摘要：以上海新世界广场项目为背景，介绍了在紧邻地铁车站及隧道管线下的深基坑施工技术。从围护体系优化设计、土方开挖、降水控制以及基坑施工监测等方面进行了阐述，为今后复杂环境下的深基坑工程施工提供借鉴和参考。
关键词：紧邻地铁深基坑施工监测
1 工程概况
1.1工程概述
上海新世界广场项目位于黄浦区163街坊地块，东至江西中路、南至南京东路、西至河南中路、北至天津路，是市区中心繁华区域。拟建项目为1幢高度为54.68m的高档商业综合楼，总建筑面积118206㎡，地上7层，地下5层。地上一层至六层为商业用房，六层局部为内部员工办公，七层为电影院，地下一、二层为商业，地下三、四、五层为地下车库和机电设备用房。
1.2周围环境
本工程周边环境复杂，北侧紧邻天津路，地表面上有为2～5层混凝土住宅，上海市燃料公司以及上海广大银行外滩支行；东侧紧邻江西中路，路面下分布供电、信息、煤气、配水、污水等数条各种市政管线，东北角为上海电力设计院；南侧为南京东路步行街，地下为在运营的轨道交通2号线，地铁边线距拟建建筑物边线最近约5.6m，地面上为8层的老介福商厦、25层的华东电力大楼、6层的上海市电力工业局，距拟建物边线约31～36m；西侧为河南中路，地下为在运营轨道交通10号线，距拟建建筑物边线最近约15m，地表面上为8层高的的华东房地产集团、23层华东商务楼、31层的宏伊国际广场。
图1 项目与地铁位置关系
1.3基坑概况
本工程基础地下室为整体地下室，基坑面积约为10282㎡，基坑长约128.8m，宽88.8m，基坑整体开挖深度26.2m，局部南侧靠近2#线区域开挖深度为12.75m，总土方量约为26.9388万m3。
基坑围护体系采用“两墙合一”地下连续墙，根据基坑开挖深度不同，地墙厚度分别为1200mm，800mm两种；基坑开挖区域采用五道钢筋混凝土支撑，作为水平传力体系，局部开挖12.75m区域采用三道支撑，首道支撑设置混凝撑，其余两道为φ609钢支撑。立柱桩采用型钢格构柱，截面尺寸为490×490；坑底以下设置立柱桩，立柱桩采用中850钻孔灌注桩，混凝土强度等级水下C30，局部的立柱桩利用工程桩；型钢格构立柱在穿越底板的范围内设置止水片。此外，地墙两侧及坑内局部区域采用Φ850@600三轴水泥土搅拌桩进行土体加固施工。
1.4工程水文地质条件
拟建场地属滨海平原地貌类型。根据勘探发现，本工程基底层为灰色粉质粘土，场地表层为厚度不均匀的填土，地表下约1.5m多为老基础，局部有3层混凝土地坪，大量的碎砖块等建筑垃圾。下部以素填土为主，夹少量小杂质。
场地埋深90.40m范围内的土层按其成因可分为9层，分布较为均匀。场地地表下约45.0m深度范围内沉积的为全新世（Q4层）土层。该深度以上除第②层灰黄色粉质粘土层面受表层填土厚度有变化外，其③、④、⑤1、⑤3土层均较为稳定，⑤4层受古河道的影响分布不均且变化较大呈透镜体分布。其中③、④层为流塑状，高压缩性、低强度的淤泥质粘性土层。本场地在深度约45.0m以下则沉积的为上更新世（Q3）土层，第⑦层为粉砂层受古河道切割影响层面和厚度变化均较大，第⑧层为粘性土层，第⑨层为粉砂及粉细砂层分布较稳定。承压水埋藏于第⑦层中承压水头基本稳定，观测期间承压水头最高水位为标高-1.95～-2.05m。
2工程特点难点
1）基坑开挖比例高，距红线距离短，可使用场地面积小。本工程总占地面积13709㎡，其中基坑开挖面积约10282㎡，可供施工利用面积仅3427㎡。因此，为了保证基坑工程顺利实施，需要根据基坑开挖顺序，合理优化场地布置；结合围护结构设计，优化设置栈桥区，作为土方开挖、材料堆放临时场地；并结合施工进度进行场地动态化管理利用，给基坑施工和管理带来巨大的挑战。
