邱经纬
上海陆家嘴金融贸易区开发股份有限公司 上海 200120
随着城市建设不断推进，地下空间不断利用开发，在现有运营地铁周边进行深基坑施工对地铁周边环境影响较大。尽管已有大量相关工程对周边环境相互影响的分析研究，但在紧贴地铁超深基坑的不同施工环境下，既要保证基坑安全稳定，又要确保紧贴基坑的地铁区间隧道的沉降变形在可控范围依旧复杂[1-6]。以上海前滩16-2地块为例，对基坑施工进行优化研究，确保地铁正常运营，周边楼宇安全。
1.1 周边环境概况
背景项目位于上海市浦东新区杨思西路以北、东育路以东、济阳路以西、企荣路以南。工程地下3层，靠近地铁侧为地下2层；
地上裙房4层，主楼130层。
南侧邻近杨思西路下轨道交通8号线东方体育中心站—杨思站区间隧道，基坑边线平行地铁结构延长距离约190 m。北侧距离企荣路前滩企业天地办公楼及裙房约22 m（图1）。
图1 基坑周边环境平面示意
1.2 地质水文概况
拟建场地位于上海市浦东新区，属长江三角洲冲积平原，地貌形态较单一，地貌类型属滨海平原。勘察测得地面标高一般在4.19～5.41 m，平均标高4.59 m。场地范围内揭露的地基土均属第四纪沉积物，主要由黏性土、粉性土及粉砂组成，主要涉及土层有⑤3-2透镜体土层⑤3-2t灰色粉质黏土，第⑦层在局部分布有⑦t灰色粉质黏土。
潜水稳定水位埋深在地面以下0.50～1.20 m，相应标高在3.43～4.21 m之间。平均潜水位标高为3.82 m。承压水分布于⑤2-1层砂质粉土夹粉质黏土、⑤2-3层粉砂和⑤3-2层砂质粉土中。
1.3 基坑概况
基坑开挖面积约15 775 m2，基坑周长560 m，开挖深度约15.2 m，安全等级为一级，环境保护等级为一级。地下3层开挖面积约13 205 m2，与隧道外边线最小净距20 m；
地下2层开挖面积约2 285 m2，开挖深度约10.8 m，与隧道外边线最小净距9.3 m。隧道顶覆土8.5～12.2 m。整个基坑分为6个区：1区开挖面积6 209 m2，开挖深度14.55～16.25 m；
2区开挖面积6 993 m2，深度14.55 m；
3区—6区开挖面积651 m2，开挖深度10.6 m。
围护施工前在对应的地铁影响范围内隧道结构确认中发现，对应基坑的隧道区间上行线结构由于年代久远，较多环号均发现有渗漏水及结构病害现象。最终，为保护地铁结构，控制变形速率，确定要求如下：最终绝对沉降、隆起值、水平位移量＜20 mm，施工引起的地铁结构变形速率＜1 mm/d，且不得影响其安全及正常运营。
综上情况，需结合工程实际情况制定优化方案并制定相应措施，在基坑施工时以确保地铁运营安全为首要施工原则。
1区及2区围护采用地下连续墙＋3道钢筋混凝土支撑，3区—6区围护采用地下连续墙＋1道钢筋混凝土支撑＋2道φ609 mm钢管水平支撑。
3.1 围护加固措施
地下连续墙的刚度大，但是由于其需开挖狭长深槽，受土质影响，狭长深槽的自立性较差，较易发生槽壁坍塌且深槽的塌方量较大，极可能造成土体位移，这对地铁隧道的保护是非常不利的。为此，采取以下措施：
1）对非地铁侧的1区、2区处：地下连续墙成槽前，用φ850 mm水泥土搅拌桩对地下连续墙两侧进行加固。为保证加固达到预期效果，水泥掺入量≥20%，加固深度范围26～28 m。坑内三轴水泥土搅拌桩加固体与地下连续墙间300～500 mm空隙采用φ600 mm的三重管高压旋喷桩填充加固，加固范围－23.90～－7.80 m。
