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53建筑科技2023 年 第 3 期针对深基坑项目围护变形把控与地铁沉降的保护措施研究Research on the Protection Measures for the Control of Enclosure Deformation and Subway Settlement for Deep Foundation Pit Project霍磊（上海建工一建集团有限公司,上海 200120）摘要：位于市区中心、商业圈地段、紧邻地铁的深基坑工程通常会分坑分序开挖并回筑。因施工区域的特殊性,在施工期间不仅要对工程基坑围护变形实施精准有效地把控,以保护周边环境、管线、建筑,还要减少对运营地铁的影响,确保地铁轨道区间的沉降变化量满足规范及设计要求。以黄浦区某建设项目为研究对象,针对深基坑项目土方开挖及基坑回筑的过程,对围护变形的把控与地铁沉降的保护措施进行了分析,采取具有针对性、切实有效的措施来把控,具有显著的控制效果。关键词：深基坑;围护变形;地铁沉降;伺服系统;微扰动注浆;优化方案中图分类号：TU94+1 文献标识码：A 文章编号：2096-3815（2023）03-0053-040引言近年来,我国城市化建设发展迅速,城市发展所需扩张的空间逐渐从地上空间延展至地下空间,且对地下空间开发利用的深度与广度呈递增趋势,与此同时,城市地铁轨道交通的建设、通行线路亦呈现出纵横交错、高速发展的态势。本文以黄浦区某建设项目为分析对象,结合工程实际,针对深基坑项目土方开挖及基坑回筑的过程,对围护变形的把控与地铁沉降的保护措施进行了研究。1工程概况本工程位于上海市黄浦区淮海中路街道,东至西藏南路,南至自忠路,西至吉安路,北至太仓路。本工程区域由123、124两个地块及中间东台路区域共同组成,如图1所示。项目总占地面积36 377.6 m2,总建筑面积349 545.6 m2,其中地上建筑面积228 890.79 m2,地下建筑面积120 654.81m2。项目周边环境复杂：东侧为西藏南路（轨道交通8号线通过道路下方）,南侧为自忠路老式居民楼,西侧为吉安路湖滨道商业中心,北侧为曙光医院。周边建筑距地墙最小距离21 m。湖滨道商业中心翠湖天地第六集老式居民楼地铁隧道8号线图1 周边环境示意图54建筑科技2023 年 第 3 期1.1基坑概况本工程基坑总面积约33 578.78 m2,沿基坑边线周长约为772 m。基坑分为7个区域。A1、A2、B、C区面积较大,普遍挖深21 m,塔楼区域挖深21 m（底板、承台上翻）,坑中坑挖深21.723.0 m。D1D3区邻近地铁,其中D1区挖深14 m,D2、D3区挖深12.5 m,坑中坑挖深12.812.9 m。地铁隧道30 m退界范围内小坑设置2层地下室,隧道30 m退界范围外大坑设置4层地下室。1.2建筑结构概况（1）123地块：高层办公楼（T2塔楼,19层,建筑高度100 m）、T2塔楼配套商业裙房（3层）、P2多层商业（4层,建筑高度23.8 m）。（2）124地块：超高层办公楼（T1塔楼,49层,建筑高度250 m）、T1塔楼配套商业裙房（3层）、P1多层商业（4层,建筑高度24 m）。1.3基坑支护概况基坑围护采用“地下连续墙+三轴搅拌桩+高压旋喷桩”形式。支撑体系采用“钢筋混凝土对撑结合角撑”“边桁架+钢支撑（带轴压自动伺服系统）”的形式1。大坑（A1、A2、B、C区）采用“地下连续墙+四道钢筋混凝土支撑”形式。沿地铁侧小坑（D1D3区）采用“地下连续墙+一道钢筋混凝土支撑+三道钢管撑”形式2。D1D3区域采用厚度为1 200 mm的地墙,其余各大区域均采用厚度为1 000 mm的永久地墙,分隔墙采用厚度为1000 mm的地墙。立柱桩采用钻孔灌注桩。坑内加固采用三轴搅拌裙边、满堂加固,局部深坑采用高压旋喷封底加固。1.4基坑与地铁相对位置关系本工程场地东侧西藏南路下方有已运营的轨道交通8号线区间隧道,且紧邻本项目3个小坑（D1D3区）,地下连续墙边线距轨道区间距离最近仅15 m。