某邻近运营地铁隧道深基坑工程变形分析

2018-06-27王云锋

城市道桥与防洪 2018年6期

王云锋

（上海市浦东新区建设工程安全质量监督站，上海市200135）

0 引言

城市轨道交通有效缓解了城市交通压力，并引导、带动沿线地区快速发展。有限的土地资源迫使越来越多的深基坑进入地铁保护范围线内。深基坑开挖因土压力释放导致周边环境变形，威胁邻近地铁的正常运营。为确保地铁的安全运营，邻近的基坑工程应按照变形控制的原则进行设计与施工。

基坑支护结构设计和变形预估通常与实际情况有较大的差异，主要来源于以下几个方面：（1）基坑支护设计和变形预估通常基于地层条件和支护条件的一系列假定，和实际状况会有出入；（2）支护体系承受的土压力等荷载有较大的不确定性；（3）施工过程中存在时空效应，与气象条件、地面堆载、施工工序等偶然因素密切相关。

通过对施工过程中现场监测数据的分析，掌握实际的变形情况，可弥补岩土类半理论半经验工程计算与实际情况的差异，防止破坏或极限状态的发生[1]。根据深基坑实时监测数据及时调整施工方案，能有效控制开挖引起的变形。

对于每一个实际工程而言，工程目标、地质条件、施工方案千差万别，但是监测数据的变化仍然存在着一些规律。本文对某邻近地铁隧道深基坑围护结构变形进行了分析，以期得到有益的结论。

1 工程概况

某深大基坑南侧为已运营地铁隧道段，基坑沿地铁隧道方向的宽度约105 m，垂直隧道方向的长度约418 m。为减小基坑施工对邻近地铁隧道的影响，按照“大坑划小坑”的原则，将基坑分为A1、A2、B、C1、C2共 5 个区。C1、C2区为地下一层，开挖深度6.2 m，围护结构距隧道最近处约8.5 m；A1、A2、B区为地下三层，开挖深度14.8 m。围护结构距隧道最近处约50.1 m。基坑平面见图1。

图1 基坑平面图（单位:m）

2 工程地质

基坑开挖深度范围内共涉及5层土层，土层的主要物理力学性质指标见表1。

基坑开挖中涉及的地下水包含潜水和微承压水，其中潜水水位埋深0.50 m，微承压水水位埋深3 m。

3 围护结构设计

C1、C2区开挖深度6.2 m，围护采用Φ750钻孔灌注桩，插入比1.1，外设Φ850三轴搅拌桩止水帷幕，坑内沿竖向设1道钢筋混凝土支撑。A1、A2、B区开挖深度14.8 m，围护采用厚800 mm地下连续墙，坑内沿竖向设置3道钢筋混凝土支撑。C1、C2区之间设置Φ750钻孔灌注桩隔墙，A1、A2、B区之间设置1 100钻孔灌注桩隔墙。B区、C区基坑围护结构见图2。

表1 土层物理力学性质指标

4 地铁保护措施

4.1 地基加固

为减小B区近地铁侧地下墙施工对周边环境的影响，采用850@600三轴搅拌桩槽壁加固。为减小围护结构变形对地铁隧道的影响，B区近隧道侧被动区采用裙边加固，加固深度自第3道支撑底至坑底以下4 m，共计7.1 m，加固宽度8.3 m。C区被动区采用裙边加固，加固深度为坑底以下4 m，加固宽度8.05 m。

4.2 基坑降水

C区基坑开挖时需疏干地下潜水，坑外设置850@600三轴搅拌桩止水帷幕。A1、A2、B区基坑开挖深度超过12.17 m时，需降低⑤2层中微承压水。为减小降水对周边环境的影响，B区地下墙在插入比1.02基础上加长4.1 m，插入⑤3-1粉质黏土层，隔断⑤2层。基坑开挖至临界深度时按需降水。

图2 围护结构剖面图

4.3 分区开挖

基坑分为 A1、A2、B、C1、C2共 5个区。地下一层距地铁隧道近，地下三层远（B区距隧道最小水平距离大于3H，H为地下三层开挖深度）。首先开挖A1、B区，待B2层顶板完成后，开挖A2、C1区，C1区顶板完成后开挖C2区。

