陈 沛（上海东华地方铁路开发有限公司，上海 200071）
上海轨道交通机场联络线一号风井基坑紧邻沪昆高铁。本基坑开挖深度大，对高铁保护要求高。基坑的围护设计、施工过程的工序控制和全面可控的实时监测技术对本基坑安全和高铁的变形控制起到了重要的作用。本文利用该项目的1 号风井 3 号基坑为主要案例，对基坑本体监测和高铁铁路监测进行了详细的设计，并结合实际过程中的数据统计，分析基坑开挖期间监测变形规律，用于指导基坑施工，最终确保了基坑及高铁的安全。本文同时总结了施工过程中的基坑和高铁变形规律，验证了时空效应的影响和可利用性。监测设计和数据的统计可为类似工程提供参考经验。
上海轨道交通机场联络线项目是上海首条市域线工程，地质条件较差、周边建筑物密集、地下管线众多，尤其1号风井基坑，作为超深基坑，紧邻沪昆高铁，基坑开挖的工艺要求和对高铁的保护要求更为严格。
该项目的 1 号风井 3 号坑为第一个开挖的基坑，项目施工顺利，基坑安全可控，周边环境及高铁影响较小，可为涉铁基坑工程施工起到一定的规范作用，并作为有效的参考模板。本文以该基坑为主要案例，详细介绍基坑本体监测和高铁铁路监测的技术设计，并分析基坑开挖期间监测变形规律，借此抛砖引玉，以供各方参考。
1.1 基坑概况
（1）基坑：宽 14.5m，长 31.45m，开挖深度 18.54～22.93 m。
（2）环境：邻近沪昆高铁路基段，距沪昆高铁下行线路基坡脚的最近距离为 10.6 m，距高铁下行线线路中线最近距离为 20 m。
（3）围护：西侧靠近沪昆高铁地下连续墙厚 1.5 m，其余侧地下连续墙厚 1.2 m，围护深度 50 m。设 6 道支撑，其中 1、4 采用混凝土支撑，2、3、5、6 采用钢支撑。
（4）加固：基坑地下连续墙底部采用 φ 3 500 @ 2 200 N-jet 工法桩进行隔水封底处理，加固厚度 5 m，加固地层位于地连墙底上部 1 m 处；
在基坑靠铁路侧设置直径 1 m@120 cm 钻孔灌注桩作为隔离桩，深度与地下连续墙相同。
1.2 基坑地质情况
工程场地位于上海市中西部，地势较为平坦，属滨海平原地貌类型，场地以古河积区为主，仅南北两侧局部为正常沉积区。由上到下主要地层为：② 1 粉质黏土；
② 3 粉砂夹粉质黏土；
③ 1 淤泥质粘性土；
④ 淤泥质粘性土；
⑤ 1 粉质黏土；
⑤ 1-1 粉砂与粉质黏土互层；
⑤ 31 粉质黏土夹粉砂；
⑤ 41 粉质黏土；
⑤ 42 粉砂；
⑥ 1 粉质黏土；
⑦ 1 砂质粉土夹粉质黏土；
⑦ 2 粉细砂；
⑧ 2 粉质黏土。各地层性质符合上海地层普遍规律。
1.3 基坑开挖工序
基坑开挖工序详见表 1。
表1 基坑开挖工序时间统计表
为确保基坑及高铁施工安全，施工中建立两级监测方案，一是基坑施工本体监测，二是隔离桩及高铁路基、轨道板智能监测。两级监测数据均接入智能管理平台，通过监控平台实现自动报警推送功能。
2.1 基坑监测内容
（1）监测项目及点位布设。基坑监测主要监测点汇总见表 2，3 号坑监测点布设示意图如图 1 所示。
表2 基坑监测主要监测点汇总表
图1 3 号坑监测点布设示意图
（2）监测频率。降基坑内承压水之前监测频率为 1 次/d，降承压水至基坑底板浇筑完成期间为 2 次/d。
（3）报警值。按一级基坑计算 3 号坑地墙测斜报警值为 26.0～32.1 mm，本项目设计报警值为 17.8 mm。
2.2 线路及隔离桩监测内容
（1）监测项目及点位布设。线路监测主要监测点汇总见表 3，图 2 为高铁线路监测点布置横断面示意图。
图2 高铁线路监测点布置横断面示意图
表3 线路监测主要监测点汇总表
（2）监测频率。隔离桩和沪杭高铁变形按照 1 次/2 h，土体测斜按照 1 次/d；
（3）报警值。高速铁路变形累积值按 ±2 mm 控制，单日报警值按 1 mm 控制。
3.1 基坑围护体测斜分析
施工过程中铁路侧 CX 96，非铁路侧围护体测斜典型测点 CX 100 测斜值相对较大，其变化曲线如图 3 所示。
图3 围护体测斜阶段变形曲线
（1）第一层土方施工，非铁路侧变形 1.86 mm，铁路侧变形 2.51 mm，速率在 0.4 mm/d 左右，数据变形平缓。
（2）第二层土方施工，非铁路侧 4.91mm，铁路侧1.94 mm，围护体变形明显增大，速率在 1 mm/d 左右，数据变形加速。
（3）第三层土方施工，通过优化组织加快了施工进度，非铁路侧 1.63 mm，铁路侧 2.32 mm，速率在 0.3 mm/d 左右，变形稳定可控。本层施工期间，第二、三道钢支撑通过伺服系统及时调整轴力，围护体呈现开挖面以下向基坑内位移，孔口至第二道支撑向坑外位移现象。
（4）第四层土方施工，非铁路侧 3.27mm，铁路侧3.25 mm，速率在 0.4 mm/d 左右，变形平缓，但累计值持续增加。