1.5周边管线概况基坑四周道路下埋设通信管、上水管、合流管、燃气管、电力管等较多市政管线。众管线中,太仓路下电力排管距地墙最短,约4 m。用地红线内设置有配水1 000 mm铸铁,明排段约73 m,埋地段约255 m,两种敷设形式,落地段距离地墙约2.5 m,埋地段距离地墙约2.3 m。综上,该项目基坑地处城市核心区域,且紧邻已运营的轨道交通8号线区间隧道,场地周边建构筑物众多,市政管线较密集,环境复杂。基坑开挖深度较深,必须严格控制基坑开挖引起的地表沉降以及对周边地铁、地下管线等设施的影响,保证周边环境的安全。因此,不能仅限于初始设计方案,还需根据实际工程采取相应措施。精准控制基坑变形、稳固地铁沉降是该项目施工过程中的重中之重。2设计基坑开挖原则根据基坑工程设计与施工总说明和支护开挖设计方案要求,本工程基坑开挖及支撑施工时,采用整体明挖顺作法施工。各分区需要在地下连续墙、支撑、围檩、地基加固、立柱桩达到设计强度,基坑降水符合设计要求,并经预降水检验坑外无异常水位变化,地下连续墙未发生渗漏的情况下,才能开挖。2.1挖土原则各分区均分5层开挖,A1、A2、B、C区土方采用盆式开挖,总原则：“分层分块、留土护壁、限时对称开挖”。D1、D2、D3区为长条形基坑,紧邻地铁8号线运营区间,这些基坑开挖流程安排最为关键。为严格控制基坑变形、位移,开挖时采用分段退挖方式,遵循“分层、分段、限时”的原则3。开挖顺序如下。（1）开挖施工A1区;（2）A1区开挖施工1个月后,开挖A2区;（3）待A1区地下室回筑至0.00后,开挖D1区;（4）待D1区地下室回筑至0.00后,开挖C区;（5）待A2区地下室回筑至0.00后,开挖D3区;（6）待C区地下室回筑至0.00后,开挖B区;（7）待B区地下室回筑至0.00后,开挖D2区。3新增伺服系统在原设计方案中,B区支护为4道钢筋混凝土支撑的形式。为降低基坑开挖过程中对基坑围护结构变形及地铁沉降的影响,考虑在B区第二-四道支撑中、B区与D2区中,隔墙混凝土支撑围檩处加入伺服千斤顶,使单一钢筋混凝土支撑变为“钢筋混凝土撑+伺服千斤顶”模式。伺服千斤顶分级加压,直至围檩与地墙脱开,待系统加载到设计值及混凝土支撑到达设计强度后,方可进行下层土方开挖及支撑施工。系统为闭环连续测控模式,能主动、实时监测支撑轴力并调节维持应力稳定,以减少挖土过程中围护结构变形,达到减缓地铁隧道沉降的目的4。3.1伺服系统施工工艺机械设备进场吊装伺服系统就位（第二道支撑处）千斤顶与油管及位移线连接主控与泵站连接系统施加预55建筑科技2023 年 第 3 期应力系统分级加压围檩与地墙脱开伺服系统轴力加载完成开挖下一层土方及支撑施工（第三道混凝土支撑及第四道混凝土支撑设置伺服系统步骤同第二道支撑）完成。3.2数据分析3.2.1同一点位，不同深度围护结构深层水平位移监测数据分析取B区中隔墙点DP12进行分析,从第二道混凝土支撑加入伺服千斤顶并加压、第三道混凝土支撑加入伺服千斤顶并加压至第5层土方开挖过程中。通过对同一点位、不同深度进行分析,观察二道撑（-6.5 m）与三道撑（-11.5 m）的实测数据可得：二道撑伺服千斤顶在加压过程中,地墙有明显回顶迹象。在3层土方开挖及支撑施工完成,三道伺服千斤顶加压过程中,除深度（-11.5 m）处地墙有回顶现象,二道撑（-6.5 m）依旧存在回顶现象。上述现象说明,各道伺服系统在加压维持应力稳定过程中,对整面地墙皆产生正面作用。3.2.2 不同分区，围护结构深层水平位移监测数据分析A2区、B区的25层土方开挖过程中,各区靠地铁侧中隔墙取一点进行分析。A2区A2P13点在2-5层土方开挖,深层水平位移变化量为57.8 mm;B区BP12点在2-5层土方开挖,深层水平位移变化量为48.2 mm;同阶段,B区加入伺服系统后,变形总量明显小于同时期A2区变形总量。3.2.3各分区开挖期间地铁隧道上行线结构收敛监测数据分析各区开挖至底板完成期间隧道上行线结构收敛监测数据对比如图2所示,由斜率线可明显看出：B区开挖至底板完成期间隧道上行线结构收敛相较于各分区,处于较低变化量,亦体现伺服千斤顶所产生的作用。