浅析深基坑逆作法施工对运营地铁结构的影响

浅析深基坑逆作法施工对运营地铁结构的影响

唐重军

广州地铁工程咨询有限公司 广东 广州 510010

摘要：在地铁结构附近进行深基坑施工必然会对地铁结构的使用功能和安全性产生影响,本文以佛山某项目为分析对象,主要研究了逆作法施工时基坑围护结构、开挖工况和紧邻地铁结构的位移特点及其相互关系,并根据实测数据进行了对比分析,研究表明:(1)基坑施工诱发紧邻地铁结构产生了水平位移（X）、横向位移（Y）和竖向沉降（Z）；(2)基坑施工引起地铁结构位移较大的范围主要发生在围护结构施工阶段及基坑开挖区域附近；(3)逆作法施工对地铁结构影响较少。

关键词：逆作法；地铁隧道；深基坑；地铁保护

1、项目简介

1.1基坑支护形式及与地铁隧道的位置关系

佛山某项目基坑设有四层地下室，开挖深度约20m，采用全逆作法施工工艺。基坑支护方式采用 1200mm厚的地下连续墙，地下连续墙深度约30米，地下连续墙槽段间采用旋喷桩止水和三轴搅拌桩护壁。

项目基坑东侧紧邻已运营某地铁站，车站为地下二层。车站站台中心里程处顶板覆土厚度约3.3m，车站底板埋深约17.3m，车站主体结构基坑施工时围护结构采用800mm 厚地下连续墙。地铁车站围护结构外边线与基坑围护结构外边线最小净距为15.3m。

1.2地质水文概况

本项目基底处于粉质黏土层/强风化层，明挖地铁结构基底深度在11m左右，地铁隧道从淤泥质土层，砂层，粉土层以及粉砂层穿过。

地下水类型属孔隙潜水，赋存于土层孔隙中，主要接受大气降水和附近地表水补给，以蒸发和渗流方式排泄，水位受季节及潮汐影响，与地表水有水力联系；深部地下水由于上覆相对隔水层，补给、排泄作用微弱，具微承压性。基岩中的地下水属裂隙水，富水程度受裂隙发育程度及补给条件控制，根据勘探孔资料结合地区经验，裂隙水的富水程度弱，但不排除钻孔间区域有富水性较强的裂隙带存在的可能性。

2、工程项目建设对地铁结构影响总体分析

2.1地层情况分析

从地层情况看，本场地地层情况较差，有较厚的淤泥层、砂层。地下水位较浅，透水性较强，在砂层中进行基坑开挖，容易出现涌水涌砂事故，应做好基坑的止水和坑内降水工作，尤其是连续墙接缝处的止水。一旦出现涌水涌砂，势必造成地铁结构较大的变形，后果将非常严重，应加强基坑的止水设计。围护结构的嵌固深度，穿过 砂层进入不透水层，满足整体稳定、抗管涌、渗流的要求。施工期间，应做好防塌孔措施。明挖地铁结构在基底进行了搅拌桩加固，并在周边施以地下连续墙，对提高承载力和控制变形有利，控制好基坑的变形，以及做好止水，才能保证地铁结构的安全。严禁在基坑外进行降水，以免造成地铁结构的沉降。  

2.2施工工法分析

基坑施工对地铁结构的影响分为围护结构施工、基坑开挖、主体回筑等三个阶段。本项目围护结构采用连续墙，且场地有较厚的砂层，围护结构施工期间，注意槽壁的稳定，防止出现塌孔，进而影响地铁车站的安全。先在距离地铁车站较远的地方，采用试槽，在取得连续墙施工的相关参数后，再靠近地铁一侧进行连续墙施工。

围护结构施工时，成槽孔壁的稳定性是关键。本基坑靠近地铁一侧地质条件较差，对控制孔壁的稳定性不利。基坑开挖时，可通过及时架撑，严禁超挖等措施，可以减少基坑变形，降低对墙体 背后土体的扰动。主体回筑时，严格按照施工顺序操作，混凝土强度务必达到设计强度后方能开挖。

基坑开挖对开挖面以下土体具有显著的垂直方向卸荷作用，不可避免地引起坑底土体的回弹， 并且基坑围护结构在土体压力作用下迫使基坑开挖面以下结构向基坑内位移，挤压坑内土体，加大 了坑底土体的水平向应力，也使得坑底土体向上隆起。此外，随着基坑开挖深度的增加，基坑内外 的土面高差不断增加，该高差所形成的加载作用和地表的各种超载，将使得围护结构外侧土体产生 向基坑内的移动，使基坑坑底产生向上的隆起。当由于土体是一定程度的连续介质，基坑内土体开 挖卸荷时，地层损失向地铁结构传递，从而引起地铁结构侧部土压力的变化，导致其位移发生改变。

卸荷规模是影响地铁结构周围位移场、应力场的一个重要因素。虽然随着卸荷规模以及方式的不同，对地铁结构的影响不尽相同，但是在同一地区或近似相同的地质条件、场地环境，且土体具有相当应力历史的条件下，开挖卸荷对地铁结构产生的附加应力和自身变形起主要作用。 

2.3地下水位分析

根据勘察报告，场地的地下水稳定水位埋深在 1.2～1.6m，变化幅度为 1-2m，有深厚的含水层，车站周边地层也处于砂层。一旦出现漏水，将产生涌水涌砂，对地铁车站的影响很大。因此，应做好围护结构的止水，尤其是连续墙接缝处以及墙与桩接缝处的止水，基坑内采用按需降水，基坑外严禁降水。

