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地铁隧道上方下沉式广场深基坑施工技术

文档作者：肖　鸣，陈志良文档来源：腾达建设集团股份有限公司		点击数：	更新时间： 2025年05月08日
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上一篇：地铁隧道施工邻近建筑物安全风险等级评价

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４
施　工　技　术
ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
２０１４ 年９ 月上
第４３ 卷　第１７ 期
　ＤＯ　Ｉ：１　０􀆰 ７６７２／ ｓｇｊｓ２０１４１７０００４
地铁隧道上方下沉式广场深基坑施工技术
肖　鸣，陈志良
（腾达建设集团股份有限公司，浙江　杭州　３１０００９）
［摘要］ 杭州金沙湖绿轴下沉式广场基坑面积大，深度深，位于已建成的地铁１ 号线盾构区间上方，坑底距盾构管
片距离近，设计采用“门”字形三轴搅拌桩全断面套打形式对地铁隧道外围进行加固保护，利用数值分析模拟土体
分块卸荷，采用施工信息化手段严格按隧道管片位移监测情况，结合分区分段跳槽开挖的方法进行施工，有效地解
决了基坑施工对下卧地铁隧道的影响，确保了地铁安全。
［关键词］ 深基坑；地铁；下沉式广场；施工技术
［中图分类号］ ＴＵ７５３ ［文献标识码］ Ａ　　　　［文章编号］ １００２⁃８４９８（２０１４）１７⁃０００４⁃０３
Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｄｅｅｐ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｉｎ
Ｓｏｍｅ Ｓｕｎｋｅｎ Ｐｌａｚａ Ａｂｏｖｅ Ｍｅｔｒｏ Ｔｕｎｎｅｌ
Ｘｉａｏ Ｍｉｎｇ， Ｃｈｅｎ Ｚｈｉｌｉａｎｇ
（Ｔｅｎｇｄａ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｃｏ． ， Ｌｔｄ． ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ　３１０００９，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ａｎｄ ｄｅｅｐ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅ ｇｒｅｅｎ ａｘｉｓ ｓｕｎｋｅｎ ｐｌａｚａ ｉｎ Ｊｉｎｓｈａ Ｌａｋｅ，
Ｈａｎｇｚｈｏｕ ｉｓ ｌｏｃａｔｅｄ ａｂｏｖｅ ｔｈｅ ｓｈｉｅｌｄ ｚｏｎｅ ｏｆ Ｍｅｔｒｏ Ｌｉｎｅ １． Ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｂｏｔｔｏｍ ｉｓ ｖｅｒｙ ａｄｊａｃｅｎｔ ｔｏ ｔｈｅ
ｓｈｉｅｌｄ ｓｅｇｍｅｎｔ． Ｄｏｏｒ ｓｈａｐｅ ｔｒｉａｘｉａｌ ｍｉｘｉｎｇ ｐｉｌｅｓ ｗｉｔｈ ｆｕｌｌ ｆａｃｅ ｓｔｒｉｋｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｗｅｒｅ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｕｐｐｏｒｔ ｔｈｅ
ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｍｅｔｒｏ ｔｕｎｎｅｌ． Ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗａｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｆｏｒ ｓｏｉｌ ｕｎｌｏａｄｉｎｇ． Ｔｈｅ
ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｕｎｎｅｌ ｓｅｇｍｅｎｔｓ ｗａｓ ｓｔｒｉｃｔｌｙ ｍｏｎｉｔｏｒｅｄ ｂｙ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｖｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ． Ｔｈｅ “ｓｕｂ⁃ｒｅｇｉｏｎ，
ｓｕｂ⁃ｓｅｃｔｉｏｎ”ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｈｏｐｐｉｎｇ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ． Ａｓ ａ ｒｅｓｕｌｔ， ｔｈｅ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｅｅｐ
ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｈａｓ ｎｏ ｏｂｖｉｏｕｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇ ｍｅｔｒｏ ｔｕｎｎｅｌ， ａｎｄ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｓｕｂｗａｙ
ｓｔａｔｉｏｎ ｉｓ ｅｎｓｕｒｅｄ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｅｅｐ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ； ｓｕｂｗａｙｓ； ｓｕｎｋｅｎ ｐｌａｚａ； ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ
［作者简介］ 肖　鸣，教授级高级工程师，国家一级注册建造师，Ｅ⁃
ｍａｉｌ：ｘｉａｏ８８９９＠１２６． ｃｏｍ ［收稿日期］ ２０１３⁃１１⁃２０
１　工程概况
金沙湖绿轴下沉式广场位于杭州下沙金沙湖
北侧九沙大道和彩虹绿轴交叉口处，西临地铁１ 号
线下沙西站，广场为月牙形，总面积为１４ ５８０ｍ２，其
下为地铁１ 号线盾构区间上、下行线，坑底距盾构管
片最小距离为３􀆰 １７ｍ，隧道外径６􀆰 ２ｍ，广场核心区
上方为上跨下沉广场的九沙大道连续钢箱梁桥
（３ｍ ＋２２􀆰 ５ｍ ＋ ２２􀆰 ５ｍ ＋ ３ｍ）。下沉广场周边为缓
坡式大阶梯绿化景观设计，广场平均开挖深度为
５􀆰 ３ｍ，桥梁桩基承台开挖深度为６􀆰 ８ｍ （见图１），本
工程土建部分于２０１０ 年１２ 月开工，２０１１ 年１０ 月完
成，经后续１ 年的连续监测，各构筑物无变化。
２　周边环境及工程水文地质
图１　下沉广场规划效果
Ｆｉｇ． １　Ｐｌａｎｎｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｕｎｋｅｎ ｐｌａｚａ
场区建设期间，周围环境相对较好，除西邻下
沙西站主体结构，其下为地铁１ 号线下沙西站—中
心站盾构区间外，周边无建筑物、无架空线和地下
管线。
本场区为钱塘江西岸的冲海积平原，地貌形态
２０１４ Ｎｏ． １７ 肖　鸣等：地铁隧道上方下沉式广场深基坑施工技术 　５
单一，地势平坦，场区内地下水埋深０􀆰 ９０ ～ ３􀆰 １０ｍ，
受季节影响变化幅度大，承压水对本基坑影响不
大，主要为潜水层。开挖土层主要有：①１ 层杂填土、
①２层素填土、②１ 层粉质砂土和③１ 层砂质粉土，地
铁盾构区间位于③４层砂质粉土，主要开挖土层的渗
透系数如表１ 所示。
表１　主要开挖土层的渗透系数
Ｔａｂｌｅ １　Ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ
ｍａｉｎ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｓｏｉｌｌａｙｅｒ ｃｍ·ｓ－１
土层名称
室内试验
渗透系数
现场抽水试验
渗透系数
Ｋｖ Ｋｈ Ｋ