概而论之,“混凝土支撑+伺服系统”模式,对减少围护结构变形及减缓地铁沉降量是具有一定作用的。图2各区开挖至底板完成期间隧道上行线结构收敛监测数据对比4小坑外微扰动注浆工法本工程土方开挖阶段,遇搅拌厂无料可用的情况,结构无法及时浇筑、施工,又遇梅雨、强台风等气象灾害,影响施工进度,导致基坑支护形成速度减慢,恐加大地铁轨道沉降量,增加轨道交通安全运营风险,因此需采取措施控制地铁隧道的收敛变形。目前,已知能够有效治理隧道收敛变形的工艺仅有微扰动注浆工艺5,该工艺主要是利用水泥浆与水玻璃混合后能够快速凝固的特性,对隧道周边土体注浆形成脉状注浆体,以对隧道周边土层起到填充、压密和加固土体的作用。该工艺通过少量、多次对隧道两侧土体采用双液注浆方法进行填充加固,提高土层的强度和变形模量,有效控制软土隧道的沉降、变形问题6。因此考虑对基坑红线外西藏南路侧,地铁运营区间上方土体采用微扰动注浆工法。4.1微扰动注浆目标单日收敛变化值控制在5 mm以内,避免对隧道造成不利影响。4.2微扰动注浆施工工艺4.2.1地面微扰动注浆施工流程（1）放样。微扰动注浆孔位放样主要采用GNSS-RTK工作方式。利用RTK方式进行放样前,先检查控制点坐标,若与控制点原坐标小于4 cm时可进行碎部点放样。在西藏南路地面及人行道路面用道钉打入,并在适当位置标注里程、环号或点号等。（2）钻取导孔。确定孔位位置及注浆深度H（约为18 m）后采用阿特拉斯钻机钻取注浆导孔。（3）打设注浆管。（4）连接注浆管路。拌浆系统（水玻璃储存桶）、注浆泵、流量仪、混合器等设备由注浆管路进行连接。连接后打开回流,查看泵送清水检查管路畅通与否。（5）配制浆液。优先选用轻型自动拌浆系统,按水灰比0.71.0拌制水泥浆。（6）拔管、注浆。“微扰动”注浆使用双泵双液注浆法,利用拔管器或振管机缓慢连续均匀的边注浆边拔管。（7）单孔注浆完成。5.2 m单孔注浆完成时,打开回流,停止注浆。待15 min后,拆除混合器,并利用拔管器或振管机将剩余注浆芯管逐根拔除,单孔注浆完成。4.2.2注浆孔间距根据实际隧道管片宽度确定,本项目区间每块管片宽度为1 m,注浆孔间距1 m。56建筑科技2023 年 第 3 期4.2.3注浆深度微扰动注浆每孔起始注浆深度H（根据监测单位现场复核确认）为区间隧道对应环外底标高与地面标高的高差,微扰动注浆过程中从起始注浆深度开始向上边注浆边拔管,每孔的注浆总高度为4.3 m。4.3注浆成果各小坑外侧注浆前,地铁上行线收敛变形呈上升状。在开始注浆后,收敛变形便有了明显下滑趋势。注浆完成后,收敛变形量增幅缓慢。基坑沿西藏南路范围内地铁收敛变形平均改善1.5 cm,大部分区域累计收敛变形量控制在1.5 cm以下,日变量远远低于5 mm目标值。5优化设计方案沿地铁侧共有3个小坑,设置2层地下室,挖深12.514 m,设有一道钢筋混凝土支撑、三道钢管支撑。由于小坑地墙外边线距离地铁8号线区间隧道最近约15 m,因此小坑挖土及地下室回筑所需时间对地铁沉降尤为重要。根据围护设计图纸工况,原工程沿地铁侧D1、D2、D3区小坑B1层完成后,回筑B0层前,需拆除第二道609 mm钢支撑,待内衬墙施工到一定标高,再设置钢换撑（规格同钢支撑）,待B0层施工完成达到设计强度后拆除。原工况如图3所示。在考虑地铁沉降、结合现场施工进度、操作难度以及经济效益后,以确保基坑安全为前提,优化后施工B0层时不拆除钢支撑,直接利用钢支撑作为钢换撑,待B0层施工完成达到设计强度后拆除,优化后工况如图4所示。优化后节省成本约15.4万元,节省工期12 d。图3原工况示意图图4优化后工况示意图6配水管加固场内DN1000配水管在西藏南路侧沿用地红线敷设,部分段延伸至太仓路、自忠路,敷设形式为明排与暗排。为防止基坑挖土及回筑阶段配水管发生不均匀沉降,需对其进行加固措施。6.1明排段加固措施地墙施工前,导墙施工完成后,对配水管管身周边进行防护棚搭设;首层土方开挖后及压底梁施工完成后,采取钢托架加固。钢托架在现有水管基础中间架设,普遍间距为6 m,托架以地墙顶部压顶梁为基础,通过钢板和预埋插筋与压顶梁连接。6.2暗排段加固措施挖土施工前,预埋跟踪注浆管。