3、项目监测数据分析

3.1基坑监测数据分析

通过对临近地铁一侧的基坑监测的水位、墙体深层水平位移、墙体沉降数据分析来看，随着基坑土方开挖，基坑监测各项监测指标均有一定的变化，但由于施工过程中未出现导致周边水土流失严重或者周边地下水位监测异常情况，基坑监测各项监测指标均未达到报警值。

水位累计变化量曲线图                        墙体沉降累计变化量曲线图

3.2地铁结构监测数据分析

图12 上行线X轴方向累计变化量曲线图

Y轴方向累计变化量曲线图Z轴方向累计变化量曲线图

本文根据现场实测数据进行了分析，得出结论如下：X 轴方向即沿隧道水平方向：最先单独施工基坑东面（远离地铁一侧）工程桩时候，监测数据变化很小，随着地连墙开始交叉施工，特别是施工基坑西面的地连墙时，监测数据累计变化量逐渐增大，在首层结构施工时监测数据变化平稳，在负一层土方开挖后监测数据波动较大，在负一层梁板施工完成后至负二层土方开挖及梁板施工期间监测数据变化平稳。累计最大值为为-3.91mm。Y 轴方向，基坑施工诱使隧道结构一侧的内力发生变化，导致隧道产生了朝向基坑内的横向位移，累计最大值为为-3.91mm。Z轴沉降方向，在工程桩和地连墙施工期间，特别是施工基坑西面的地连墙时，程上浮状态，在地连墙后完后，下沉趋势明显，累计最大值为为-3.83mm。

通过上面的监测数据分析可以看出，整体各监测点变化速率稳定，累计变化量较少（在 4mm 以内波动），基坑施工引起地铁结构位移较大的范围主要发生在围护结构施工阶段及基坑开挖区域附近。具体原因分析如下：1、工程桩直径大且长（2.0 米*70 米），成桩时间长，地质条件差，出现过 2 次塌孔现象。2、地连墙离地铁结构近，成槽时间长。3、场地狭窄，交叉作业，大型机械设备较多。4、基坑土方开挖过程中的卸载、卸压。5、对面地铁出入口施工也存在一定的影响。

4、地铁保护措施

针对基坑项目特点，从基坑施工前、施工过程、施工后三个阶段以分别采取的安全预防措施。

4.1基坑施工前相关准备

在基坑施工前，通过查阅地铁结构设计资料，明确邻近地铁隧道结构的位置，包括与基坑边的最小水平距离及坑底的最小竖向距离，进一步确定基坑支护设计在安全距离内，以免基坑开挖时毁坏既有地铁结构。根据规范、图纸要求，结合既有工程经验，将主要控制标准按施工步序进行分解， 实施控制标准的分阶段控制。如基坑施做支护桩与止水帷幕、基坑降水及基坑开挖支护等步骤均可设定控制标准，尤其止水帷幕与基坑降水等重要的施工步骤需设置合理详细的控制标注。

4.2基坑施工过程

为了确保基坑和地铁结构安全，项目采取护槽三轴搅拌桩、1.2m 地下连续墙、地下连续墙接头 3 根旋喷桩止水、回灌井和预留注浆孔的安全预防措施。基坑的土方开挖顺序，应从远离地铁的远端开始，逐步向靠近地铁的近端推进，避免采用盆式开挖。

基坑施工过程中，应做到新建基坑与既有地铁结构受力变形实时监控、基坑施工质量实时监控、遇到工程事故及时有效处理和根据实测结果对基坑支护结构进行必要的优化。建议具体如下：

1、邻近地铁结构侧地下连续墙及旋挖桩施工前须上报地保监控进行基线复核，明确地铁既有结构位置及项目围护结构地下连续墙施工部位，确保地铁结构和列车运营安全

2、地下连续墙成槽应先做成槽试验，根据成槽试验情况采用成槽试验保护措施，确保地下连续墙质量。工程施工过程中，控制护壁泥浆质量，成槽（孔）垂直度，以防槽壁塌方（塌孔），地铁侧 20 米范围内不得进行爆破、挤土、冲孔等作业。结合施工期间监测数据，分析施工对地铁设施的影响，如遇异常情况，及时暂停施工查明原因。

3、基坑开挖应采用信息化施工，做好施工全过程的实时监控，包括新建基坑与既有地铁结构， 掌握新建基坑和既有地铁结构的动态变化。新建基坑与既有地铁结构现场监控主要包括：支护结构水平、竖向位移、地下水位、支撑轴力或变形、立柱变形、土体的侧向变形及既有地铁车站、隧道结构变形。

4、质量控制应贯穿施工过程，要严格把好工程用材料质量，抓好工序质量控制，认真做好质量检查检验工作，严格按照施工规范要求精心操作，确保施工质量。

5、在基坑开挖施工过程中严格控制场地地下水位的下降 ，水位的快速下降会引起隧道的下沉。

4.3基坑施工完后

基坑施工完，需按规定的监测频率继续做好变形、水位、受力等各项监测工作，并按设计要求设置永久监测点进行监测。基坑支撑拆除须在满足设计对结构强度的要求后才能进行。 

5、结束语

深基坑采用逆作法技术由于地下楼板与立柱桩、围护结构等组成的水平内支撑体系刚度很大, 对于减小施工对临近地铁结构的影响十分有利。

参考文献

[1]钟铮，许亮，王祺国，等．  紧邻保护建筑的深基坑逆作法设计与实践［J］．岩土工程学报，2010，32( 增1) : 249-255 。

[2]徐中华，王卫东，王建华．  逆作法深基坑对周边保护建筑影响的实测分析［J］．土木工程学报，2009，42(  10) : 88-96。