软土地区临地铁深基坑方案优化

软土地区临地铁深基坑方案优化

李晨吉

上海交通建设管理有限公司

摘  要：以上海某临近地铁工程的基坑设计为例，基坑西侧临近7号线区间隧道，原设计方案为临地铁侧设置3个小分坑A1、A2、A3，待中间A2分坑地下室结构完成±0之后开挖两侧A1、A3小坑。为加快建设进度，此项目创新性提出三个基坑同步开挖、分隔墙随挖随凿思路，在保证基坑开挖对地铁7号线影响可控基础上节约工期和造价。

关键词：临地铁；深基坑；同步开挖

0引言

截至2023年12月，上海地铁在建线路共有15条，在建里程共335.81千米。根据规划，上海市城市轨道交通2030年线网总长度约1642千米，其中地铁线1055千米，市域线587千米。上海地铁在整个城市公共交通运输中扮演着重要角色，对缓解交通压力起着不可替代作用。

上海市区城市建设不断发展，地铁与基坑不可避免的发生交集，50m范围是地铁的保护线，如何控制临地铁深基坑施工对运营地铁影响是深基坑设计关键。

上海市区临地铁深基坑一般采用分坑施工形式。软土地区一般通过限制分坑面积、严格控制施工顺序减少深基坑开挖对临近地铁影响[1-3]。

1 工程概况

建筑概况

某临近地铁新建工程，项目规划总用地面积为25109.8平方米。总建筑面积174940平方米，其中地上面积118940平方米（含连廊），地下总建筑面积56000平方米；

地下三层配建人防工程8997.19方米。为战时二等人员掩蔽部。防护等级为核6级，常6级。民防工程平战结合使用。战时为二等人员掩蔽部，平时功能为汽车库。

建筑裙房沿斜土路展开，裙房4层。高度24米，辅楼为板式格局，沿基地南侧展开，为12层，建筑高度60米。本工程主楼为塔状高层，布局在东安路与斜土路交叉口，主楼26层，主体建筑高度120米。

本工程工程桩采用钻孔灌注桩，桩径 550mm~850mm。

本工程底板面标高为-15.400，26层主楼区域底板厚度为2600mm，其余底板厚度1000mm。承台厚度1700mm~3200mm，围护分区B1区垫层厚150mm，围护分区A /B2区垫层厚度300mm。

地下室外墙及顶板对应位置均设伸缩后浇带和沉降后浇带，后浇带宽度800mm。

本工程上部结构分为三个区，26层部分（A 区）采用钢管混凝土柱钢梁框架-核心筒结构；12层部分（B 区）采用装配整体式框架-剪力墙结构；4层部分（C 区）采用装配整体式钢筋混凝土框架；跨斜土路连廊采用钢结构。

基坑西侧为轨道七号线区间（运营中），距离基坑围护边线21.8~29.7m；项目基坑范围对应轨交7号线区间里程范围约SDK19+155.000~ SDK19+258.000。此段轨道交通设计标高为-19.65m~-18.44m；此段基坑底标高为-12.05m~-13.65m。

基坑东侧为混6居民楼，距离基坑围护边线17.5~19.6m，此房屋基础形式为浅基础。

房屋现状： 6层砌体结构房屋，基础为混凝土条形基础。房屋平面形式为长条形，长度约20m，宽度约9m，长度方向（东西侧）与基坑边线方向垂直，最近距离17.5m。现状房屋东西向最大倾斜为1.4‰~3.2‰。

图1 基坑与地铁相对位置关系平面图

图2 基坑与地铁相对位置关系剖面图

本基坑靠轨道交通西侧、靠近浅基础房屋东侧基坑环境保护等级定为一级，其余段外侧基坑环境保护等级定为二级。

本基坑施工对地铁结构附加沉降及水平位移控制≤10mm。

2 工程水文地质

拟建场区属于上海地区“滨海平原”地貌类型，地面标高约为+3.77m~+4.21m。

根据本次勘察资料，场地地基土在勘察深度范围内均为第四系松散沉积物，主要由饱和的粘性土、粉性土和砂土组成。拟建场地揭示土层7 层，共11 个亚层，②、④、⑤层土为Q4 沉积物，⑦、⑨层土为Q3 沉积物。根据场地土层分布情况，拟建场区属于滨海平原区。

在基坑开挖深度范围内可能涉及的土层分别为：②层、③层、④层、⑤1-1 层。需采取挡土，隔水等围护措施，并同时在开挖时采取降水措施，保证基坑安全。坑底土为第⑤1-1 层土。

