佛山岭南天地E地块工程基坑开挖对邻近地铁隧道变形分析

佛山岭南天地E地块工程基坑开挖对邻近地铁隧道变形分析

黄志威

广州轨道交通建设监理有限公司广东广州510010

摘要：为了确保地铁既有结构安全及运营安全，以广佛地铁隧道侧方深基坑为背景，对深基坑紧邻地铁隧道侧的支护设计、施工方案及地铁隧道变形监测结果进行分析：对于运营地铁隧道邻近基坑施工必将导致地铁结构位移，对地铁隧道使用功能及结构安全产生影响[1]。本文通过采用隧道内沉降位移自动化监测等手段，以及采取严格的地铁隧道变形保控措施，对基坑开挖施工全过程进行了有效的监控。在基坑开挖期间，隧道结构的沉降变形控制在安全范围，确保了地铁结构及运营安全。

关键词：地铁隧道；支护设计；基坑施工；监测分析

引言：随着轨道交通网络化运营的发展地下空间的开发，临近地铁工程活动监护项目数量及难度风险倍增，不少项目甚至与地铁结构是零距离接触，“深、大、难、险”特点显著，其对地铁结构的安全影响较大。要控制工程施工对隧道的影响，对项目施工进行全过程监控，采取有效的监控措施，确保地铁隧道结构的安全，其具有重大的现实意义。本文结合佛山某基坑工程实例进行分析，其对项目的监控措施可供参考。

1.工程概况：

1.1工程介绍

本项目主要由住宅和商业裙楼等组成。拟在佛山祖庙东华里片区（E地块第一阶段，ZD2-202、ZD2-203场地）兴建商住为一体的群体建筑物，ZD2-202建筑物高度约32m，有四层地下室；ZD2-203建筑物为纯四层地下室。总建筑面积124，510平方米；其中地上面积60，500平方米，地下面积64，010平方米。建筑群包括七层商业裙楼，裙楼以上为十一层高的办公楼塔楼，两层的地下商场及两层的地下停车场。地块下设四层地下室，地下一层、两层主要作为地下商场，其余两层作为停车场；其中二层地下室与地铁祖庙站连通；并将以地下通道连接日后发展的B及C地块。本工程为一类高层建筑，塔楼防火等级为一级，裙楼防火等级为一级，地下室防火等级为一级。基坑面积约为16191.5平方米，周长691.6m，基坑开挖标高-22.0（-21.5m）。筏板厚度分别为1.0、1.5、1.9、2.5m，局部开挖面标高最低为-22m。本工程采用地下连续墙作为围控结构，采用四道钢筋混凝土内支撑。本工程基坑侧壁安全等级为一级，其基坑侧壁重要性系数γ=1.10。基坑施工期间地面超载考虑20kPa。基坑设计使用年限为一年，基坑侧壁安全等级为一级。

图1基坑与地铁关系

本工程桩基础采用筏板基础，对基底未到强风化岩的采用旋喷桩进行加固，并设置抗拔锚杆，锚杆间距为了3m。

1.2基坑地质条件

根据地质资料，场地地层岩性自上而下为人工填土（Qml）、第四系海陆交互相冲淤积土（Qmc）和下第三系“红层”碎屑岩（E）组成。人工填土为素填土、杂填土，第四系三角洲海陆交互相冲淤积层主要由粉细砂、淤泥质土组成。松散土层厚度15.20～21.00m，平均17.68m；与下伏下第三系风化基岩呈不整合接触。

1.1.1素填土（Qml）

层厚1.40～3.20m，平均2.23m。孔口高程3.64～4.99m，平均4.31m。土层多呈浅灰色；由粘性土、碎石、砂土、砖块等回填而成，成分较杂，均匀性差；湿，轻度压实。局部钻孔顶部12～20cm为混凝土地面。

1.1.2第四系海陆交互相冲淤积土（Qmc）

粉砂、细砂：分布于全场地，为本场地的浅部含水层。厚度变化大，层厚8.10～16.60m，平均14.01m。层顶埋深1.40～3.20m，平均2.23m；层顶标高0.84～3.01m，平均2.08m。以粉砂为主，部分为细砂。砂土层呈浅灰色、浅黄色等；颗粒均匀，含较多泥质。局部夹粉土、粉质粘土及淤泥质土饱和，以松散为主，局部稍密。淤泥质土：层厚5.40～8.40m，平均6.78m。层顶埋深11.00～13.40m，平均12.45m；层顶标高-9.13～-6.01m，平均-7.95m。土层呈灰黑色，含粉砂；饱和，流塑。中砂、粗砂：在场地内局部分布，呈透镜体，层厚0.90～5.10m，平均3.32m。层顶埋深12.50～19.40m，平均16.12m；层顶标高-14.53～-8.11m，平均-11.59m。砂土层呈浅灰色、浅黄红色，含泥质、颗粒不均匀；局部夹粉砂，饱和，中密为主，局部稍密。

