地铁保护区域基坑围护设计与施工

曹晓中 张鹤 肖明武

中建宏达建筑有限公司 上海 200050

随着城市规划发展需要和建筑功能多元化要求，地下结构向着面积越来越大、层数越来越多的方向发展，深基坑围护也越来越重要，但受到周边环境、地质条件等诸多因素制约，基坑围护费用占整个工程造价比重越来越大[1]。本文结合工程实例，介绍了靠近运营地铁的大面积基坑的分区、支护型式、施工措施等，可供类似工程参考。

1 工程概况

上海普陀区真如社区W060802单元E03-03地块位于上海市普陀区真如副中心，总用地面积约为41862m2，总建筑面积约429890m2，地上建筑面积约3305650m2，地下3-4层，地下建筑面积约124239.44m2。本工程北至铜川路，南至南郑路，西至曹杨路，东至真华南路，西侧紧邻轨道交通11号线，场地中部被轨道交通14号线穿过，为集购物中心、文化、商务办公楼、地铁接驳为一体的大型商业综合体，包含T1和T2塔楼超高层办公楼、裙房购物中心以及地下室。其中T1建筑面积为10.8万m2，地上共47层，建筑高度为230m；T2建筑面积为7.7万m2，地上共39层，建筑高度为200m；裙房购物中心建筑面积为8.8万m2，地上共5层，建筑高度为41.5m；地下室总建筑面积为12.5万m2，其中商业建筑面积为2.8万m2，地下车库和设备用房建筑面积为9.7万m2，地下室共3层（局部4层），埋深16.5m。图1为上海普陀区真如社区W060802单元E03-03地块鸟瞰图，图中左侧为东面。

图1 上海普陀区真如社区W060802单元E03-03地块鸟瞰图

根据主体设计，基坑开挖深度最深为17.9m，地铁14号线埋深14.8-15.3m，穿过地块中间，地铁11号线紧邻地块西侧，地块东侧靠近综合管廊，埋深约2-5m，地块西南角有220kV高压线路，最近距离8m，地块西北角有天燃气、电力、暖气管道。

2 地质情况

根据岩土工程勘察资料，拟建场地地基基础影响深度范围内的地层属第四纪全新世～中更新世长江三角洲滨海平原型沉积土层，主要由粘性土、粉性土以及砂土组成。按地基土层的成因类型、空间分布及土性特征，土层自上而下分为13个主要层次。场地地表由于人工活动的影响分布有厚度约1.30-4.20m 左右的第①1 层杂填土；除暗浜区域外场地浅部沉积有俗称“硬壳层”的第②层褐黄～灰黄色粉质粘土，其下为第③层灰色粘质粉土夹淤泥质粉质粘土、第④层灰色淤泥质粘土，该三层土连同第⑤层灰色粘土、第⑥层暗绿～草黄色粉质粘土、第⑦1层灰色砂质粉土、第⑦2 层灰色粉砂及第⑧1 层灰色粉质粘土为本工程基坑开挖主要涉及和影响土层。第⑧2 层灰色砂质粉土夹粉质粘土，其下为第⑨1 层灰～青灰色粉砂、第⑨2 层灰色粉砂、第⑩层灰色粉质粘土、第（11）层灰色砂质粉土、第（12）层灰绿色粉质粘土夹粉砂，第（13）层灰色粉砂，本次勘察130.33m 范围内未揭穿第（13）层灰色粉砂。土层物理力学性质成果如表1所示。

表1 土层物理力学性质成果表

3 轨道交通管理规定

根据《上海市轨道交通管理条例》（上海市人民代表大会常务委员会公告第5号）和《上海市地铁沿线建筑施工保护地铁》的要求，凡是地铁沿线一定范围内的建筑施工，均需进行评估对轨道交通设施产生的影响，并应采取相应防护措施。本工程处于地铁隧道外边线外侧30m轨道交通安全保护区范围内，所有施工引起地铁结构设施绝对沉降和水平位移不大于20mm，地下室防水等级达到一级。