表1 土层物理力学参数表

经勘察查明，拟建场地分布有第⑦2-1 层砂质粉土，系上更新世河口-滨海相沉积层，是上海地区第一承压含水层，承压水位埋深一般为3～12m，一般呈周期性变化。

3 工程难点

本工程基坑面积18780m2，为地下三层结构，基坑开挖深度15.75~17.45m，属于深基坑工程。

在基坑开挖深度范围内可能涉及的土层分别为：②层、③层、④层、⑤1-1 层。需采取挡土，隔水等围护措施，并同时在开挖时采取降水措施，保证基坑安全。坑底土为第⑤1-1 层土，4层土为淤泥质粘土。 7-2-1层为承压水层，基坑设计期间应确保承压水安全。

场地浅层分布有较厚的高含水量、高压缩性极软弱的4层淤泥质粘土，该土层呈流塑状态且压缩性大，具有明显触变及流变特性，在动力作用下土体强度极易降低，在基坑支护结构设计及施工时应予以关注。

场地西侧为轨道七号线区间，七号线区间隧道距离基坑开挖边线21.8~29.7m，区间盾构隧道顶标高位于本项目基坑坑底以下，基坑设计应满足地铁监护办要求。

如何有效控制基坑开挖对地铁7号线影响为本工程最大难点。

4 原临地铁侧分坑围护方案

上海临地铁侧基坑采用分坑进行设计，邻近地铁侧基坑分区面积不大于1000m2，B2区由于靠近房屋，现状房屋倾斜较大，故控制分区宽度约30-40m。根据该原则，本工程基坑共分为3个小基坑，2个大基坑，其中A1区面积为992m2，A2区面积为956m2， A3区面积为892m2 ，B1区面积为12303m2 ，B2区面积为3406m2 。

整体按照B1—A2、B2—A1、A3施工顺序。

邻地铁侧A1、A2、A3三个基坑原设计施工顺序为先施工A2，待A2出±0后再施工A1、A3。

图3 临地铁侧基坑不同步开挖分区平面图

图4 临地铁侧基坑不同步开挖支撑平面图

其中A1采用第一道混凝土支撑、第二~四道混凝土角撑+钢支撑对撑，A2与A3采用第一道混凝土支撑、第二~五道混凝土角撑+钢支撑（带伺服）对撑。

图5 临地铁侧基坑不同步开挖支撑剖面图（A1区）

图6 临地铁侧基坑不同步开挖支撑剖面图（A2、A3区）

5 优化临地铁侧分坑围护方案

由于临地铁侧基坑不同步开挖，施工工期长，为加快施工进度，经与监护办沟通，可采用三个分坑同步开挖方案。

A1、A2、A3分坑面积不变，但三个分坑同步开挖，其中A1与A2、A2与A3间分隔墙随挖随凿。

同步开挖方案充分利用分隔墙整体刚度，可有效控制A区基坑坑底抗隆起和侧向位移。

图7 临地铁侧基坑同步开挖分区平面图

图8 临地铁侧基坑同步开挖支撑平面图

A1、A2、A3三个分坑统一采用第一道混凝土支撑，第二~四道混凝土角撑+钢支撑（带伺服）对撑。

图8 临地铁侧基坑同步开挖支撑剖面图（A1区）

图9 临地铁侧基坑同步开挖支撑剖面图（A2、A3区）

变更后基坑围护方案可加快工期4个月，并可减少基坑施工对地铁影响时间，综合社会效益高。

6 变更后方案计算分析

为确保变更后方案对地铁7号线影响可控，采用三位有限元软件模拟基坑开挖对轨交位移影响分析，按照设计基坑施工顺序进行开挖。

图10 整体计算模型

图11 构件计算模型

经有限元计算，基坑开挖对地铁7号线位移影响结果如下：

a）水平位移云图   b）水平位移云图

图12临地铁侧基坑同步开挖引起地铁7号线位移

A区基坑开挖及结构施工完成后，地铁7号线隧道最大水平位移为2.07mm≤10mm控制。地铁7号线隧道最大竖向位移为0.67mm≤10mm控制，方向向上，管片隆起。均满足控制要求。

7 施工控制措施

A区变更后需采取如下措施，确保施工安全：

一、桩基施工期间：

1）三轴围护桩施工期间严格控制水泥浆液水灰比，施工时 ，搅拌下沉速度应控制在0.5m~0.8/min ，提升速度应控制在0.8m/min内，喷浆压力不应大于 0.8MPa。

2）严格控制搅拌桩下沉速度和搅拌提升速度，并保持匀速下沉（提升），搅拌提升时不应使孔内产生负压造成导坑周边地基沉降，在桩机筒身上做好明显标志，严格控制搅拌桩桩顶和桩底标高

