1.华东建筑设计研究院有限公司上海地下空间与工程设计研究院 上海 200011；
2.上海基坑工程环境安全控制工程技术研究中心 上海 200011
摘要：苏州博览中心三期项目基坑开挖面积高达34550m2、9.95~11.35m，项目紧邻地铁1号线博览中心站及盾构区间，与车站本体结构净距仅22.7m、与区间净距18.7~23.5m。控制大体量深基坑开挖卸载和引起的地铁附加变形，是项目顺利实施的关键。从“时空效应”原理出发，分区为4个基坑依次实施，并设置了地下连续墙围护体、被动区土体加固、回灌井等一系列措施。该项目现已顺利实施，地铁隧道最大水平、竖向位移不超过5mm，达到设计要求，验证了分区实施基坑对地铁保护的效果。
关键词：分区顺作；基坑工程；地铁保护
Design and implementation of zoned excavation for foundation pit
adjacent to metro lines
TAN Ke1，2
（1. Shanghai Underground Space Engineering Design & Research Institute，East China Architecture Design & Research Institute Co.，Ltd.，Shanghai 200002，China；
2. Shanghai Engineering Research Center of Safety Control for Facilities Adjacent to Deep Excavations，Shanghai 200002，China）
Abstract：. The foundation pit of Suzhou Exhibition Center Phase 3 features an excavation area of 34，550 m2 and depth of 9.95~11.35 m. The site is adjacent to the metro station of Line 1. The minimum distance is 22.7 m between the pit and station and 18.7~23.5 m between pit and shield tunnels. The key to the project is to keep the excavation upheaval at bay. Based on the Time-Space Effect of excavation，the pit is divided into 4 zones which are excavated respectively. Diaphraghm walls，soil reinforcement and recharge wells are applied. The project has been successfully accomplished，the lateral and vertical displacements of tunnels measure less than 5 mm，achieving designed values. The zoned excavation of foundation pit proved to be effective.
Key words：zoned bottom-up excavation；foundation pit；protection of metro structures
引 言
在高密度的城市用地开发条件下，基坑周边可能紧邻各种地上、地下建（构）筑物。在轨道交通发达地区，紧邻地铁结构基坑工程数量越来越多。基坑的开挖会引起周边地层和建（构）筑的变形，而作为城市交通命脉的地铁设施，对变形和内力控制要求十分严格。因此紧邻地铁深基坑工程的设计重心，不仅是围护结构强度和稳定性控制，更应是基坑和地铁等周边环境的变形控制。利用基坑实施的“时空效应”，合理设计基坑的分区时，发挥空间和时间作用对变形的影响，从而尽可能减小基坑开挖引起的变形[1]。本文以苏州博览中心三期基坑工程为例，介绍了紧邻地铁深基坑工程的设计和实施。
1 项目概况
苏州博览中心三期项目位于苏州工业园区，现代大道南、翠园路北。主体结构为8层的会展中心，设两层地下室。基坑面积达34550m2，基坑挖深9.95~11.35m。
基坑三侧道路均为城市干道、下埋市政管线，南侧翠园路下方为运营中的地铁1号线博览中心站及其盾构区间，基坑围护结构与车站本体结构最小净距仅22.7m、与盾构区间净距18.7~23.5m。可见，车站、区间隧道是基坑实施过程中最为关键的保护对象，基坑开挖面积大、卸载量大，基坑总体方案的合理选取关系到车站和隧道的安全。
图1 项目平面分布与基坑分区
Fig.1 Project plan layout and zoned pits
基坑开挖深度范围内主要为杂填土、黏土、粉质黏土，开挖揭露了④粉土、⑤粉细砂组成的微承压含水层。实测微承压含水层埋深约2m。由于微承压含水层水量大、渗透性强，处理微承压水成为本基坑实施的关键。根据勘探资料分析，土层分布如表1所示：
图2 基坑围护与地铁隧道关系剖面
Fig.2 Typical profile of pit retaining structure and tunnels
2 基坑分区策略
本基坑总面积高达34550 m2，若整体开挖，引起的地层隆起、水平位移将难以控制。鉴于地铁已投入运营使用，其保护要求和变形控制值指标十分严格，基坑开挖引起隧道附加水平、竖向位移均不得超过10mm。