4 基坑围护总体设计

4.1 基坑分区

按照上海市地铁管理部门要求及上海市建交委的基坑管理条文要求地下车站与隧道外边线外侧五十米内实施分区开挖[2]。分区开挖是指将基坑划分为若干区域，每个区域之间设置地连墙，各区域独立设计、施工，且必须待前一分区的地下二层顶板浇注完成后，再开挖下一分区的土方。研究和实践均表明，分区开挖对于限制深基坑的“时空效应”有非常显著的作用[3]。这是由于：1）基坑平面尺寸的减小，单次土方卸载减少，开挖的影响范围减小；2）平面尺寸小，支撑的刚度增大，变形减小；3）从施工角度而言，大基坑划分为若干小基坑后，工作展开面小，工效提升，因此基坑暴露时间缩短，阻止了围护体系变形随土体蠕变的进一步发展。截至目前，分区施工被认为是确保深大基坑安全、控制围护变形及周边环境影响最有效的手段[4]。

本项目基坑开挖总面积约 28645m2，基坑分为 11 个区先后交叉施工，其中 A 区、C1～C3 区、C6 区地下三层，B区、C4～C5 区地下四层，D 、E1区地下二层，E2地下一层。基坑信息汇总如表2所示。

表2 基坑信息汇总表

地块基坑临近地铁一侧留出15～20m 宽的区域作为加固缓冲带后施工，各小分区沿地铁方向的长度一般控制在50m左右，面积一般控制在1000m2左右，在小分区外侧设置A 、B区，先进行基坑开挖。A区因面积太大，设置中隔墙。在14号地铁两侧临近区域分别设置C1～C6区，为降低基坑施工对轨道交通设施的影响，每个分区控制基坑面积在1200m2以内，其它按施工进度设为D、E 区。基坑围护分区如图2所示。

图2 基坑围护分区示意图

4.2 各分区支护体系

本工程采用1m、1.2m 厚地连墙，深度29m～45m，地连墙混凝土设计强度等级为C35，水下实际浇筑混凝土C40，抗渗等级为P6，地连墙共计222幅，地连墙之间采用十字钢板接头和圆形锁口管柔性接头。地连墙内、外侧采用Ф850@600三轴水泥土搅拌桩进行槽壁加固。

各分区坑内一定深度范围内采用Ф850@600三轴水泥土搅拌桩裙边加固，搭接250mm，单桩水泥掺量20%，加固体以上土体采用单桩10%低水泥掺量对扰动土体进行补强。坑内三轴搅拌桩加固体与地墙成槽加固体间留有400mm空隙，采用Ф800@600三重管高压旋喷桩填充加固，单桩水泥掺量25%。

C1区～C6区地下连续墙与轨交区间原有围护结构空隙处采用5Φ2000MJS旋喷桩止水，桩长20m、45m。基坑围护平面布置如图3所示。

图3 基坑平面布置图

A、B区基坑竖向分别设置4道、3道钢筋混凝土支撑， C1～C5区设置1道钢筋混凝土支撑，4道带轴压自动伺服系统的609钢管支撑， D、E区分别设置2道、1道钢筋混凝土支撑，围檩截面1200 ×1000、1000×1000，主撑截面1000×1000，连杆截面800 ×800 ，栈桥梁截面1000×1000、1000×1200，栈桥板厚度300，混凝土强度等级C35。

在结构设计与基坑围护设计单位对基坑荷载、变形、结构受力复核后，底板后浇带处设置H400×400×13×21型钢换撑，间距3m。

在楼板缺失处需加设临时支撑，设置在楼板梁处，临时支撑采用截面700×400钢筋砼支撑，待地下室全部完成后方可拆除。

5 基坑围护重、难点分析及对策

5.1 紧邻运营中地铁保护

整个场地被地铁14号线从中贯穿，盾构区间宽度约52.6m，基础埋深约23～24.2m，比本工程基坑深度深，地铁保护要求严格。

施工顺序为：紧邻地铁区域围护→坑内加固→桩基施工，控制搅拌桩提升、下沉速度和MJS/RJP工法桩引孔、提钻喷浆速度，保证地墙成槽精度、泥浆性能、工艺连续性作业、承压水头控制，分区开挖，南北均衡，加强监测。

5.2 场地西南侧的高压线保护

场地西南侧存在一处220kV高压电力线路，高压线距离地面高度约32.6m，距离地块开挖边线最近约为9m。

施工前核实高压线位置、走向及高度，合理规划施工设备行进路线，设置限高架；施工临近高压线区域时，保证设备位置位于高压线水平安全距离内；高压线下禁止大型车辆停留，在施工现场高压线路地平面投影线处设置明显的标志牌及限位器；不得在架空高压线正下方搭设作业棚、生活设施或堆放架具、材料等；配备专职人员指挥大型施工机械转场，配备足够的干粉灭火器。