（5）第五、六层土方至底板施工，随开挖深度的增加，围护体变形反应较为明显。本阶段施工期间，非铁路侧6.25 mm，铁路侧 4.02 mm，速率在 0.7 mm/d 左右。最终，围护体测斜最大值非铁路侧达到 18.1 mm，铁路侧达到 14.85 mm，非铁路侧已报警（报警值 17.8 mm）。
由以上可知，在基坑开挖期间，土方卸载，基坑围护体两侧土压力出现变化，引起地墙向基坑内侧移动，主要变形位置出现在开挖面以下 2 m 左右。随着支撑施工进程，地墙不同深度变形会出现明显规律。围护的设计参数、施工工序的紧凑衔接、支撑的形式与施工状态，会对围护体变形产生迅速、直接的影响。
3.2 混凝土支撑轴力测点阶段变形曲线分析
混凝土支撑各阶段轴力值曲线及历时如图 4 所示。
图4 支撑轴力变化历时曲线图
（1）第一道混凝土支撑轴力在前两层土方开挖期间，轴力持续增加，最大至 1 000 kN 左右，第三层及以下土方开挖后，围护体在开挖面以下向基坑位移，而孔口处向坑外位移，造成第一道混凝土支撑轴力迅速减小，期间出现受拉情况。至底板浇筑，第一道混凝土支撑处于基本不受力状态。
（2）第四道混凝土支撑在第四层及以下土方开挖期间，轴力迅速增大，并稳定在 2 000 kN 以上。至底板浇筑，第四道混凝土支撑轴力值达 2 822 kN，未超报警值。
由以上可知，支撑受力状态与坑外土压力有着直接的关系，随挖深增加，坑外土压力也会产生变化，尤其表层土压减小，墙顶向坑外移动，严重时第一道支撑会产生受拉状态。在基坑围护设计中， 不同基坑工程应慎重考虑第一道支撑形式，避免使用不可受拉的钢支撑。
3.3 坑外水位测点阶段变形曲线分析
3 号坑坑外水位孔包括潜水孔和承压水孔，各选取一典型测孔绘制历时曲线见图 5。
图5 坑外水位变化历时曲线
理论模型中，地下水位受止水帷幕影响，变形较小，会随基坑降水呈下降趋势，实际状态下，地下水受到地表补给、动态水文等影响较大，具体变化如下。
（1）基坑开挖期间，坑外潜水整体呈下降趋势，速率较小，期间受降雨和地表水补给等影响，水位上升后继续回落。
（2）基坑开挖前期减压井未启动，承压水位稳定。基坑开挖中后期坑内承压水降水后，坑外承压水位开始下降，速率稳定，表明坑外承压水受到了坑内降水的影响。后期为保证沪杭高铁侧水位稳定，坑外承压水回灌井开启，坑外承压水水位同步出现抬升现象，速率稳定。表明坑外水位控制起到了良好的作用。
隔离桩水平位移及竖向位移数据各选取典型测点如图 6所示。
图6 隔离桩竖向位移历时曲线
3 号坑开挖期间隔离桩监测点 GLK5＋000、GLK5＋010变形较为明显。在第二层土方开挖到第三道支撑安装完成测点 GLK5＋000 变化最为明显，累计往基坑侧偏移 4.0 mm，最终累计变化量为 5.0 mm；
开挖期间竖向位移呈隆起趋势，变形最大的监测点是 GLK5＋010，开挖期间累计隆起1.1 mm，最终累计隆起 1.7 mm。高铁变形情况与理论变形规律基本一致。
路基监测点水平位移及竖向位移典型数据如图 7 所示。
图7 沪杭高铁路基点位移曲线图
基坑开挖期间路基监测点变形较小，水平位移最大变化监测点 XL5＋020 往基坑侧偏移了 0.7 mm，所有测点均在允许范围内波动；
竖向位移最大变化监测点 XL5＋040 下沉1.5 mm，所有测点均在允许范围内波动。
铁路下行线线路监测点水平位移及竖向位移数据如图 8所示。
图8 沪杭高铁底座板位移曲线图
基坑开挖期间线路水平、竖向位移监测点变形均在较小范围内波动，整个开挖过程中数据稳定。
（1）3 号坑土方施工期间，整体变形稳定，无突变和异常状态，非铁路侧围护体测斜最终报警，但未超过一级基坑允许值，且未对周边环境造成负面影响。
（2）基坑开挖期间各监测科目变形数据较小，说明围护整体情况较好，各项加固措施起到了相应的作用。
（3）第一、二层土方开挖时间衔接不紧密且第二层开挖略慢，未充分把握失控效应，导致基坑变形较快；
后期基坑暴露时间超过一定期限后，变形速率又开始增大，变形趋势发展迅速，导致最终报警。
（4）围护体测斜变形与支撑轴力变化可相互印证，能有效的反应了整体变形状态，达到预期效果。
（5）基坑环境的变形向远处（铁路侧）为递减趋势，其中隔离桩发挥了重要的消缓土体变形的作用。
（6）对铁路变形控制重点在于合理的围护结构设计、紧凑的施工安排和全方位的数据监控。
在 3 号坑的施工过程中，完整的监测体系覆盖了整个施工过程，信息透明地、全面性地反应了施工状态，验证了维护体系设计的合理与施工的优质，为其他基坑的开挖提供依据，也为后续涉铁及高环境等级的类似施工提供经验。
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