沈曉偉 張書豐 張 杰

（1. 南京地鐵集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 210008；2. 中設(shè)設(shè)計(jì)集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210014）

1 工程概況與地質(zhì)條件

1.1 項(xiàng)目概況

本工程位于南京秦淮河漫灘地區(qū)，基坑總面積為6 159 m2，設(shè)四層地下室，基坑最大開挖深度為19.60 m；基坑?xùn)|側(cè)鄰近已運(yùn)營的地鐵盾構(gòu)隧道 （隧道埋深16.5 m、隧道外徑6.2 m、內(nèi)徑5.5 m、壁厚0.35 m、環(huán)寬1.2 m），最小凈距10.4 m。

1.2 地質(zhì)概況

項(xiàng)目擬建場地屬于秦淮河漫灘地區(qū)，基坑開挖深度范圍內(nèi)3-1層以上土層，主要為軟塑～流塑的黏性土，含水量和壓縮性均較大，土的力學(xué)性質(zhì)相對較差，對支護(hù)結(jié)構(gòu)受力和變形控制較為不利。場地范圍有兩層承壓水。第Ⅰ層承壓水主要賦存于3-3層中；第Ⅱ?qū)映袎核饕x存于3-6層含卵礫石粉土、粉砂層中。承壓水補(bǔ)給來源為場地外含水層側(cè)向徑流及孔隙潛水的越流補(bǔ)給，以地下徑流為排泄方式?；娱_挖時(shí)將面臨承壓水問題，需采取可靠的隔水措施，防止坑內(nèi)降壓、降水對周邊建筑和地鐵隧道產(chǎn)生不良影響。

2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)程》（CJJ/T 202—2013）[1]，本基坑工程東北區(qū)域與地鐵隧道結(jié)構(gòu)的接近程度為“接近”，外部作業(yè)的工程影響程度屬于強(qiáng)烈影響區(qū) （A），因此將近地鐵側(cè)基坑影響等級定為“特級”。擬建場地屬于秦淮河漫灘地貌單元，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、土方開挖、降水施工易引起地鐵隧道產(chǎn)生較大變形，因此，需在設(shè)計(jì)及施工階段制定嚴(yán)密的地鐵保護(hù)措施，并在施工過程中對地鐵結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測，防止引起隧道結(jié)構(gòu)過大變形。

2.1 總體設(shè)計(jì)方案 （逆作法）

綜合考慮本基坑工程的開挖面積、深度、與地鐵隧道的空間關(guān)系、水文地質(zhì)等條件，為減小施工過程引起的地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形，采用逆作法施工?；硬捎谩皟蓧弦弧钡叵逻B續(xù)墻，采用結(jié)構(gòu)梁板代替水平支撐體系，其剛度大有利于水平變形控制，同時(shí)避免臨時(shí)支撐拆除的影響，豎向采用一柱一樁作為豎向支承體系。逆作施工階段僅施工地下室各層梁板結(jié)構(gòu)，不同時(shí)向上施工地上結(jié)構(gòu)。

2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1 原設(shè)計(jì)方案 （四層地下室）

圍護(hù)墻采用1 000 mm厚地下連續(xù)墻，墻底 （標(biāo)高-40 m）嵌入中風(fēng)化基巖。近地鐵側(cè)地連墻兩側(cè)采用Φ850@600三軸深攪樁槽壁加固，攪拌樁樁底標(biāo)高-29.8 m，樁底進(jìn)入3～5粉質(zhì)黏土層。

為研究基坑施工對地鐵盾構(gòu)隧道的影響，選取基坑與地鐵盾構(gòu)隧道最近處斷面，采用有限元分析軟件ABAQUS-6.14建立二維計(jì)算模型進(jìn)行計(jì)算分析。計(jì)算時(shí)，假設(shè)所有材料均為均質(zhì)、連續(xù)、各向同性材料，土體分層均勻分布，采用Mohr-Coulomb+線彈性材料四邊形平面應(yīng)變單元模擬；由于地下連續(xù)墻、內(nèi)支撐變形較小，均采用線彈性二維梁單元模擬，地鐵盾構(gòu)隧道管片之間不考慮螺栓連接，同樣采用線彈性二維梁單元模擬。初始應(yīng)力考慮圍巖的自重及基坑周邊30 kPa施工荷載。計(jì)算工況主要為：（1）建立盾構(gòu)隧道洞通后土層初始應(yīng)力場； （2）施工地下連續(xù)墻（厚度1.0 m）；（3）開挖各層土方并架設(shè)對應(yīng)支撐?；幼冃卧茍D、隧道水平位移變形圖分別如圖1、圖2所示。

