杨德志 ，李隽毅 （上海申元岩土工程有限公司，上海 200011）
0 前言
近年来，随着城市建设的快速发展，为了满足居民的出行方便，在一、二线城市陆续有设计地铁，地铁沿线有较多的商业建筑建设，为满足商业、停车等用途，设置了多层地下室，相应的基坑开挖较深。这些深基坑的开挖卸载，势必引起周边土体的位移，同时导致地铁隧道的变形，对于软土地区而言，相应的变形影响更为明显[1]，因此，对软土地区临近隧道的深基坑开挖造成的隧道变形影响进行研究，在深基坑设计阶段采取有效的保护措施，具有重要的工程实际意义。
对于上述问题，国内外学者采用理论计算、数值模拟、现场实测等手段开展了大量研究。其中，Dolezalova[2]等采用有限元分析了基坑开挖对临近隧道的影响；李平[3]等采用数值计算手段分析了不同位置关系工况下基坑开挖对隧道变形及受力的影响；姜兆华[4]系统的分析了基坑开挖对临近地铁隧道的影响。肖同刚等[5-6]对邻近运营地铁隧道的深基坑设计施工技术进行了分析，并结合工程实例，提出了临近地铁隧道的基坑设计施工和监护要点
本文以实际工程为背景，从基坑围护设计角度出发，通过基坑整体分区筹划，基坑围护选型，承压水控制等技术措施，来控制基坑施工引起的变形和对临近隧道的影响。
1 工程概况及地质条件
1.1 工程概况
上海市闵行区虹桥镇龙柏社区S110201、S110202单元15-01地块商业综合体项目（简称吴中路项目）位于闵行区吴中路以北、先锋路以南、虹井路以东、金汇路以西，占地面积约为6.7万m2。本项目为拆除重建项目，原场地烂尾楼工程，地上5层、地下一层已建建筑物，新规划设计方案为商业楼地上8层，地下室规划设计为西侧近地铁的已建地下一层保留并进行改造，面积为0.9万m2。新规划的地下室为地下二层及地下三层，其中地下三层区域基坑面积约32949m2，开挖深度14.3m，地下二层区域基坑面积约13355m2，开挖深度 10.6m，基坑总面积约 46304m2，基坑外边线总长度约921m。
1.2 周边环境概况
本工程周边环境复杂，西侧虹井路下方下伏轨道交通10号线，并在地块西北角位置龙柏新村站3号口留有地铁连通口，另外先锋路、虹井路下方下伏管线，重点保护对象为运营中地铁隧道及地铁车站。基坑周边环境图（详见图1）。
东侧地下室外墙距离用地红线最近处3.0m，红线外为已建5层家具城；南侧地下室外墙距离用地红线约为5.0m，红线外为绿化用地，红线外85.1m远处为吴中路；北侧地下室外墙距离用地红线5.0m，红线外为先锋路，下方下伏电力、信息、煤气等管线；西侧改造的地下一层地下室外墙距离用地红线约为24.9m，红线外为虹井路；虹井路下伏运营地下轨道交通10号线，新建地下三层外墙距离隧道外边线最近处约为66.3m；场地西北角为龙柏新村站3号口，本项目地下室外轮廓线距离龙柏新村站地下室外墙最近处2.4m。地下二层地下室有连通口接入龙柏新村站3号口。
图1 基坑周边环境图
土层的物理力学指标 表1
1.3 地质条件
根据地质勘察成果，各土层的的物理力学指标如表1所示。
地下水：浅部土层分布有潜水，主要补给来源为大气降水并受相邻地表泾流、地下管网影响，勘察期间量测的地下水稳定水位埋深0.70～1.10m，设计计算按上海市常年平均地下水位0.5m考虑。
承压水：根据地勘查报告，场地内分布有第⑤2-1层微承压水含水层及第⑦层承压含水层；且第⑥层土缺失，第⑤2-1层微承压水与第⑦层承压含水层存在水力联系；第8层土层缺失，第⑦层承压水与第⑨层承压含水层亦存在水力联系。且根据抽水试验报告，“第⑤2、⑤3组合层与第⑦层、第⑨层含水层之间有一定的水力联系，且相互之间的水力联系较明显”。
抽水试验的成果表 表2
2 基坑围护设计
2.1 基坑围护设计技术难点