②１ 粉质砂土８􀆰 ９７ ×１０ －５ ９􀆰 ６１ ×１０ －５
③１ 砂质粉土９􀆰 １３ ×１０ －５ ９􀆰 ４７ ×１０ －５
③２ 砂质粉土１􀆰 ２４ ×１０ －４ １􀆰 ０８ ×１０ －４ １． ２０ ×１０ －４
③３ 粉砂夹砂质粉土１􀆰 １８ ×１０ －３ １􀆰 ４０ ×１０ －３
③４ 砂质粉土６． ４０ ×１０ －５ １． ２６ ×１０ －４
③５ 砂质粉土３． ２０ ×１０ －４ ３． ５２ ×１０ －４
３　围护和降排水设计
下沉广场周边按设计的景观缓坡式放坡，部分地
段采用挂网锚喷，地铁盾构区间范围为本基坑的核心
区，地基加固采用ϕ８５０＠６００ 的三轴搅拌桩满堂套打
加固，剖面呈“门”字形（见图２），其中隧道两侧土体
加固深度为２４􀆰 ５ｍ，距隧道管片最近为３􀆰 １ｍ，共１ ２６０
组，隧道正上方土体加固深度为６􀆰 ７９ｍ 和８􀆰 ８５ｍ，距
隧道管片仅１􀆰 ０ｍ，共４ ４１０组（三轴为１ 组）；其余广
场南、北两侧简称为非核心区。
图２　土体加固典型断面（单位：ｃｍ）
Ｆｉｇ． ２　Ｔｙｐｉｃａｌ ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｉｌ
ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔ（ｕｎｉｔ：ｃｍ）
灌注桩桩基分为３ 类：①加固抗拔桩８１ 根
ϕ６００ 灌注桩，桩长４５． ２ｍ，布设在隧道两侧，共３
排；②结构抗拔桩，４５ 根ϕ １ ０００，１７８ 根ϕ９００，６２ 根
ϕ８００；③桥梁桩基２４ 根ϕ １ ５００ 钻孔灌注桩，桩
长５６􀆰 ７８ｍ。
地铁隧道内部加固措施，原拟采用型钢“米”字
形加固，管片纵向采用型钢连接，法向采用增设锚
杆注浆，应急情况下，隧道内堆载压重措施，因地铁
铺轨和试车需要，同时也为今后在地铁运营情况
下，地铁上部类似基坑工程设计施工提供经验的需
要，隧道内部不作任何加固处理，对施工提出了较
高要求。
根据本场地地质水文情况、工程基坑开挖及基
础底板结构施工要求，同时考虑地铁隧道的有效保
护，采用自流深井降水，深井成孔ϕ８００，内放ϕ３００
ＵＰＶＣ 管，各管井间距在１５ ～２０ｍ，分两种深度的降
水井施工，非核心区共设８３ 口，井深１６ｍ，核心区设
１０ 口，井深１０ｍ，基坑周边设４００ｍｍ × ４００ｍｍ 的排
水沟。
４　施工方案
４􀆰 １　工程的难点和重点
１）核心区上跨桥梁桩基施工对隧道影响（侧
向）。
２）核心区三轴搅拌桩施工对地铁隧道影响（侧
向和正上方）。
３）降水不当对地铁的影响。
４）开挖过程中，地铁隧道的上浮。
５）广场底板上浮。
４􀆰 ２　隧道开挖分段分区数值模拟
取长度为３００ｍ、高度为１５０ｍ 范围内的土体作
为计算对象，建立ＡＮＳＹＳ 模型，隧道顶部开挖宽度
按照３４ｍ 考虑，模拟开挖后计算坑脚最大隆起量为
９ｍｍ，已超出设定报警值，必须分区分段进行开
挖［１⁃２］ ，如图３ 所示。
图３　基坑开挖平面分块示意
Ｆｉｇ． ３　Ｂｌｏｃｋ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ
４． ３　开挖分区
根据地铁隧道保护和施工总体进度要求，施工
开挖分两期进行，一期为广场隧道盾构穿越段，即
核心区土方开挖，该区域长５３􀆰 ４ｍ、宽３３􀆰 ２ｍ；二期
为广场南、北两侧非核心区开挖。
４． ４　开挖分段分层跳槽
核心区广场基底距离左线隧道管片顶最小距
离为３􀆰 １７ｍ，距离右线隧道管片顶的最小距离为
　６ 施工技术 第４３ 卷
４􀆰 ３３ｍ，开挖深度为５􀆰 ３ｍ，桥梁承台位置为５􀆰 ９５ｍ；
开挖依据“时空效应”理论［３⁃４］ ，以及纵向分段、竖向
分层、分步、对称的原则，结合数值模拟分析确定每
次开挖的长度为３３． ２ｍ，宽度为５． ７５ ～６． ００ｍ，分层
开挖厚度不超过２ｍ，开挖和底板钢筋绑扎混凝土浇
筑时间不超过２４ｈ。
跳槽开挖顺序：２（８）→４（６）→１（９）→３（５，７），
如图３ 所示。
４． ５　坑底及时压重加载