2）基坑开挖深，紧邻两条地铁隧道和数条市政管线，周边环境复杂，基坑及周边变形控制要求高。基坑整体开挖深度达26.2m，西侧距地铁10号线轨道边线仅10m，南侧靠近轨道交通2号线轨道边线仅6m，东侧及北侧有多条市政管线。施工过程中，地铁及市政管线需正常运营使用，如何确保基坑变形及周边隧道管线安全至关重要。
3）基坑文明施工要求高。本工程位于南京路步行街，为黄浦区核心商业区，周围游客人流多，施工社会效应大，对声、光、尘等环境控制要求高。
3主要施工技术
3.1围护支撑优化设计与施工
由于基坑施工边线紧邻地铁，为了控制基坑施工变形以及降低基坑施工对周边地铁和市政管线的影响，基坑围护体采用“两墙合一”地下连续墙，地下连续墙底嵌入第⑧层灰色粘土，隔断第⑦层承压水补给来源。此外，结合基坑开挖深度，将基坑分为三个大区，共五个小型基坑进行顺做施工，各小基坑之间采用1000mm地下连续墙进行临时分隔，。
为保证基坑开挖操作面，同时考虑到快速出土形成支撑有助于降低基坑风险，结合基坑施工组织安排，对坑内首道支撑进行优化，布置临时栈桥板，作为土方场内运输通道，在确保基坑变形可控情况下，提高基坑出土效率。
由于基坑紧邻运营地铁，因此考虑到紧邻地铁处超深地墙成槽难度大、风险高，因此采用铣槽机进行地连墙成槽施工，在靠近地铁车站侧施工时，先沿着地墙两侧进行三轴搅拌桩地连墙槽壁加固施工，搅拌桩采用φ850，水泥掺量为20%，并采取做10m跳10m分段施工方法；同样，地墙施工时采取间隔施工的方法，适当减小每幅地墙的宽度，并根据现场施工状况，调整泥浆的比重，确保围护施工中地铁车站安全。
图2 基坑分区
图3 基坑栈桥板布设
3.2基坑降水
为加固基坑坑底土体，提高坑底土体强度，需及时降低下部承压含水层的承压水水头至安全高度，确保施工时基坑底板的稳定性。根据基坑分区，结合土体加固作用，考虑抽条加固对降水的水平阻隔影响，基坑内布设疏干井33口，井深33m，其中1区17口，2a区10口，3b区6口，而2b和3a区因坑内土体被加固，不布设降水井。
由于地下围护深入到第⑧1层粘土层中，完全隔断⑦层承压水，并切断了坑内第⑦层含水层水平补给来源，所以在第⑦层承压含水层布置8口泄压井，井深51m，直接将其压力释放、泄压；同时，在坑外布设10口观测井，便于坑外水位观测，检验围护封闭效果。
3.3 土方开挖及支撑施工
为了控制基坑变形，保证周边环境安全，基坑土体开挖遵循“分层、分块、对称、限时”的原则。
本工程先行开挖1区基坑，待1区地下室结构施工至地下五框后再开挖2a区基坑，1区地下室结构施工至地下四框后再开挖2b区基坑，2a区地下室结构施工至地下五框后开挖3b区基坑，2a区地下室结构施工至地下四框后开挖3a区基坑，整个基坑分区开挖，确保基坑水平传力可靠，基坑变形可控。
本工程共布设5道支撑，局部区域3支撑，采用分层开挖的方式施工。首皮土体开挖至第一道支撑底，挖深约1.5m左右，开挖方向由一侧向另一侧退挖。第2～6皮土方由于开挖深度较大，采用分区盆式开挖；其中1区基坑分成5个区域，由远离地铁侧向近地铁侧开挖，近地铁侧基坑区域边坡留土，采取“分块抽条”的开挖；2区基坑分成2个区域，远地铁侧基坑2a区由北往南开挖，紧邻地铁侧基坑2b区由东往西抽条式开挖；3区同样分成2个区域，紧邻地铁侧基坑3a区，由东、西两侧向中间进行抽条盆式开挖，远离地铁侧基坑3b区同样采用对称抽条开挖。基于“盆式开挖、留土护壁并分块抽条”的原则，确保紧邻地铁侧基坑开挖支撑控制在24h内，同时严格控制基坑变形于安全可控范围内。
