深基坑潜水预降水对邻近地铁隧道的影响分析

深基坑潜水预降水对邻近地铁隧道的影响分析

谢海生

上海建工一建集团有限公司   上海浦东新区   200120

摘  要：对于地下水位高的软土区域，土方开挖前应进行潜水预降水，以减少开挖范围的土层含水量，便于基坑开挖、土方运输，并检验上部止水帷幕的止水质量。而预降水引起土体压缩固结，诱发基坑围护变形，进而对周边环境产生影响。大部分基坑变形初始值采集一般在预降水完成后，预降水阶段造成的基坑变形及对周边环境的影响便得不到监测、难以引起重视。本文以上海浦东新区某深基坑工程为例，分析预降水间接引起基坑外隔离桩的位移变化、轨道交通区间隧道的沉降收敛明显变化，总结实际经验，可作为其他类似工程参考。

关键词：超深基坑；潜水预降水；轨道交通；环境影响

0 引言

地下水位较高地区（如长三角地区）深基坑降水多数情况下包括三个阶段，即基坑开挖前进行潜水预降水；当开挖涉及承压含水层不满足抗突涌条件时，在开挖至临界深度后，按需开启减压降水深井；随着基坑降水的进行，基坑内土体应力场会发生变化，引起地连墙向坑内偏移，从而导致坑外土体及邻近建筑物变形[1]。由于目前大部分基坑变形初始值采集一般在预降水完成后，预降水阶段造成的基坑变形及对周边环境的影响便得不到监测、难以引起重视，目前基坑降水对围护变形的影响研究多为基坑开挖阶段的研究[2~5]，相关规范中也没有涉及基坑前期预降水对基坑围护影响、周边环境变化的计算和预防控制措施[6~7]。

本文以上海浦东新区某深基坑工程为例，本基坑紧邻轨道交通区间隧道，在本项目第一阶段施工基坑①区预降水施工期间，轨道交通侧隔离柱及轨道交通监测数据齐全，分析①区预降水间接引起基坑外隔离桩的位移变化、轨道交通区间隧道的沉降收敛变化，总结实际经验，可作为其他类似工程参考。

1.工程概况

上海浦东新区某地块项目为金鼎地下空间联通核心四地块之一，本地块基坑总面积约2.5万㎡，因邻近轨道交通12号线区间隧道，分为五个基坑分区分阶段施工，其中①区、③区地下四层，基坑开挖深度21.60m，局部深坑挖深达26.70m；③-1~③-3区地下两层，基坑开挖深度13.30m。

基坑安全等级为一级，采用分区分层盆式开挖。利用地下连续墙作为围护体，地下四层区域外围深度61m、中隔墙区域深度44.10m，地下四层区域设置五道混凝土支撑进行围护。

基坑南侧环境保护等级为一级，东侧环境保护等级为二级，中隔墙区域、地铁保护区域环境保护等级为三级。本工程南侧紧邻轨道交通12号线区间隧道，区间隧道埋深浅（埋深6.0~7.6m，隧道基本位于上海典型软土第③1层淤泥质粉质粘土及第④层淤泥质粘土中），地下四层、地下两层基坑边线分别距离轨道交通最近约27.8m、10m。为有效减少基坑开挖对区间隧道的影响，在分坑设计的基础上，基坑外南侧设置一排∅700@900隔离桩，有效长度为30m。

图1  基坑分区及周边环境示意图

2.工程地质情况

根据工程所处位置，按上海地貌单元分区图，该工程场地属于滨海平原地貌单元。根据工程勘察结果，地基土分为十二大层及若干亚层。土层物理力学参数成果见表1。

表1  土层物理力学参数成果表

图2  围护剖面与区间隧道相对位置图

（标高单位：m；长度单位：mm）

3.基坑降水分析及设计

开挖范围内需要疏干的层位包括第②1层粉质黏土、第③1层淤泥质粉质黏土、第③T层黏质粉土、第④层灰色淤泥质黏土、第⑤11层灰色黏土。这些土层含水量高，疏干难度大，且第③T层黏质粉土为极难有效疏干的含水夹层。因此设置真空疏干深井，并进行潜水预降水，疏干开挖范围内潜水。

基坑开挖前需针对承压层进行减压降水，开挖深度下分布的承压含水层⑤42、⑦11、⑦12、⑦2、⑧22、⑨12、⑨2层相互连通，含水层最浅层顶埋深约29.12m，勘察测得水位埋深4.00m。地下四层区域安全水位埋深14.20~24.33m，地下四层区域外围深度61m，墙趾已进入第⑧22层，但未能完全与承压水隔离，形成了减压降水悬挂式止水帷幕。坑内应安装减压降水深井，同时安装备用的观测水井，以严格实现坑内按需降水。在坑外设立观测水井，以监测坑外承压水水位。在基坑外南侧轨道交通50m保护范围内设置回灌井，井间距10m，进行按需回灌，缓解减压降水对轨道交通的影响。

4.①区潜水预降水情况

为有效减少基坑开挖对区间隧道的影响，本项目分坑分阶段实施，首先开挖区域为靠近地铁的地下四层基坑（①区）。①区基坑面积约9600m2，基坑南侧、东侧及西侧采用∅850@600三轴裙边加固，加固宽度10m，深度至开挖面下6m。