核心区分段开挖及时浇筑垫层和底板混凝土
后，为减少坑底回弹变形量，采取临时堆载措施，一
方面降低卸荷水平，另一方面尽可能缩短卸荷后的
暴露时间［５］ ，堆载通常在底板混凝土具备一定强度
后即可进行，加载也可在隧道内部进行，以适当平
衡上部土体开挖的卸荷量，本项目为取得一定经
验，未在隧道内部加载。
５　工程监测
监测内容及监测数量如下：坑外土体位移测斜
孔１３ 个，坑外地下水位观测孔３４ 个，地表沉降观测
点２４４ 个，管片沉降、收敛、水平位移观测２１８ 环，坑
内利用管井水位观测点１０ 个。隧道沉降、收敛报警
值：累计变形８ｍｍ， 连续３ｄ 的位移速率超过
２ｍｍ／ ｄ。对隧道管片沉降、收敛、水平位移采用信息
化法实时采集数据，根据实际施工监控，在三轴搅
拌套打过程中，隧道管片最大累计位移为－ ６􀆰 ７ｍｍ
　　　
（下沉），开挖施工完工后隧道管片最大累计位移为
５􀆰 ６ｍｍ （ 上浮）， 隧道变形严格控制在要求的
±１０ｍｍ范围内［６］ 。
６　结语
本项目为高地下水位下砂质粉土层中，已建地
铁盾构区间上方基坑开挖工程，坑底距隧道盾构区
间距离小，开挖范围广，面积大，对地铁盾构区间影
响范围大，采用“门”字形三轴搅拌桩全断面套打对
土体进行加固的设计方式，结合分区分段跳槽开挖
的施工方法，严格按照隧道管片位移信息化监测情
况指导开挖施工，隧道变形可以控制在报警值范围
内，为今后在已建地铁隧道上方的类似工程提供设
计、施工经验，并确保在已建隧道上方进行构筑物
基坑开挖的安全实施提供参考。
参考文献：
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影响分析［Ｊ］． 市政技术，２０１３，３１（３）：５２⁃５５．
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［ ３ ］　刘建航，刘国彬，范益群． 软土基坑工程中时空效应理论与实
践（上）［Ｊ］． 地下工程与隧道，１９９９（３）：７⁃１２，４７．
［ ４ ］　刘建航，刘国彬，范益群． 软土基坑工程中时空效应理论与实
践（下） ［Ｊ］． 地下工程与隧道，１９９９（４）：１０⁃１４．
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研究［Ｊ］． 地下工程与隧道，２０１２（２）：７⁃９ ，２６，６８．
［ ６ ］　何川，曾东洋． 盾构隧道结构设计及施工对环境的影响［Ｍ］．
成都：西南交通大学出版社，２００６．
（上接第３ 页）
着深度的增加，土体侧向位移量逐渐减小。Ｔ０９ 和
Ｔ１０ 附近区域施工的ＰＨＣ 管桩桩长为３９ｍ，３９ｍ 以
下深度的土体其侧向位移量较小。ＰＨＣ 管桩施工
过程中，距Ｔ０９ 最近的距离为５ｍ，距Ｔ１０ 最近的距
离为１０ｍ，而Ｔ０９ 测斜曲线的最大值大于Ｔ１０，说明
土体距桩的距离越近，其侧向位移量就越大。
４　结语
管桩施工使周围土体产生超孔隙水压力，随着
超孔隙水压力的不断积累，管桩施工对周围土体产
生了很大扰动，而随着距离的增大，土体中的超孔
隙水压力越来越小，管桩对土体的扰动也越来越
小。同时，ＰＨＣ 管桩施工也使桩周土体发生了较明
显的侧向位移，随着土体深度的增加，土体侧向位
移逐渐减小。ＰＨＣ 管桩施工过程中产生的超孔隙
水压力和土体侧向位移对大面积施工的ＰＨＣ 管桩
极为不利，由于施工造成桩周土体的扰动，会带来
桩体倾斜、断裂或者不能沉桩至设计深度等情况，
给工程质量及后续桩的施工造成极其不利的影响。
另外，由于超孔隙水压力消散缓慢，桩周软土强度
恢复时间长，对于灵敏度高的软土，甚至不能恢复
到原状土的强度水平，这对桩基承载力将会产生不
良影响。因此，大面积ＰＨＣ 管桩的设计中，考虑到
单桩施工影响范围，在桩的承载力和变形允许的条
件下，应尽可能地加大桩间距，或采取应力释放孔、
合理安排打桩顺序等施工措施，以保证桩的施工
质量。
参考文献：
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