若挖土和地下室施工期间,变形量超过报警值（预警值3 mm,报警值5 mm）则采取注浆加固。施工顺序：测量定位钻机就位钻孔下入袖阀管封孔口移位。基坑开挖过程中根据变形监测情况进行注浆,由上至下,按无水到有水的顺序进行,以跳孔注浆的方式达到减少甚至杜绝串浆的目的。单根袖阀管注浆采用分段注浆,分段长度为33 cm。注浆压力控制在0.20.3 MPa,当注浆泵压力大于1.5 MPa时立刻停止注浆。图8优化后工况示意图（下转第 60 页）60建筑科技2023 年 第 3 期工前通过试成孔及试成槽确定施工参数,采取跳仓法施工。（2）开挖及结构施工过程中,栈桥作为土方车辆及材料运输车辆的主要通道,减小了对基坑周边环境的影响。（3）对每块土方从人材机各方面进行控制,通过分层分块、限时开挖、限时形成支撑的方式,在满足周边环境保护需求的前提下,完成开挖。（4）对沉降值较大的管线进行跟踪注浆,有效地控制了地下管线的沉降5。6结语目前诸多工程位于城市中心,工程基坑周边存在多层普通结构民房、保护建筑和保护管线等。为减小工程施工对周边建筑（构）物的影响,达到控制地面沉降、围护结构变形、周边管线沉降、建筑物沉降的效果,可采取增打隔离钢板桩、控制围护施工参数、合理规划开挖流程、分区分块开挖、跟踪注浆工艺等措施。参考文献：1 黄亮亮.钢支撑自动伺服系统对周边环境的影响实测与分析J.建筑施工,2015,37(8):1014-1016.2 丁建平,李记锋,周威.紧邻多条运营地铁的深基坑施工技术J.建筑施工,2016,38(12):1644-1646.3 沈荣飞.深基坑围护工程施工对邻近运营中地铁的影响分析J.建筑施工,2018,40(9):1650-1652.4 姜捷.上海临港地区紧邻地铁车站深基坑工程施工技术研究J.建筑施工,2021,43(12):2448-2450.5 彭真.关联深大基坑施工对周边地下构筑物的影响J.绿色建筑,2021,13(6):73-74，80.收稿日期：2023-04-23作者简介：陈佳鑫,本科,工程师,主要从事深基坑工程研究,现供职于上海市基础工程集团有限公司。通信地址：上海市杨浦区民星路231号。7结语深基坑挖土及回筑阶段,针对项目常规难点,按照设计及规范的要求提前编制施工组织设计、深基坑、挖土等专项方案。从总进度计划细化出各阶段计划,合理安排施工工序。择优选择施工设备与机具,规划车辆进出路线与堆场位置,有效组织施工,进而确保基坑施工阶段的安全性。但群坑开挖的过程中,关注围护结构变形的同时也需考虑减少对周边环境、管线及相邻地铁隧道沉降的影响7。因此,保质保量完成围护结构仅仅是基础,应同时配合监测单位,综合考虑现场工况和实测数据,合理优化设计方案,及时采取有针对性的措施。本文所述新增伺服系统、微扰动注浆、优化设计方案等措施,皆是根据项目实际工况采取的调整措施,明显改善了围护结构的变形量及地铁沉降的变形量,可为相似工程提供借鉴。参考文献：1 王瑜.钢支撑轴力伺服系统对地铁深基坑变形的影响研究J.绿色建筑,2022,14(2):96-100.2 侯文诗,杨宝森,柳建国,等.轴力伺服型钢组合支撑在临近地铁深大基坑中的应用J.山西建筑,2020,46(24):52-55.3 郭凤妍.深基坑开挖对紧邻地铁的安全影响及应对措施J.居舍,2022(19):49-52,56.4 郑坚杰.地铁深基坑钢支撑施工节点优化与轴力控制J.市政技术,2021,39(增刊1):130-134.5 黄斌.微扰动注浆工法治理隧道收敛变形的效果分析J.建筑科技,2022,6(3):96-99.6 饶运东,钟秀梅,杨红坡,等.紧邻地铁隧道超深基坑施工变形综合控制技术研究J.土工基础,2022,36(5):724-729.7 何忠明,王盘盘,王利军,等.深基坑施工对临近地铁隧道变形影响及参数敏感性分析J.长安大学学报(自然科学版),2022,42(4):63-72.收稿日期：2023-04-23作者简介：霍磊,本科,助理工程师,主要从事项目技术条线范畴,现供职于上海建工一建集团有限公司。通信地址：上海市黄浦区太仓路西藏南路交叉口 西藏南路298号 一建工地8号玻璃门。（上接第 56 页）