2）对地铁侧3区—6区：采用φ850 mm的三轴水泥土搅拌桩进行抽条加固，水泥掺量≥23%，加固范围－24.00～－5.20 m。同时，在新老地下连续墙连接处采用RJP旋喷桩进行止水加固，以保证开挖施工时的防水要求。
3）对地铁侧地下连续墙采用了间隔施工法，间距3幅；
同时在地下连续墙内预留注浆管，当地下连续墙达到设计强度后即进行墙底注浆，以减小支护结构的位移，并将单幅地下连续墙施工时间严格控制在16 h内完成。
3.2 提高降水效率及加强监测
本工程开挖范围内主要以淤泥质粉质黏土土层为主，具有含水量高、强度低、渗透性差的特点，基坑开挖时极易产生流变、蠕变现象。若不采取措施降低土层含水量，将造成开挖面软弱、积水等不良现象，影响开挖面上的施工，较高的含水量也使得土体自立性差，影响开挖效率。
采用疏干降水深井形式进行潜水处理，并尽可能增加预抽水时间；
采用新型超级压吸联合抽水系统（图2），有效疏干需要开挖土体，降低基坑开挖深度范围内的土体含水量，从而确保顺利开挖。
图2 超级压吸联合抽水系统
由于位于地铁隧道20 m控制线范围内，需要密切注意坑外水位变化，防止由于隔水帷幕止水效果问题导致坑外水位有较大变化，造成坑外地面、地铁区间隧道和管线产生较大沉降，因此需要布置坑外观测井观测水位变化。对场地南侧地铁隧道及场地周边市政管道沉降情况进行重点监测，当沉降接近报警值时，对坑外观测兼回灌井进行回灌，控制坑外沉降。为有针对性地对⑤2-1层和⑤2-3层进行水位观测和回灌，在该2层分别布设坑外观测兼回灌井。
3.3 支撑优化措施
项目把位移和变形控制放在首位，尤其是靠近地铁侧更是重点保护对象。同时工程可利用场地极其有限，除南侧围护体与红线距离大部分能达到6 m外，其余三侧围护体与红线距离不足3 m，无法满足车辆通行要求，给场内交通组织、材料堆放等带来了极大困难。为此，对支撑采取以下优化措施：
首先，在靠近杨思西路地铁侧3区及6区第2道、第3道转角处设置钢筋混凝土角撑及板撑，以增加支撑体系刚度，再在3区—6区基层底板厚300 mm垫层内设置H型钢支撑，并施加300 kN预加轴力。
其次，支撑集中分段施工，快速形成支撑体系。开挖阶段将整个大坑支撑分为10块，每块区域面积约为600 m2，集中人力和机械开挖，随挖随浇筑（后续分块支撑混凝土强度相应提高至C60），确保每块区域从挖土到混凝土支撑浇筑完成的施工时间控制在12 h内。
最后，优化栈桥，将后开挖区域的基坑部位浇筑硬地坪作为材料堆场和加工厂，在满足堆载不超过设计要求的前提下用作材料堆场，支撑施工所需的钢筋预先加工配置，及时运至现场随用随运。
3.4 基坑开挖及底板浇筑措施
考虑基坑开挖对地铁和周边环境的影响，开挖分6个区域（图3）。首先开挖1区，待1区底板到强度后进行2区开挖；
待1区出±0 m后依次进行3区、4区施工，其中3区底板达到强度后进行4区开挖；
2区出±0 m后依次进行5～6区开挖，其中5区底板达到强度后，方可进行6区开挖。
图3 基坑分区示意
为了减少挖土时支护结构的变形，采用了顺作盆式开挖，在及时形成对撑的情况下，根据出入口的位置进行四周土方的开挖。这种开挖方式的优点是挡墙的无支撑暴露时间短，同时保留了地铁侧20 m区域的保护性土坡，这部分留土的反压可抵消部分土压力，以减小支护结构的变形。