此外，在紧邻地铁管线侧2b区和3a区基坑内，除首道支撑采用混凝土撑以外，其余支撑均采用轴力自动补偿式609钢管支撑。在基坑施工过程，根据基坑及地铁管线变形监测数据进行相应的支撑轴力补偿和调整，确保基坑施工及地铁管线运营安全可控。
3.4分隔地墙的开洞、凿除
由于基坑通过临时地墙进行分隔，考虑基坑水平力的传递以及结构主体竣工后的连接贯通，需对分区内的1000厚分隔地墙进行阶段性开洞凿除。
根据设计施工要求，1区结构采用500宽200mm厚混凝土板带传力，2a、2b、3a、3b区结构施工中将框架主梁与1区框架主梁贯通。为保证结构顺利施工，首先在基坑分区内结构主体施工时，采用排钻取孔凿除的方式，在分隔地墙上进行地墙开洞，将结构梁进行穿通，开洞尺寸根据结构梁尺寸并高宽各放大150mm；待分区内结构均施工至±0.00后，对地下室分隔墙进行凿除并混凝土结构补缺。结构补缺混凝土浇筑施工时，排架底部采用28b槽钢搁置，如下图所示；地连墙凿除由上向下采用风镐进行，先凿除保护层，逐步暴露钢筋；再从钢筋两侧向深处凿除，直至将钢筋与混凝土脱开，最后利用割枪将钢筋逐条切断；凿除中搭设排架并拉设安全网，对已完成结构铺设隔离板进行保护，并进行相应的位移监测，确保分隔地墙凿除安全。
图4 分隔地墙凿除示意图
3.5基坑施工监测
为确保施工中基坑及周边地铁管线的安全，对基坑围护和开挖施工进行重点监测，监测内容包括围护墙体水平位移（测斜）和竖向沉降、支撑轴力、坑内立柱桩沉降监测、坑外地下水位、周边地下管线及西侧（邻近地铁10号线侧）已建结构墙顶沉降监测等；监测过程中，根据监测数据及报警值及时优化调整施工顺序和施工流程，并做好跟踪注浆纠偏，调整变形的应急准备。
图5 监测点分布图
3.5.1监测点统计表
3.5.2监测频率
从基坑围护施工前到支撑拆除、主体结构形成后一段时间内，建立起一个完整的监测预警系统。围护结构施工时，临近监测对象1次/d，当日变化量或累计变化量超警戒值时，监测频率适当加密为2次/d；基坑预降水阶段，测量频率为1次/周；基坑开挖过程中，考虑到土体应力场的变化，整个围护体处于最不利受力状态，变形速率也会增大，监测频率为2次/d，如有异常或突变，适当加密监测频率，直至跟踪监测。在地下结构施工阶段，各监测项目观测频率为2～3次/周，支撑拆除阶段1次/天。
3.5.3监测效果
通过对第三方监测数据分析发现，基坑施工过程中，通过合理设计优化和施工组织，基坑围护变形及周边建筑、地铁管线变形整体控制在安全范围内，达到了预期的监测效果。
4 结语
本工程紧邻两条交叉地铁，基坑及周边环境复杂，施工风险大，变形控制要求高。项目通过对围护设计进行优化设计，精心的策划基坑分区分层开挖，合理的安排施工组织，并对基坑全过程进行跟踪监测，确保了深基坑施工过程中基坑及周边建筑地铁的运营安全，保证了工程顺利实施。
参考文献
[1]张伟.紧邻地铁车站深基坑工程一体化施工技术[J].施工技术, 2015,44(14):108-111,115.
[2]刘国彬,王卫东.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2009.
论文作者:倪峰
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第36期
论文发表时间:2019/5/5
标签：基坑论文; 地铁论文; 紧邻论文; 管线论文; 结构论文; 工程论文; 地下论文; 《建筑学研究前沿》2018年第36期论文;