A1、A2、B区分4层开挖，B区第4层土采取盆式开挖，周边留土限制围护结构变形。C1、C2区分2层开挖，第2层土开挖顺序见图3。

图3 C区第2层土分块示意图

B区浇筑地下一层结构，拆除第1道钢筋混凝土支撑前，采用斜抛撑进行换撑，避免拆撑引起C区围护结构变形。

5 基坑监测

5.1 围护结构水平位移监测

B区和C区的围护结构水平位移监测点布置见图4。

图4 B区和C区基坑监测点平面布置图

5.2 监测成果分析

5.2.1 围护结构水平位移

B区和C区的地下结构完成后，围护结构水平位移随深度的变化如图5所示。由图5可见，该水平位移呈现上海软土地区典型的两头小、中间大、凸肚型变形特征。

B区、C区地下墙最大水平位移δhm与开挖深度H的关系如图6所示（为最终变形，未包含中间工况）。

B区南侧邻近地铁隧道，因被动区采用地基加固，围护结构水平位移最小（0.19%H～0.33%H）；东侧虽然基坑宽度小，时空效应相对好，但被动区未采用地基加固，围护结构水平位移较大（0.47%H～0.50%H）；西侧围护结构水平位移最大（0.56%H～0.84%H）。

C1区先开挖，第二层开挖深度4.1 m，抽条开挖宽度大，挖至坑底后未能及时浇筑垫层及底板，坑底无支撑暴露时间长，围护结构水平位移较大（0.39%H～0.50%H）。C2区后开挖，减小了抽条宽度，充分利用了时空效应，有效控制了围护结构水平位移（0.08%H～0.35%H）。

图6 地下墙最大水平位移与开挖深度的关系

本工程B区邻近地铁隧道侧地下墙的水平位移小于文献[2]统计的上海地区93个基坑地下墙最大水平位移的平均值，也小于文献[3]中统计的多数地铁车站基坑地下墙最大水平位移。改进开挖抽条宽度后，C2区钻孔桩水平位移小于文献[4]统计的上海地区80个基坑钻孔桩最大水平位移的平均值。因而被动区加固及充分利用时空效应的开挖施工方法可有效控制基坑围护结构变形。

本工程邻近地铁隧道顶覆土约16 m，C区钻孔桩桩底位于④层淤泥质黏土中，高出隧道顶2 m，隧道大半部分位于④层中，小半部分位于⑤1层中。图5中CX36、CX39测点围护桩底水平位移分别为26 mm、18 mm，贴脚变形较大，不利于控制地铁隧道的变形，宜加长桩长嵌固于⑤1层中。

5.2.2 围护结构最大水平位移位置

B区和C区围护结构最大水平位移深度Hm与开挖深度H的关系见图7。C区围护结构最大水平位移位于坑底以上0.8～3.3 m，B区围护结构最大水平位移位于坑底以下4.7 m至坑底以上1.3 m。分析原因可能是C区坑底位于③2黏质粉土中，上部为③1淤泥质粉质黏土层，B区坑底位于④淤泥质黏土中，B区卸载大，坑底以下回弹影响深度大，且坑底土层的流变效应更加显著，因而其最大水平位移基本位于坑底以下。本工程B区开挖深度14.8 m，地铁隧道顶覆土约16 m，B区围护结构最大水平位移的位置对地铁隧道的变形不利。

图7 围护结构最大水平位移深度与开挖深度的关系

文献[2]、文献[3]统计的上海地区93个采用地下墙的基坑和80个采用钻孔桩的基坑，其围护结构最大水平位移均位于坑底以下5 m至坑底以上5 m范围内。本工程B区基坑采用地下墙，坑底位于④层淤泥质黏土中，坑底卸载大，回弹影响深度大，流变效应显著，最大水平位移的位置基本位于上述统计资料的坑底以下范围内；C区坑底卸载小，回弹影响深度小，流变效应小，最大水平位移位置位于上述统计资料的坑底以上范围内。