本工程土方共分4次挖至基坑底，每次先行开挖中部或远离地铁侧的部位，保留地铁侧20 m范围内的土体1∶1.5放坡，为之后邻近地铁侧的施工提供支撑工作面。
2区基础底板施工时进度较为紧迫，需满足地铁监护60 d的施工要求。为了确保地铁区间隧道及2区基坑结构安全，加快2区地下室回筑施工进度，确认取消原有后浇带改为跳仓法施工，最终在55 d内提前完成。
施工期间经地铁监护委托第三方机构的监测，本工程对基坑、地铁进行施工阶段全过程监测。
重点分析1—6区基坑分区开挖阶段，对地铁区间隧道上行线静力水准仪自动化沉降、激光测距自动化收敛数据进行整理显示：
上行线沉降累积变化值：1区—2区开挖阶段，沉降值范围2.01～3.35 mm；
1区—2区底板结束后进行上行线外侧及下行线内侧注浆，直至收敛值成功回归至预期值，注浆至区块开始开挖期间的沉降范围为－4.47～3.35 mm；
3区—6区开挖阶段，沉降值范围－4.47～3.54 mm。
上行线收敛累积变化值：1—2区开挖阶段，沉降值范围7～21 mm；
1区—2区底板结束后进行上行线外侧及下行线内侧注浆，注浆至区块开挖期间的收敛累积变化范围为21～23 mm；
3区—6区开挖阶段，收敛累积值范围23～30 mm。
地铁隧道最终实测绝对沉降量及水平位移量仅有2处达到20 mm（测点共49处，累积变化量报警的2处由于原先初始变量就已达近10 mm），完全符合地铁正常运行的要求。
综合分析各阶段上行线沉降累积变化值、收敛累积值变化规律可知，分区施工方法及注浆节点的把控对于控制地铁区间隧道变形、沉降起到重要作用，也充分证明了施工前制定的各项施工方案优化和措施都是行之有效的，达到了预期效果。
根据监测数据情况结合现场实际条件（企荣路侧人行道路下管线众多），先后进行了2次微扰动注浆加固（图4），2019年12月29日—2020年1月12日，加固8号线上行线185环—215环。2020年12月12日—2021年1月18日，加固8号线上行线97环—228环。
图4 微扰动注浆剖面
第1次注浆上行线185环—215环范围，注浆前隧道直径与设计值相比，变形值在55.1～89.1 mm之间，注浆后隧道直径与设计值相比，变形值在51.2～77.1 mm之间，注浆施工引起的直径缩小，最大为14.4 mm。
第2次注浆上行线97环—228环范围，注浆前隧道直径与设计值相比，变形值在45.6～94.2 mm之间，注浆后隧道直径与设计值相比，变形值在48.1～79.7 mm之间，注浆施工引起的直径缩小，最大为16.2 mm。
通过对区间隧道两侧土体进行微扰动注浆的补强加固，有效缓解区间隧道的进一步扩张变形，防止区间隧道因结构持续扩张变形而产生渗漏水、漏泥漏砂、结构裂缝甚至管片碎裂破坏等病害。
前滩16-02地块项目工程深基坑施工实践表明：进行地铁边及对地基沉降、位移要求极高的深基坑施工时，必须严格按照“时空效应”理论组织施工，这对减少地下连续墙围护体的沉降、位移的累积变形量极为有利；
在土方开挖至设计标高后，应快速完成混凝土垫层，以控制土体的反弹、围护体的侧向位移；
在邻近基坑边开挖面以下进行土体加固效果显著，对抑制坑底土的隆起和地下连续墙的突变起到很好的支撑作用；
施工中应对隧道收敛变形进行治理，确保施工区域内的隧道收敛变形趋于稳定，确保后续施工过程中地铁的运营安全。