本工程西侧虹井路下方下伏轨道交通十号线，并在地块西北角位置龙柏新村站3号口留有地铁连通口，根据《上海市轨道交通安全保护区暂行管理规定》，地铁结构设施绝对沉降量及水平位移量≤20mm。（包括各种加载和卸载的最终位移量），基坑施工期间运营地铁结构的允许变形量为10mm。
故本基坑邻近的地铁隧道的变形保护要求高，一旦变形过大，将对城市轨道交通运营系统造成严重的影响，因此如何控制基坑施工引起的周边环境影响，保证周边保护对象的变形在安全范围之内，是制约本工程基坑围护设计成败的关键因素。
本工程基坑面积较大，基坑总面积4.6万m2，且有地下二层及地下三层，开挖深度不一致，应考虑分期分区开挖实施，减少单坑面积，以降低基坑开挖对周边环境的影响。
另外，本工程场地存在承压水突涌问题，基坑开挖期间需要抽降承压水，且第⑤2、⑤3组合层与第⑦层、第⑨层承压水含水层之间有一定的水力联系，难以隔断承压水，故如何减小基坑降压对周边环境的影响，也是本工程基坑设计和施工需要重点考虑的问题。
2.2 基坑整体分区筹划
按上海市工程建设规范《基坑工程技术规范》，本基坑工程地下二层区域安全等级应为二级，地下三层区域安全等级应为一级，西侧临近地铁侧环境保护等级为一级，其余侧环境保护等级为二级。
本项目西侧邻近已建的轨道交通10号线隧道区间段，变形保护要求高。临近地铁的深大基坑要求分坑施工；临近地铁区域应采用“大坑划小坑”的原则进行分区施工，根据上述原则，为了减小基坑围护施工对轨道交通10号线隧道区间段和周边环境的影响，本次设计对整个基坑采取分区开挖的方法。
根据上述原则，本项目基坑在原地下一层保留区外，整体划为7个分区，各分区信息如下所示：
图2 基坑分区示意图
基坑分区情况表 表3
该基坑分区主要考虑了对10号线隧道及地铁车站的保护，并考虑了项目的开发进度，其中地下二层区域分为了 1-1、1-2、5、6 区，北侧 1-1、1-2 区内包含了商业1-3#主楼，为项目首先开发租售的重点，故单独分区并可以先行施工，5、6小分区的单独划分为保护地铁车站，在开挖1-1、1-2区的过程中起到了隔离作用。地下三层区域分为了3、4、5区，主要考虑整体开挖地下三层基坑面积较大，不利于对10号线隧道的保护，故根据主楼的轮廓分为了三个分区，避免了分区施工分隔主楼的问题，整体的分区施工顺序为隧道的位置关系由远到近施工，具体施工顺序如下：
①首先施工1-1区基坑，以确保北侧1区三栋主楼尽早施工完成；同时西侧A区地下一层进行改造；
②1-1区地下二层完成后，开始施工1-2区；
③待1-1区地下二层完成、A区地下室完成后，开始施工2区；
④待2区地下二层完成后，开始施工3区；
⑤待3区地下二层完成后，开始同步施工4、5区；
⑥待5区地下二层完成后，开始施工6区。
图3 基坑施工顺序图
2.3 围护桩设计
本项目临近地铁隧道，临近地铁隧道侧围护结构形式一般采用整体刚度大，变形控制效果好的地下连续墙形式。地下连续墙有“两墙合一”、“两墙分离”及“复合式地墙”等三种型式。但采用两墙合一地墙形式的结构体长期使用工程中会止水效果不佳，且两墙合一达不到地铁管理部门所要求的一级防水等级，故临近地铁区域基坑一般不采用两墙合一的围护形式。
故5、6区邻近地铁侧采用“复合式地墙”，800mm厚的地墙，结合Φ850三轴搅拌桩槽壁加固。
3、4区东侧地铁处于地铁50m以外，可采用“两墙合一”，省去了地下室外墙费用，一定程度上节约了造价，结合Φ850三轴搅拌桩槽壁加固。
远离地铁区域地下三层基坑开挖14.3m，可考虑采用大直径钻孔灌注桩，其施工比地下连续墙速度快，对于本项目目前的开挖深度、及灌注桩围护所处区域而言亦能确保安全性，故采用钻孔灌注排桩+Φ850三轴止水帷幕；远离地铁区域的地下二层基坑开挖10.6m，亦可采用钻孔灌注排桩+Φ850三轴止水帷幕。围护桩设计选型见图4。