3）为保证减少三轴围护桩施工时对基坑周边的扰动，对溢出的泥浆及时清理，防止堆载挤压

二、开挖施工期间：

1)A区基坑施工期间需合理安排混凝土角撑与钢支撑对撑施工时序，确保整体发挥作用

2)单块土体的开挖支撑的总施工时间控制在24小时内，钢支撑的开挖支撑时间严格控制在12小时以内，以控制围护结构的位移和坑底回弹。

3)施工单位应加强设备投入和现场施工组织，挖土须排出分区、分块、土方量的详细施工方案，严格按计划挖土。开挖后应及时浇筑垫层，快速形成底板。

三、拆除支撑施工期间：

1)A区、B1区、B2区分隔墙拆除流程

两侧基坑地下室B区－1层板浇筑完成并达到设计强度 →拆除B区－1层板200mm以上分隔墙→后施工B区0层板与先施工B区0层板直接连接浇筑→按柱网间距隔一拆一跳仓拆除B区－2层分隔墙→连通B区－1层结构主梁、连通 B区－1 层板→待强度满足设计要求后同样办法逐层向下施工→最后贯通结构底板。

分隔墙一侧先施工区域结构亦须凿除低标号混凝土区域，使得结构钢筋和接驳器外露，确保钢筋搭接长度及错开百分率满足设计要求。

2)A-1、A-2、A-3区分隔墙拆除流程

A区间分隔墙顶位于第二道钢支撑底部，A区开挖第三层土方时，隔墙随挖随凿至第三道钢支撑底；A区开挖第四层土方时，隔墙随挖随凿至第四道钢支撑底；A区开挖第五层土方时，隔墙随挖随凿至垫层底。凿除方式采取机械切割，分块大小1m*1m，采用50t汽车吊穿孔吊运出基坑。

3)分隔墙拆除注意事项：

由于本工程基坑分区施工，基坑中间分隔围护墙（地下连续墙）的存在，地下室结构断开，待相邻两侧地下室结构顶板施工完成后，开始凿除分隔墙施工，进行结构贯通施工。

4)拆除分隔墙总体思路：

从上到下逐层分段跳仓拆除，分段分层贯通结构楼板，直至贯通底板。分隔墙拆除前，两侧悬臂结构底部的临时型钢支撑不得拆除。

中隔墙破除采用切割，切割办法，先进行机械排孔，在采用静音切割为1m*1m的大小，重量约2.0吨，并用5吨的叉车运至预留洞口处，采用50t汽车吊转运至运输车中，拉走外运；

吊装采用两吊点，将分块隔墙机械打孔穿上φ25钢丝绳，吊点位于横向1/3L处，汽车吊作业半径20m，大臂35m。

根据50t汽车吊起重性能表，工作幅度20m，臂长29.68m时，起重量为3.0t，按最大负载率90%考虑，3.0x0.9=2.7t>2.0t,故50t汽车吊满足吊装要求！

中隔墙切割前，先对楼层面中隔墙先施工一侧500mm 范围内楼板采用人工风镐进行破除，找出梁预留接驳器和板筋。

底板区域结构两侧按照后浇带做法进行预留，即两侧底板结构下深500mm，做成凹槽式，分隔墙凿至底板垫层底，两侧结构底板预埋止水带或止水条进行防水。

8 监测方案

基坑施工前将委派监测单位对地铁侧环境进行监测点布置，施工过程中积极同隧道监测单位联系，及时向地铁监护部门汇报环境监测报表，及时获取隧道内部自动监测的最新数据，并根据监测数据对施工参数进行及时调整以保证及隧道变形在规范、设计要求范围内。

开挖过程中派专人与地铁监护部门及申通地铁集团对接，及时汇报相应的监测数据。在开挖前根据基坑特点编制应急预案并进行应急抢险及突发状况的应急演练，以便在遇到突发状况时及时做出正确的应对措施。

9 结语

（1）为节约工期，近地铁侧采用三坑同步开挖、分隔墙随挖随凿设计方案可满足监护办要求。

（2）施工过程中需合理组织施工时序，确保钢支撑快速形成整体，控制围护结构位移和回弹。

（3）施工期间需加强基坑、地铁监测，及时与地铁监护办对接，确保地铁位移满足监护办要求。

参考文献：

[1] 刘建航，侯学渊. 基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.

[2]朱 健，侯海芳，范垚垚，赵培龙，杜高帅. 软土地区紧邻地铁的深大基坑土方开挖技术[J].建筑施工，2018，5：656–661.

[3] 蔡剑韬.软土地区邻近地铁深大基坑开挖的设计实践[J].岩土工程技术，2015(4):163-168.

Optimization of Deep Excavation Scheme Near the Subway in Soft Soil Areas

XX

Abstract: Taking the foundation pit design of the Project near the subway as an example, the west side of the foundation pit is adjacent to the section tunnel of Line 7. The original design plan was to set up three small pits A1, A2, and A3 on the subway side. After the basement structure of the middle A2 pit is completed ± 0, the A1 and A3 small pits on both sides will be excavated. To accelerate the construction progress, this project innovatively proposes the idea of synchronous excavation of three foundation pits and simultaneous excavation of partition walls, which saves time and cost while ensuring the controllable impact of foundation pit excavation on Metro Line 7.

Keywords: Near the Subway; Deep foundation pit; Synchronous excavation