1.1.3强风化岩带

除ZKB-21、ZKB-29～ZK30孔外，其余28个钻孔均有揭露。层厚0.50～10.90m，平均3.69m；厚度变化大。层顶埋深15.20～21.40m，平均17.75m；层顶标高-17.01～-11.36m，平均-13.50m。岩石呈浅红色、浅黄色等，岩质极软，岩石风化成半岩半土状或半岩半砂土状，遇水易软化，手捏易碎；岩芯呈短柱状、碎块状，易磨损。

1.1.4中风化岩带

层厚1.10～15.00m，平均7.95m。层顶埋深16.60～27.70m，平均20.86m；层顶标高-23.65～-11.73m，平均-16.53m。岩石呈浅红色、浅紫红色等；岩质软，中厚层状，局部地段岩石层理清晰，产状较平缓，倾角约5°～10°。节理、裂隙较发育；岩芯呈短柱状、块状。

1.1.5微风化岩带

揭露厚度1.90～8.20m，平均5.56m。层顶埋深23.50～35.60m，平均28.74m；层顶标高-31.21～-18.86m，平均-24.43m。岩石呈浅红色、浅紫红色、紫灰色等，岩质软～较软，中薄～中厚层状，岩石坚硬程度总体为较软岩，岩体完整程度较完整，岩体基本质量等级为Ⅳ级。

1.3基坑与地铁关系

1、平面位置关系

根据广佛地铁的有关车站及隧道图纸和本基坑平面布置，两者之间关系如下图1所示。按现有基坑位置，A风亭围护结构与基坑有重叠。靠车站段其它部分与两者间距为0.5m~3.885m，盾构范围段长度约为150m，地下连续墙与左线距离为5.5m。离地铁隧道较近，实际上已在地铁安全保控区范围。

2、垂直位置关系

根据车站地铁图纸，其西端盾构井剖面图2如下，盾构井基坑深度为23.7m，车站基坑比拟建基坑稍深一点，盾构隧道离基坑底约2.5m，盾构管片直径6.0m，所以盾构管片深度约为15.2m~21.2m，盾构管片位于砂层和强风化岩层之间，基坑底与管片底标高相差不大。

图2地铁盾构井剖面图

3、基坑围护结构分析

图3异形槽段导墙施工示意图

本工程连续墙平面总长度为691.6m，地下连续墙厚1000mm，深度在26m左右，地下连续墙嵌固深度入强风化岩为3.5m，中风化岩2.5m，微风化岩为1.5m。混凝土强度等级采用C35、P10，标准槽段长度为5.5m、6m。冠梁截面为1000mm×1000mm，混凝土强度等级为C35。由于本项目南侧靠近地铁车站及隧道，所以在成槽施工时对于非地铁侧成槽：入土成槽使用液压抓斗成槽机械，入岩及修孔使用冲桩机；近地铁侧成槽：靠近地铁隧道侧土层成孔设备主要采用液压抓斗，入岩采用旋挖机。对于异形槽段较多，总共有19个异形槽段。与一字形槽段相比，在施工中需采取相应措施保证其施工质量要求。

1、根据槽段划分原则，保证连续墙有较好的整体性，在地下连续墙各个拐角处为异形槽段，详见图5；

图4基坑内支撑图

2、导墙施工时，对于异形槽段，拐角处应向外放出40cm见下图3，满足成槽抓土要求和保证转角处地下连续墙断面的完整。

3、为避免异形槽段钢筋笼在起吊过程中受力变形，影响其入槽，起吊前对钢筋笼进行加固处理，以增加起吊刚度，防止受力变形。

4、根据以往施工经验，异形槽段比“一”字形槽段在成槽过程中易发生槽壁塌方，所以此类槽段长度划分上尺寸不宜过大，满足抓土取土尺寸即可，施工中要加快成槽进度，尽量缩短成槽时间和重型机械在该处的来回移动，以保护槽壁稳定防止塌方。

2.1基坑支护结构设计

南侧距离广佛地铁祖庙站围护结构最近约0.5m，地下结构施工还涉及到祖庙车站三个风亭的改建，一个车站临时出入口的迁改，所以围护结构的施工质量控制将成为本工程的重中之重。