圖1 基坑變形云圖

圖2 隧道水平位移圖

其中近基坑側(cè)隧道最大水平位移約為11.2 mm （向基坑側(cè)），且存在一定程度的沉降、收斂變形，當(dāng)前基坑方案導(dǎo)致隧道水平位移超過允許控制指標(biāo)。

2.2.2 調(diào)整后設(shè)計(jì)方案 （近地鐵側(cè)三層地下室）

考慮基坑距離地鐵隧道較近，采用四層地下室時(shí)基坑底已位于地鐵隧道頂下方，深層土方開挖會(huì)加劇對地鐵結(jié)構(gòu)的影響。結(jié)合項(xiàng)目地下室整體布局，對近地鐵側(cè)的地下室進(jìn)行局部減層處理，由地下4層改為地下3層 （開挖深度減小4 m），調(diào)整后挖深為15.7 m，基坑底位于地鐵隧道頂上方。

采用同樣的方法進(jìn)行有限元計(jì)算，該方案下基坑變形云圖、隧道水平位移變形圖分別如圖3、圖4所示。

圖3 基坑變形云圖

圖4 隧道水平位移圖

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，基坑側(cè)隧道最大水平位移約為8.7 mm （向基坑側(cè)），相較非減層方案，基坑水平位移減小約2.5 mm，降幅達(dá)22.3%。

2.3 地下水控制

在河漫灘地區(qū)，為了確保基坑開挖面穩(wěn)定并提供施工作業(yè)面，深基坑需實(shí)施坑內(nèi)降水。本工程范圍內(nèi)3～6層為第二承壓含水層，埋深較大但承壓水頭高，有突涌風(fēng)險(xiǎn)。如圍護(hù)結(jié)構(gòu)密封性不足，將引起周邊水位下降，導(dǎo)致隧道管片受力情況變化。本工程采用地下連續(xù)墻入巖隔斷承壓水，為了防止坑內(nèi)減壓降水對地鐵隧道產(chǎn)生不良影響，在鄰近隧道范圍內(nèi)，對處于3～6層第二承壓含水層范圍的地連墻槽段接縫，同時(shí)采用Φ2 400定角度180°大直徑高壓旋噴樁 （RJP樁） 進(jìn)行接縫止水加強(qiáng)。封堵樁長度為11.1 m，樁頂為第二承壓水層上6.37 m，樁底為第二承壓水層下2.03 m。

3 隧道變形監(jiān)測

3.1 零狀態(tài)普查

隧道沉降：相對于運(yùn)營初期，項(xiàng)目段上行線最大沉降了2.5 mm，最大隆起0.3 mm；項(xiàng)目段下行線均為隆起，且最大隆起3.4 mm。

隧道水平直徑收斂：對項(xiàng)目段上下行線累計(jì)134環(huán)盾構(gòu)管片進(jìn)行了逐環(huán)觀測，并與標(biāo)準(zhǔn)盾構(gòu)隧道直徑進(jìn)行對比，其最大差值為29.4 mm。

隧道表觀病害：項(xiàng)目段上行線67環(huán)盾構(gòu)隧道，9環(huán)存在隧道表觀病害，病害占比13.4%，項(xiàng)目段下行線67環(huán)盾構(gòu)隧道，16環(huán)存在隧道表觀病害，病害占比23.9%，隧道表觀病害主要表現(xiàn)為螺栓孔、注漿孔及環(huán)縱縫管片滲漏。

