浅析对深基坑周边地铁隧道结构的保护措施

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【摘要】考虑到深基坑施工将改变隧道周围土体的应力状态，使临近地铁隧道产生变形，从而影响隧道的正常使用和安全，本文通过工程实际案例分析，归纳出深基坑周边地铁隧道结构的保护措施，对类似工程项目建设具有一定的借鉴和参考意义。

【关键词】时空效应； SMW工法桩；信息化施工

中图分类号： U45 文献标识码： A 文章编号：

1 采取保护措施的必要性

一线城市密集型建筑及集中居住环境，尤其是地铁周边建筑物更加密集，如基坑施工的保护措施不到位，势必影响到地铁运行安全，可能会产生地基不均匀下沉而导致上部建筑的倾斜，更甚者可能导致周边的建筑倒塌，危及居民的人生安全。

2 工程概况与环境分析

2.1工程概况

上海某广场项目，总建筑面积约为32万平方米，其中地下总建筑面积为10万平方米，地下共四层。本工程三面环抱轨交，分别是轨交1号、12号和10号线，其中12号及10号线与本项目同时在建。根据工程勘察报告，主要由粘性土、粉性土和砂土组成，具有成层分布的特点。年平均地下水位离地表面0.5至0.7m，承压水位埋深在地表下3至11m，并随季节、气候等因素有所变化。

2.2 周边环境

（1）基坑面积大、深及地铁线路多

本项目基坑面积大，基坑占地面积达40000m²，开挖深度20至22m。

基坑北侧有已建的地铁1号线，南面有同时在建的地铁10号线，东面有稍后在建的地铁12号线，10号线及12号线路紧挨共用一道地下连续墙，基坑大部分区域是在地铁50m保护区范围内，给项目日后开挖带来较多不确定因素。

（2）周边建筑物较多

该地段处于市中心黄金地段，周边交通复杂及商业繁荣，南面有20至25层的高层住宅，西面及西北角有30多层的办公楼。

3 采取保护地铁隧道结构的特殊措施

3.1设计布局

为减少靠近地铁1号线的基坑开挖深度，北侧地下室局部改为地下三层，其他为地下四层。对于南面和东面与地铁10号线及12号线采取共用地下连续墙，按序开发建设。

3.2 基坑支护

场地周边建筑物密集，地下市政管线众多，基坑三面地铁线路包围，对基坑开挖引致的附加变形要求严格，因此选用刚度及强度大的地下连续墙较为合适，并兼做止水。北坑距离已运营的地铁1号线较近，考虑到地墙本身施工带来的土体挤压变形、施工扰动较大及有存在塌孔的风险，拟选取在地墙施工前，必须采取先用SMW工法桩挡土，减少地墙施工的扰动影响。为减少侧向位移，支撑系统一般由4至5道钢筋混凝土横向支撑和立柱组成。

3.3基坑分区、降水、开挖顺序及方法

3.3.1基坑分区

根据基坑周边环境，将本工程基坑分解成多个小基坑，尤其是北侧分成4个小基坑，为4-A区、3-B1区、3-B2区及4-B区，南侧相应分为3-A区、4-C区、3-D2区及1-D区，基坑中间考虑到基坑范围大，分别分成为2-A区及2-B区，详见图1。

图1：基坑分区图

3.3.2 降水

根据开挖深度，采用真空深井泵降水，降低基坑内浅层潜水，每口真空深井降水范围不大于150平方米，井点间距约12m。井点位置应结合坑内加固进行布置，坑边的降水井设置应离开围护墙7m以外。基坑开挖前至少应提前3周进行预降水，开挖过程中要求水位应低于开挖面1m一下。

3.3.3 基坑开挖顺序

利用“时空效应”原理，基坑土体开挖应遵循“分层、分块、对称及限时”的原则，严格控制基坑变形。施工顺序如下：

（1） 先施工1-D区，待1-D区施工出0.00后再开挖施工2-A区和3-D2区。待2-A区底板施工完成后且3-D2区施工出0.00后再开挖施工2-B区。

（2） 待2-A区施工出0.00后，再同步开挖3-A、4-A及4-C区，待4-A区底板完成后再开挖施工3-B1区。待2-B区施工出0.00后，再开挖4-B区，待4-B区底板完成后再开挖施工3-B2区。

3.3.4 基坑开挖方法

2-A及2-B区采用盆式开挖，先开挖中部土方，形成中部支撑，再限时对称挖邻近围护结构的边坡土方和支撑浇筑。3-A及4-C区，基坑开挖阶段在每道混凝土支撑以上1.5m处设置临时钢支撑换撑，并预加轴力1500KN。北坑结合抽条加固位置，先掏槽施工未加固区域的土体，并及时架设钢支撑，再开挖抽条加固区域的土体。