由于基坑开挖面积大，开挖深度深，为了降低基坑开挖对地铁隧道的影响，基坑围护结构采用钢筋混凝土支撑施工，在标高-2.5m、-7.5m、-12.5m、-17.0m处共设置四道钢筋混凝土支撑。第一道支撑角撑和主对撑断面采用600mm×1000mm，八字撑断面采用400mm×1000mm，采用冠梁作为腰梁，断面为1000mm×1000mm。支撑水平间距为12m；第二道支撑角撑和主对撑断面采用800mm×1000mm，八字撑断面采用600mm×1000mm，腰梁断面为600mm×1000mm。支撑水平间距为12m；第三道、第四道支撑角撑和主对撑断面采用800mm×1200mm，八字撑断面采用600mm×1200mm，腰梁断面为800mm×1200mm。支撑水平间距为12m。如图4所示。

2.2围护结构与地铁结构之间土体处理措施

由于基坑离地铁结构或隧道较近，为防止基坑开挖对地铁结构和隧道产生较大的变形影响，对围护结构与地铁结构之间施工一排直径550@400的双向搅拌桩加固处理，加强基坑变形控制，如图5所示。

图5双向搅拌桩剖面图

4、基坑开挖中对地铁保控的主要措施

地铁现场监控是控制施工对地铁结构影响的关键，现场监控的质量决定着地铁保控的好坏。现场监控是对建设项目施工全过程的监控，对施工各个环节进行监控指导。现场监控主要手段有：

（1）以地铁保控区范围项目设计施工技术审查意见书为指导，以监控方案为依据进行现场监控。地保监控人员在服务期内每天在深入保控区的施工现场，了解工程进度、掌握工程质量，监控人员对地铁保控相关的关键部位、关键工序、风险点进行跟踪检查，增加旁站监控，对可能造成的地铁车站及隧道安全的施工过程进行事先干预，对存在的问题及时的解决和纠正。

（2）信息化指导施工。地铁线隧道上、下行线有自动沉降监测，水平位移监测全面监测地铁隧道结构变形情况，结合隧道结构检查，为现场监控提供支持。

（3）施工控制预警标准。当隧道结构变形超过2mm/day，靠近地铁隧道一侧的围控结构位移超过10mm/day，监测值超过允许最大变形的事情发生时，现场监控人员应及时报警，并督促建设施工单位采取可靠措施，保障地铁运营线路的安全。

（4）积极协调参建各方，互相沟通情况，商讨难点、重点问题，对工程中存在与地铁保控相关的问题或突发的紧急事件，主持召开专题会议，研究解决方案，达成一致意见，书面通知建设业主和地保办，并积极督促参建各方落实措施。

（5）对开挖过程进行24小时跟踪监控，对挖土及支撑时限严格控制，控制基坑围控变形，减小对地铁隧道影响。

5、隧道监测分析

由于地铁为重要的地下公共建筑，且离基坑较近，在深基坑施工过程中，必须对地铁结构进行变形监测（包括盾构隧道的椭变度监测），第三方只能对基坑和地铁车站露出地面结构和隧道上方地面进行监测，无法满足监测需要，由广州市地铁设计院对地铁隧道进行沉降、变形、椭变度等项目的监测隧道监测。

所监测区间左线布设28个监测断面，右线布设16个监测断面，其中左线隧道相邻断面间距6-10米，最外侧断面外延30m作为比对断面；右线隧道相邻断面间距约8-11米。地铁监测信息系统是在ORACLE数据库的基础上，用DELPHI程序语言、按B/S、C/S方式开发，能够对监测数据及时传输，保证基坑安全提供有理的措施。从图6~图8可以看出，自土方开挖至挖到基底的这段期间，隧道的变化稳定，在安全范围之内。

6结语

本文就基坑开挖对隧道的变形控制措施、现场施工监控管理、监控成效进行了分析总结。经过对基坑开挖施工全过程的监控，执行相关的技术保控要求，施工方严格按照议定的施工开挖方案进行施工作业，对隧道变形的控制是成功的[2]。但同时也要加强对测量的分析，增加测量的准度，为指导开挖施工提供正确的依据。主要结论如下：

（1）强化施工方案的执行力度，必须按照认可的施工方案指导施工作业。

（2）以隧道内自动化监测数据为指导，可提供隧道每天的沉降变化数据，及时指导基坑开挖施工作业，适时掌握隧道沉降变形情况，利于控制基坑开挖对地铁隧道变形的影响。

（3）采取严格的地铁隧道保控措施，基坑开挖对隧道沉降变形影响控制在-6mm内，隧道结构安全处于可控状态。

（4）加强地铁监控现场管理，及时掌握基坑开挖状态，使基坑开挖作业处于监控的正常管理内，确保了地铁结构及运营的安全。

参考文献：

[1]况龙川.深基坑对地铁隧道的影响[J].岩土工程学报，2000，22（3）：284-288

[2]戚科骏，王旭东，蒋刚.临近地铁隧道的深基坑开挖分析[J].岩石力学与工程学报，2005，24（S2）：5485-5489