基坑内设置真空疏干深井，对潜水疏干处理，控制地下水水位在每层土开挖面以下1.0m，为基坑开挖作业提供良好环境。本项目①区基坑单井有效疏干面积按照约200m2布置，共布置35口真空疏干深井，井深设定在开挖面下约6m，深度28m。

因本项目为紧邻轨道交通深基坑，后期开挖工期要求严格，且开挖范围内土层为可塑、流塑状态的上海典型软土，并存在粉性土夹层第③T层黏质粉土，为达到预降水的疏干效果，本项目疏干深井成井提前筹划，在基坑冠梁及首道支撑形成前施工，并完成全部成井工作。

本项目①区于2023年3月25日完成成井工作，3月25日开始大面积潜水预降水，为保证疏干效果，保持井内抽水动水位在26m以下，并程加载真空，真空控制在65kpa以上，至4月14日（预降水时间21天），在预降水期间，首道支撑还未完全形成，基坑围护测斜监测还未进行。

5.潜水预降水阶段变形监测数据分析

在潜水预降水期间，基坑外潜水观测孔水位基本无变化，但基坑南侧隔离柱测斜普遍增加约2.5mm（测点ZX3~ZX6，统计深度15m、20m处）、轨道交通区间隧道下行线沉降及收敛变化均较为明显（沉降最大变化量3.5~4.0mm、收敛最大变化量3.5~4.0mm），至4月14日因区间隧道变形明显，停止预降水。

图3基坑外潜水、隔离柱测斜监测点平面布置图

（1）基坑外潜水变化情况：在预降水期间，坑外潜水观测孔水位变化均低于0.2m，显示上部潜水止水帷幕止水效果良好；

（2）基坑外南侧隔离桩测斜：基坑南侧中部区域隔离桩测斜点ZX3~ZX6累计测斜值比较明显，累计测斜值最大分别为8.72mm（深度20.5m）、5.99mm（深度15.5m）、4.40mm（深度14.0m）、5.81mm（深度15.0m）其他隔离柱基本无变化。在预降水期间，ZX3~ZX6监测点在试验期间最大增加值分别为3.14mm（深度9.5m）、1.26mm（深度20.0m）、2.04mm（深度19.0m）、3.01mm（深度25.5m）；选择隔离桩测斜点ZX3~ZX6分别在15m、20m深度测斜值统计如下：

图4隔离桩深层水平位移(测斜)值历时数据

由图4可以看出，在潜水预降水停止后，隔离桩测斜无继续增加趋势，趋于稳定，表明在支撑未形成前大幅度潜水预降水，造成基坑围护变形，从而导致基坑外土体变形明显。

（3）轨道交通区间隧道变形：在预降水期间，轨道交通区间隧道下行线收敛变化及沉降变化明显，变形主要集中在基坑正投影区域，特别是正投影中间区域，沉降最大增加值3.29mm（XJL26点）、收敛最大增加值4.50mm（XZL25点）；远离基坑的区间隧道上行线沉降及收敛值变化均在0.5mm以内。

图5预降水前后区间隧道下行线累计沉降值曲线

图6预降水前后区间隧道下行线累计收敛值曲线

隔离桩测斜点变形比较明显测点（ZX3~ZX6），与区间隧道下行线收敛及沉降变形较大区域基本完全重合，表明基坑外土体及隔离桩产生侧向变形位移与区间隧道收敛沉降变化区域一致，大幅度潜水预降水对周边环境影响较大，在基坑外有重要构建筑物时，应根据实际工况，严格做到分阶段按需降水。

6.结语

通过对本项目基坑潜水预降水期间针对隔离柱及地铁区间隧道的监测数据分析，得出结论如下：

（1）基坑潜水预降水引起地连墙及基坑外土体发生内凸型侧移，中间区域变形最大，向两边逐渐减小；

（2）潜水预降水期间，基坑外隔离桩产生侧向变形位移与区间隧道沉降收敛变化区域一致，大幅度潜水预降水对周边环境影响大，在基坑外有重要构建筑物时，特别是当基坑深度大、疏干井深度大时，应根据实际工况，严格做到按需预降水；

（3）存在软土等需长时间潜水预降水的基坑，为减小潜水预降水造成邻近地铁隧道微变形应合理安排工期，潜水预降水应在在首道支撑形成后进行抑制潜水预降水引起的变形。

（4）在基坑开挖前采集围护体变形初值，而潜水预降水阶段引起的围护体变形以零计算。为保证基坑监测数据的真实、监测基坑安全，建议基坑工程围护变形监测应在潜水预降水前开始。

参考文献

[1] 郑刚, 曾超峰.基坑开挖前潜水降水引起的地下连续墙侧移研究[J].土木工程学报, 2013(12): 2153-2163.

[2]罗志华.基坑开挖前降水对围护变形影响分析[J].水利与建筑工程学报, 2021(02): 185-190.

[3]沈玉涛.软土地区深大基坑分区开挖力学效应数值模拟[J]. 水利与建筑工程学报, 2017, 15(6):23-27．

[4]谷拴成等.深基坑工程预降水诱发地表沉降分析[J]．科学技术与工程, 2018, 18(30):233-237．

[5]郑刚, 李志伟.不同围护结构变形形式的基坑开挖对邻近建筑物的影响对比分析[J].岩土工程学报, 2012, 34(6):969–977.

[6]建筑基坑支护技术规程:JGJ120—2012[S].北京:中国建筑工业出版社, 2012.

[7]姚天强, 石振华, 曹惠宾.基坑降水手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2006.