为了避免整坑一次性开挖对地铁结构的不利影响，利用“时空效应”原理，将原基坑划分为北侧A区大基坑和南侧B-1西、B-1东和B-2三个狭长形小基坑，作为保护地铁的缓冲区。各基坑之间设置临时隔断地下连续墙。分区见图1，实施顺序如下。
STEP1：A区大基坑处于地铁50m安全保护区以外，首先实施；
STEP2：A区地下室结构出正负零后，同步开挖B-1西、B-1东两个基坑；
STEP3：B-1区地下室结构出正负零后，实施B-2区基坑和地下室。凿除临时隔断地连墙，地下室结构全部完成。
以上分区对地铁保护的优势如下：①整坑划分为4个基坑依次实施，减小了整坑开挖引起的地层隆起和水平变形；②A区基坑处于地铁50m保护区以外，并与地铁间有超过3倍开挖深度的安全距离；③A区基坑开挖时，南侧地下连续墙发挥了隔离墙效应；④B区狭长形基坑有利于最大限度发挥支撑刚度、控制地铁侧围护体变形。
3.围护设计与地铁保护关键技术
3.1 基坑周边围护体设计
地铁保护区范围：地铁50m安全保护区范围内，围护结构采用1000mm“两墙分离”地下连续墙。地墙深度增至基底以下16.5m，彻底隔断坑内外潜水和微承压水，并隔断含有大量粉粒的⑥粉质黏土层，最终进入⑦硬塑黏土隔水层不少于2m。为防止粉性土层中坍槽、减小地下连续墙成槽应力释放对地铁隧道及地铁车站的影响，地下连续墙两侧受力段设置Φ850@600三轴水泥土搅拌桩槽壁加固，保证了槽壁稳定性、也加强了地墙的止水，与地下连续墙形成了止水的双保险。
普遍范围：普遍范围保护要求低于地铁侧，采用Φ1000@1200mm钻孔灌注围护桩，止水帷幕采用Φ850@600三轴水泥土搅拌桩，完全隔断④、⑤微承压含水层，进入⑦硬塑黏土隔水层，确保将坑内降水对坑外地层的影响降至最低。
3.2 支撑设计
A区基坑：设置两道钢筋混凝土支撑体系。考虑到A区基坑形状规则，采用环形支撑以的提供更大的挖土空间和施工作业面，同时设置下坑栈桥加速挖土，也有利于地下室结构在开敞条件下的施工。增加了南北向对撑，增强支撑体系的整体刚度和垂直于地铁结构方向的抵抗变形能力。
B区基坑：B-1、B-2区呈狭长形，设置两道钢筋混凝土对撑角撑支撑体系。
图3 基坑支撑平面图
Fig.3 Horizontal strut systems of foundation pits
3.3 地铁保护关键技术
（一）地下连续墙工字钢接头
锁口管式接头是工程中最为普遍运用的地墙接头形式，但若处理不当，易造成地墙接缝渗漏。为了确保地铁侧的接头可靠，B区临近地铁隧侧地墙的槽段间使用工字钢接头。工字钢接头该槽段接头型式免除了拔除锁口管或接头箱的过程，使施工质量得到保证，形成的地下连续墙较普通锁口管接头形式整体性更好，实际止水效果也更佳。
图5 基坑土方分块开挖顺序示意
Fig. 5 Zoned excavation of pits
（四）回灌井
在南侧地下连续墙与地铁隧道之间按10m间距增设④、⑤层回灌井，以备在当发生帷幕渗漏、水位明显下降时，采用人工回灌补充地下水，减缓地下水位下降、土体发生固结沉降对地铁结构、特别是无桩基础的盾构隧道的竖向沉降。
4 实施效果
4.1 基坑围护体变形
图6为基坑开挖至坑底后围护体水平位移。A区围护桩最大水平位移19.4mm；B-1区地下连续墙最大水平位移13.5mm。B区的地墙围护结构整体刚度更强，辅以被动区土体加固，相对A区基坑有效减小了围护体变形。由于B-1区基坑呈狭长状，增加了南北向支撑刚度，更有利于围护体和地铁水平位移的控制。
图6 地下连续墙水平位移
Fig. 6 Lateral displacements of diaphraghm
4.2 地铁隧道变形
图7~8显示了地铁隧道变形的时间发展曲线。在A区实施结束时，地铁隧道最大水平位移2.7mm（近侧）、2.9mm（远侧）；最大竖向隆起4.4mm（近侧）、3mm（远侧）。A区基坑较大的开挖体量，对地铁隧道的影响占了较大比重。在B-1、B-2区实施的全过程中，隧道水平位移缓慢增大，而隧道竖向位移则呈现出波动的趋势。在B-2区底板浇筑完成后，隧道的水平和竖向位移均最终趋于稳定。地铁隧道的最终水平位移2.3mm（近侧）、2.7mm（远侧）；最大竖向隆起4.1mm（近侧）、3.9mm（远侧）。隧道的水平和竖向位移最终都控制在5mm以内，可见分区实施对地铁隧道的保护是十分成功的。
图7 地铁隧道水平位移（向基坑侧）-时间曲线
Fig. 7 Tunnel horizontal displacement vs. time curves
图8 地铁隧道竖向位移（隆起）-时间曲线
Fig. 8 Tunnel vertical uplift vs. time curves
5 结论
（1）苏州博览中心三期项目基坑面积34550m2，基坑挖深9.95~11.35m。南侧紧邻地铁1号线博览中心站及其盾构区间，基坑采用分区实施方案。
（2）为避免整坑开挖对地铁结构的不利影响，将基坑划分为北侧A区大基坑和南侧B-1西、B-1东和B-2三个狭长形的小基坑，按照A~B-1~B-2区的顺序依次分区实施。
（3）地铁侧B区基坑采用地下连续墙围护结构，采取了工字钢接头、被动区土体加固、土方分块开挖、微承压水回灌井等措施，减小地铁变形。
（4）基坑分区实施完成后，地铁隧道的最终水平位移2.3mm（近侧）、2.7mm（远侧）；最大竖向隆起4.1mm（近侧）、3.9mm（远侧），分区实施对地铁隧道的保护十分成功。
参考文献
[1]刘国斌，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:谭轲
论文发表刊物: 《建筑学研究前沿》2017年第10期
论文发表时间:2017/9/26
标签：基坑论文; 地铁论文; 位移论文; 隧道论文; 结构论文; 地下论文; 分区论文; 《建筑学研究前沿》2017年第10期论文;