5.3 北侧古树保护

基坑北侧有一古树，距离E1区开挖边线约30.78m，距离B区开挖边线约30.94m，根据现场条件，采用栅栏隔离，协同园林管理部门共同保护，临近区施工时，控制施工速率和设备施工角度。

5.4 南郑路综合管廊保护

地块南侧规划南郑路，下设综合管廊，埋深约2.3～5.6m，采用单舱结构，截面尺寸3.3×3.35m，内含通信、电力、给水公用管线。

施工前摸清地下综合管廊位置、埋深及结构形式，基坑围护及土方开挖采用合理分区施工，控制槽壁加固施工工艺参数、接缝处RJP及MJS施工质量和降水，加强监测。

5.5 地连墙转角幅多，施工难度大

地连墙转角幅多，异型槽段施工精度、钢筋制作与安装要求高。

大钝角幅段导墙采用“蝴蝶结”形式，成槽渣土及时清场，及时安装钢筋笼、灌注砼，减少空槽时间，钢筋笼吊装时配备更多的辅助措施材料与人、机设备协同配合，及时安装就位钢筋笼体与进行混凝土浇筑工作，避免空槽时间过长及影响槽段质量和后续工序衔接。

5.6 地下水位条件复杂

基坑开挖深度约17.3～19.0m ， 场地存在第⑦层承压水，最浅埋深约27.46m。当基坑开挖至13.2m时，坑内地基土第⑦层承压水稳定性处于临界状态，外围采用1m厚45m深地连墙，墙趾进入第⑧1层隔水层，隔断了坑内外第⑦层承压水水力联系，基坑开挖过程中仅需要针对第⑦层进行疏干泄压。

布设坑内外潜水水位观测井和周边管线、道路、建筑物等设施的沉降监测点。各分区基坑地连墙及止水帷幕封闭后，在开挖前需进行潜水降水及预降压试验，以验证地连墙及止水帷幕施工质量及止水性能。如坑外潜水水位及承压水位出现异常下降，则采取地连墙防漏措施，再进行试验，验证地连墙止水满足设计要求后方可开挖基坑。当潜水降水和预降压试验结果很不理想时，则在基坑外围布置必要的潜水及承压水回灌井，以控制坑内降水对周边环境不利影响。回灌井设置在外围地墙与用地红线间，潜水回灌井和承压水回灌井间距10m。基坑开挖过程中，坑外潜水水位下降1.0m时，启动对应范围内的潜水回灌井；坑外承压水位下降2.0m时，启动对应范围内的承压水回灌井，水位回灌至初始水位后方可暂停。

各分区底板完成后需保留部分降压井，留作后续基坑开挖及中隔墙凿除的应急抢险设施，待中隔墙凿除并连接两侧底板后，方可封井。

5.7 RJP、MJS的质量保证措施

地连墙接缝处采用1500大直径RJP高压旋喷桩进行补强止水， 施工有效范围为-27.60～-50.10m，与地块轨交区地下保护设施原地连墙处采用2000大直径MJS高压旋喷桩止水，桩深45m，施工范围内的RJP、MJS主要需穿透⑦层砂层。

采用垂直度较好，钻进能力较大的工程钻机进行引孔，确保其垂直度和有效的引孔直径。RJP 、MJS须待周边地连墙施工结束并达到设计要求强度方可施工。施工前进行2根RJP、MJS高压旋喷桩非原位试桩，以确定实际用的水泥掺量、水泥浆液水灰比、钻机下沉与提升速度等施工参数和步骤，并根据试桩过程中出现的问题进行调整。

5.8 工序复杂、工期紧、工作量大、分区较多，施工相互制约

施工工序有三轴搅拌桩、地连墙、钻孔灌注桩、高压旋喷桩、MJS、RJP、管井、压密注浆等，施工期间相互干扰大。本项目为深大基坑，邻近地铁车站、区间隧道、高压输电塔，为确保基坑、地铁公共设施及周边环境安全，合理利用场地，与桩基施工单位协调施工顺序及场地交付，合理组织施工流程和选择机械设备，以便合理衔接施工。

6 结语

基坑围护属于临时性设施，在施工期间应确保基坑自身安全和减少对周边环境影响。本文通过工程实例，总结了紧靠地铁大面积深基坑围护的施工方法和措施：1）在靠近地铁保护区内的基坑应采用分区及对称开挖；2）在地铁保护区范围内及周边环境较差情况下，尽可能采用多种施工措施保护地铁运行线路安全，同时方便施工，加快工期。