6.2 基坑底板施工的监测情况
基坑工况:地保区内进行土方开挖至基底至近隧道侧封底施工，隧道最大累计变化量为-10.11mm（下沉）；隧道监测数据有所回升。
6.3基坑侧墙回填的监测情况
基坑工况：近地铁结构侧负一层顶板结构施工完成，地铁结构第三方监测数据最大累计变化量为-11.78mm（下沉）。
7、影响风险分析和应对措施
7.1地质影响风险分析和应对措施
“区间隧道”灰岩地层岩溶发育极强烈[2]，对结构稳定性不利。尤其桩基施工影响很大，可能造成地面沉陷、突水等工程事故。
应对措施：
（1）项目基坑勘察设计阶段充分掌握地质情况，对岩溶洞体进行填充处理。
（2）基坑围护结构设计按地质最不利因素考虑，采用防水效果好、工艺成熟、施工质量能保证的围护结构形式。
（3）工程桩在围护结构施工闭合及土方开挖前，从地面进行工程桩施工，可有效减少其对地铁结构的影响。
（4）保证设计意图得以在施工中顺利落实。
（5）重点详勘地铁周边的地质情况，如发现不良地质应由设计方制定有效的地基（溶洞）处理措施。
7.2降水影响风险分析和应对措施
场内溶洞分布广，水位下降所导致的一系列后果可能导致隧道和下方土层变形，可能诱发隧道变形缝张开，导致隧道结构漏水。
应对措施：
（1）在围护结构施工中先处理溶洞，将围护结构嵌固进入基岩微风化岩，形成全封闭结构。
（2）加强降水监测，坑外设置水位观测井，兼做坑外回灌井。
7.3施工影响风险分析和应对措施
7.3.1地铁结构现状及变形发展趋势
地铁“区间隧道”病害严重，项目影响范围内的地铁箱型结构本身存在变形缝，目前已产生裂缝最大长度为4.5m, 裂缝最大宽度为1.39mm，箱体结构内部有湿渍情况。
应对措施：
（1）地铁箱型结构变形缝的两侧布设监测点位，开展变形缝两侧的差异沉降和水平方向位移监测工作。
（2）加强对隧道内部变形缝部位渗漏水的巡查，定期组织各参建单位进入隧道内对隧道结构表观情况进行检查。
（3）严禁在地铁结构上方设置出土口、使用大型机械设备、运输通道或堆载；严格控制邻近地铁侧基坑边荷载，确保地铁结构外侧的附加荷载值小于20kPa[7]。
7.3.2施工荷载对隧道的影响
地铁隧道埋深浅，如地铁隧道上方用作施工运输或堆放建筑材料、大型器械等，可能对地铁结构产生的荷载较大，造成变形，出现渗漏水等病害。
应对措施：
（1）明确地铁结构边线并标识和交底。
（2）严禁在地铁结构上方设置施工运输通道或堆放建 筑材料、大型器械等，严格控制邻近地铁侧或上方荷载。
7.3.3基坑土方开挖无支撑暴露时间过长
基坑土方开挖至基底，若工序不衔接，基坑长时间暴露导致地铁侧位移或下沉。
应对措施：
（1）及时实施临近地铁砼底板施工，避免基底泡水软化，造成基坑变形影响地铁安全。
（2）监测单位加强监测工作，确保信息化有效指导施工。
8、同类工程建议
在溶岩地区应提高基坑支护设计的安全系数；建议类似地质情况应采用地下连续墙围护结构；基坑内应设立对撑；溶岩地区进行工程桩施工必须坚持一桩一钻，尽可能详尽了解桩的地层情况，如发现有溶洞，要进行注浆预处理。
参考文献
[1]王海波，蔡志刚.我国深基坑工程发展现状与展望[J].天津建设科技，2013,23（4）：32-33.
[2]楼康明，黄佳铭，广州市荔湾区岩溶发育特征与地面塌陷防范对策[J]，山西建筑，2020,46（16），67-70.
[3]钻孔灌注桩技术在某新建大楼工程中的应用[J].汤学忠.中华民居（下旬刊）.2013（08）.
[4]浅谈钻孔灌注桩施工中的质量控制[J].李薇.甘肃科技.2011（10）.
[5]徐中华，王卫东.深基坑变形控制指标研究.地下空间于工程学报[A]，2010,06（3）：619~626.