2.4 支撑设计
地下三层区域开挖14.30m，可采用3道混凝土支撑，地下二层区域开挖10.6m，可采用2道混凝土支撑。邻近地铁的5、6区地下二层为考虑对10号线隧道的保护，采用3道支撑，第1道采用混凝土支撑，第2道及第3道采用具有油压泵自动伺服系统的钢支撑。该钢支撑可根据基坑变形情况，自动施加预应力减少基坑的变形，从而进一步控制基坑变形对地铁车站的影响。
图4 围护桩选型示意图
2.4 坑底加固设计
通过对基坑内被动区土体进行加固，可以增加坑内被动区土体抗力，有效控制基坑开挖时围护结构的水平位移。常用的坑内加固措施主要有压密注浆、双轴水泥土搅拌桩、三轴水泥土搅拌桩、高压旋喷桩、MJS工法、RJP工法等。
本次设计在西侧临近地铁隧道区域，设置了三轴水泥土搅拌桩裙边加固，加固高度从第一道支撑底至坑底以下5m，水泥掺量20%；在其他区域，设置了三轴水泥土搅拌桩墩式加固，加固高度从第一道支撑底至坑底以下4m，水泥掺量10%～20%。通过加固坑内土体，增加坑内被动区土体抗力，有效控制基坑开挖时围护结构的水平位移。
2.5 承压水控制
本工程临近地铁隧道，对承压水控制要求较高，考虑到第⑤2、⑤3组合层与第⑦层、第⑨层承压水含水层之间有一定的水力联系，难以隔断承压水，故采用加长止水帷幕并采取降压井降低承压水水头措施。适当加长止水帷幕可增加地下水渗流路径，降低坑底地下水补给速率，但基坑临近地铁区间，降承压水可能会引起地铁结构产生一定的沉降并对线路正常运行产生影响。故邻地铁侧宜设置回灌井，并应监测降压施工引起的周边环境变化，并设置减压观测井，根据减压观测井的承压水位，确定开启的减压井数量、抽水速率，合理控制承压水水位。
3 基坑实施情况
本项目从2015年9月开始围护结构施工，至2017年6月地下室顶板全部完成，历时21个月。
在基坑施工过程中，第三方监测单位对基坑和周边环境进行了实时监控，以指导现场信息化施工。基坑监测项目主要包括：围护墙墙顶位移、围护墙墙身测斜、深层土体位移、坑内外水位、支撑轴力、立柱沉降、周边建筑及管线位移及地铁隧道位移等。地铁维保部门也对隧道等进行了监测。监测结果表明：本基坑工程实施过程中，基坑围护结构变形和周边隧道、市政管线、房屋的变形均在安全可控的范围之内。
4 结语
本文以上海市吴中路项目基坑工程为例，针对紧邻地铁隧道的软土地区深大基坑工程环境保护要求高的特点，采取了整体分区筹划，由远及近施工、地下连续墙、多道钢筋混凝土水平支撑、自动伺服系统钢支撑、坑边裙边加固、承压水控制等技术措施，来控制基坑施工引起的变形和对地铁区间隧道及地铁车站的影响。根据基坑实施情况，本工程设计施工采取的技术措施能有效控制基坑施工引起的周边环境影响，确保了地铁区间隧道及地铁车站的安全正常运营。通过本工程的成功实施.可以为软土地区临近隧道的深大基坑变形控制.提供一定的参考依据。
[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]Dolezalova M.Tunnel Complex Unloaded by a Deep Excavation[J].Computers and Geotechnics，2001，28(6-7):469-493.
[3]李平，刘汉龙，陈育民.基坑开挖中既有下穿地铁隧道隆起变形分析[J].解放军理工大学学报，2011，12(5):480-485.
[4]姜兆华.基坑开挖时临近既有隧道的力学相应规律研究[D].重庆：重庆大学博士学位论文，2013.
[5]肖同刚.基坑开挖施工监控对临近地铁隧道影响分析[J].地下空间与工程学报，2011，7(5)：1013-1017.
[6]闫静雅.邻近运营地铁隧道的深基坑设计施工浅谈[J].岩土工程学报，2010，32(增刊 1)：234-237.