3.2 變形監(jiān)測內(nèi)容

項(xiàng)目實(shí)施期間，采用人工結(jié)合自動(dòng)化監(jiān)測的方法對項(xiàng)目段隧道沉降、水平直徑收斂、靜態(tài)幾何變形等進(jìn)行了長期監(jiān)測，并對隧道表觀病害進(jìn)行了巡查統(tǒng)計(jì)，監(jiān)測范圍為基坑正投影段地鐵上、下行線隧道及兩端各外擴(kuò)50 m （總長約200 m）。根據(jù)《城市軌道交通工程測量規(guī)范》（GB 50308—2008）[2]，監(jiān)測基準(zhǔn)網(wǎng)按Ⅱ級垂直位移監(jiān)測控制網(wǎng)的技術(shù)要求，布設(shè)成閉合水準(zhǔn)路線進(jìn)行2次觀測。在基坑正投影段測點(diǎn)布置較密，累計(jì)布設(shè)了42個(gè)沉降監(jiān)測點(diǎn)、28個(gè)隧道收斂監(jiān)測環(huán)。

3.3 監(jiān)測控制標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)《城市軌道交通結(jié)構(gòu)安全保護(hù)技術(shù)規(guī)程》 《城市軌道交通工程測量規(guī)范》，結(jié)合地鐵結(jié)構(gòu)初始狀態(tài)，制定本項(xiàng)目實(shí)施期間地鐵隧道變形主要控制標(biāo)準(zhǔn)（見表1）。

3.4 監(jiān)測結(jié)果

表1 監(jiān)測控制標(biāo)準(zhǔn)表

基坑施工完成后 （出±0） 的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，地下室施工期間，地鐵隧道產(chǎn)生的累計(jì)沉降2.2 mm、水平收斂3.7 mm （相對標(biāo)準(zhǔn)圓24.1 mm），變形相對比較穩(wěn)定；地鐵上行線、下行線隧道水平位移最大值分別為8.0、3.7 mm （向基坑側(cè)）。根據(jù)施工期間監(jiān)測數(shù)據(jù)，將施工期間地鐵隧道水平位移歷時(shí)曲線繪制（見圖5）。

圖5 隧道水平位移曲線圖

將靠近基坑側(cè)的上行線隧道各施工階段水平位移累計(jì)值、水平位移變形速率統(tǒng)計(jì)如表2所示。

表2 各施工階段水平位移變化量

由圖5、表2可以看出，基坑施工期間，靠近基坑的地鐵上行線隧道水平位移明顯大于遠(yuǎn)離基坑的下行線隧道；基坑三、四層土方開挖期間地鐵上行線隧道變形速率明顯大于一、二層土方開挖期間的變形速率，但總體變形在控制標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，地鐵隧道變形與基坑退讓距離、開挖深度關(guān)聯(lián)度較大。

4 結(jié)論與建議

（1） 秦淮河漫灘區(qū)為南京典型軟土區(qū)域，土體力學(xué)性能較差，在該區(qū)域?qū)嵤┑纳畲蠡こ虒Φ罔F隧道的影響較常規(guī)地區(qū)更為顯著，應(yīng)嚴(yán)格控制基坑開挖深度及與地鐵隧道的距離；同時(shí)，在基坑圍護(hù)、土方開挖、降水階段須采取相應(yīng)的地鐵保護(hù)措施。

（2） 本工程在采用了逆作法施工、地連墻支護(hù)+隔離樁、減小臨近地鐵側(cè)地下室深度、基坑內(nèi)封閉疏干降水等多重措施后，有效減小了基坑施工對鄰近地鐵隧道的變形影響。

（3） 通過有限元模擬計(jì)算，減少臨近地鐵側(cè)基坑開挖深度可有效降低基坑施工對地鐵隧道的影響。實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)也予以了驗(yàn)證，建議類似地層條件下盡量減小臨近地鐵隧道的基坑開挖深度。

（4） 本工程采用的地下連續(xù)墻入巖隔斷承壓水，并對位于承壓水層范圍的地連墻接縫采用RJP高壓旋噴樁補(bǔ)強(qiáng)，基坑施工期間坑外水位最大下降值約0.8 m，符合本基坑隔斷坑內(nèi)外承壓水聯(lián)系、封閉疏干降水的要求。