施工过程应根据基坑变形发展及支撑轴力变化情况及时复加轴力。北坑开挖施工前，根据2-A及2-B区施工后1号线运营隧道的实测变形数据，如超过报警值10mm，则北坑钢支撑系统须采用油压泵自动伺服系统，每根钢支撑须加一个压力量程达3000KN的油压泵，以始终保持轴力和控制围护结构变形，保证地铁运营安全。

3.4 基坑及周边地铁监测

基坑监测包括对环境的保护监测和对围护体系的安全监测，预报施工过程中可能出现的问题，通过分析来指导施工，防止意外事故的发生。施工前，应对周围有关建筑物，特别是运营中的地铁1号线的区间隧道，市政设计的状态进行实地测量，以此作为观测的基准资料。施工过程中监测的主要内容：地下管线、主要道路、建筑物（含车站和隧道）的沉降；围护结构墙顶和墙身侧向位移与内力变化，及深层土体的位移；基坑内、外地下水位变化；支撑杆件和立柱变形以及支撑杆件内力。

3.5 应急预案及信息化施工

（1）针对各种突况，做好应急预案，应在现场预备抢险物资、设备及人员，确保每天24小时能快速及时处理各类基坑施工险情，抢险物资及设备须经过现场监理及甲方验收确认，满足抢险施工条件后方便正常开展施工作业。

（2）本工程实施严格的变形分级控制和信息化施工，每层土方开挖前，施工总包方须在业主的安排下组织监理、监测单位及地铁监护方参加技术交底会议，完成交底会议并落实各项措施后，方可开挖下一层土方。

4与地铁隧道较近的基坑支护要点

4.1地墙及SMW工法桩相结合（如下图2）

图2：地下连续墙与SMW相结合

（1）靠近地铁1号线隧道侧的地墙施工前，为减少成槽塌孔及基坑开挖或地下室使用阶段可能的渗漏水造成对地铁设施的影响，围护设计在地墙两侧采用SMW搅拌桩进行加固，加固深度32m。施工应先做地铁侧，后做远离地铁侧，跳仓施工，做1至2组桩，跳3至5组桩，再做第二排，待SMW搅拌桩达到强度后进行该处的地墙施工。

（2）为取得地铁隧道结构的变形监测数据，做到信息化施工，施工前应在坑内进行非原位试验，试验不少于3组，并在距离SMW试验桩6m位置处布设土体测斜管，测点数量及深度与SMW桩组数及桩长相对应。

（3）SMW采用二次喷浆工艺，下降及提升速度小于1m/min，采用32.5级的普通硅酸盐水泥，水灰比1.2，加固体内水泥含量不小于20%。水泥浆配置好后，停滞时间不得超过2小时，搭接施工的相邻搅拌桩施工间隔不得超过10小时，否则须进行补桩加强。

4.2 SMW工法桩加固与三重管高压旋喷桩结合

（1）SMW工法搅拌桩坑内加固，采用32.5级的普通硅酸盐水泥，水灰比1.2至1.5，采用二次喷浆，桩径为850mm，施工下沉速度小于0.5m/min，提升小于1.0m/min，相邻搅拌桩施工间隔不得超过24小时，否则须进行补桩加强。

（2）坑内SMW加固应与地墙间留有300mm空隙，空隙处采用三重管高压旋喷桩加固，桩体搭接不小于300mm，距离施工位置20m以内的地下墙须达到设计强度。

5 应用效果及结论

本项目结合“时空效应”原理，基坑开挖采取“先 50 m 以外，再 50 m 内”的次序分片开挖，遵循“快节奏，早支撑，勤监测、小变形”的施工原则，并采用钢支撑轴力动态控制的液压千斤顶系统技术，有效地控制了基坑开挖过程中引起的地铁运行线隧道位移变化，达到预期效果。通过总结归纳得出以下结论，希望为国内其他类似深基坑工程提供经验借鉴或参考。

（1）根据周边环境及基坑开挖深度，一般建议选用SMW工法桩与地墙、高压旋喷桩相结合的支护方法。

（2）针对离基坑特别近的地铁结构或建筑物，建议大坑分小坑，坑内及围护墙边必须做好加固，确保开挖安全。

（3）制定合理的基坑开挖顺序，不可急于求成。同时选择专业的监测单位和降水单位，纳入到总承包管理，做到信息化施工。

【参考文献】

[1]王晓林，《SMW工法在地铁基坑围护结构中的应用》，山西建筑，2010年1月第36卷第1期。

[2]刘志成，陆申一，《紧邻地铁隧道的深基坑地下连续墙施工技术》，西部探矿工程，2009年03期。

[3]吴浩彦，《闹市区紧邻地铁深基坑土方开挖施工技术》，城市建筑，2012年17期。

[4]张海江，《大型深基坑施工技术及环境保护》，建筑安全，2011年07期。