随着地下空间的不断开发利用，临近地铁车站或地铁隧道的深基坑开挖越来越多.软土地区深基坑施工开挖时，若不能严格控制基坑施工效应，既有盾构隧道易出现不均匀变形、接缝漏水、接头部位损坏、管片裂缝增加、混凝土表面剥离等病害，甚至造成既有隧道主体结构发生破坏，对隧道结构安全、地铁列车运营的安全性及舒适性都有一定潜在威胁.

Burford^[1]最早报道了伦敦地铁隧道因上方开挖卸荷在27年间累计隆起50 mm的案例.Chang等^[2]报导了在台北捷运系统建设过程中，Panchiao Line的隧道区间由于邻近基坑开挖而被破坏的工程案例，并给出邻近既有隧道开挖基坑时的建议.杨有海^[3]、张忠苗^[4]、张雪婵^[5]等学者通过对杭州地区地铁深基坑的监测数据进行分析，总结了深基坑施工过程中不同工况、不同施工工艺对基坑及围护结构变形的影响和应对措施.但针对深厚软土地区下穿地铁隧道深基坑开挖影响的监测以及紧邻地铁车站的深大基坑监测却鲜有报道，亦没有针对监测方案给出合理建议.本文通过工程实例，对下穿地铁隧道以及临近地铁车站的深大基坑开挖过程中的各项监测数据进行分析，总结出一些有价值的规律，并提出监测建议.

1 工程概况及变形控制标准

杭州市萧山区彩虹大道(市心路～工人路)B标段工程，西起桩号K5+242，东至桩号K5+331.9，横跨地铁二号线杭发厂站和市心路，全长89.9 m.全部为暗埋段，采用现浇钢筋混凝土箱型结构，单箱双室，最大埋深在原地面下约12 m，剖面详见图 1.B标段与地铁2号线杭发厂站交叉，在地铁范围内部分(暗埋段36)由地铁施工时一并完成，其余部分(暗埋段35、37、38)在地铁车站及A标施工完成后再施工.基坑采用明挖法施工，其中先同步开挖、施工暗埋段35、37，待主体结构完成后，再开挖施工暗埋段38.

1.1 工程地质条件

施工区域土体从上到下依次为：① -1杂填土；② -1黏质粉土；② -2淤泥质粉质黏土夹粉土；② -3砂质粉土;② -4砂质粉土；③ -1淤泥质粉质黏土;③ -2淤泥质粉质黏土;④ -1粉质黏土;⑤ -2圆砾.本工程拟建隧道基坑开挖深度为10～14 m，基坑开挖范围内涉及土层主要为② -1塘泥、② -2淤泥质粉质黏土夹粉土、② -3砂质粉土.根据浙江省工程物探勘察院提供的工程地质勘查报告，各层土的物理力学指标设计参数见表 1.其中，土的天然含水量、孔隙比以及重度通过土工室内常规试验获得，黏聚力和内摩擦角通过三轴试验测定.通过分析标准贯入试验、重型动力触探试验等原位测试资料和土工试验数据，并依据《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTG D63-2007)最终确定地基土承载力特征值和变形模量.

1.3 周边环境

工程场地北侧为在建旺角城二期工程，地下2层，基坑开挖深度10.7～12.1m，围护结构采用直径1 000钻孔灌注桩+三轴搅拌桩.其地下室结构及主体已经完成. 南侧为已建旺角城一期.1幢高层住宅，工程桩为直径600～800 mm钻孔灌注桩，地下一层，基坑开挖深度6.9 m，围护结构采用土钉墙，土钉长度为9~15 m.基坑东西两侧连通在建地铁二号线杭发厂站,地铁端头井开挖深度19.30 m，围护结构采用800 mm厚地下连续墙，墙深度41 m.

1.4 基坑支护结构

结合本工程特点，根据“经济、安全、方便施工”的原则，本基坑采用地下连续墙及钻孔灌注桩+内支撑的围护结构方案，暗埋35段围护桩采用600 mm地下连续墙，墙深29 m，插入比1:1.63，桩底位于③ -2淤泥质粉质黏土层；接缝采用φ850@600的高压旋喷桩，桩长26 m，桩底进入不透水层不小于5 m；竖向设置2道支撑.暗埋段37、38围护桩采用φ900@1100钻孔灌注桩，桩长22 m，插入比1:1.16，桩底位于② -4砂质粉土层；坑外止水桩采用φ850@1200的三轴搅拌桩，桩长26 m，桩底进入不透水层≥4 m；竖向设置2道支撑.

1.5 杭州地铁已建区间隧道变形控制标准

目前关于地铁隧道结构容许变形量研究较少，国内不同城市(如：北京、上海、广州)结合当地的建设工程经验给出了不同的标准，其中以上海标准最为成熟.针对杭州地质条件、杭州地铁结构特点、列车性能及运行条件，参照了国内外软土地区地铁保护技术标准的相关资料，杭州地铁集团制定了一套适合杭州实际情况的地铁结构保护技术标准：

1) 地铁工程(外边线)两侧邻近3 m范围内不能进行任何工程.

2) 地铁结构设施绝对沉降量及水平位移量≤20 mm(包括各种加载和卸载的最终位移量)，隧道回弹变形不超过15 mm.

3) 隧道变形曲线的曲率半径R≥15 000 m，地铁车站结构变形曲率半径≥50 000 m.

4) 相对变形曲率≤1/2 500.

5) 由于建筑物垂直荷载(包括基础地下室)及降水、注浆等施工因素而引起的地铁隧道外壁附加荷载≤20 kPa.

6) 由于打桩振动、爆炸产生的震动隧道引起的峰值速度≤2.5 cm/s.

根据以上控制标准并结合杭州地铁1号线隧道以往的保护经验，地铁和基坑各监测项目的控制值如表 2、3所示.

2 地铁监测及分析 2.1 地铁监测内容

根据杭州市地铁建设管理暂行办法，距离基坑施工50 m范围以内属地铁保护区，因此，地铁车站监测范围为施工区域对应地铁部分及向两侧延伸50 m.监测内容包括：① 站厅层沉降；② 站厅层位移；③ 道床沉降(人工、自动)；④ 道床位移；⑤ 隧道收敛；⑥ 轨顶差异沉降；⑦ 隧道、车站倾斜(自动).

2.2 监测仪器设备

针对地铁不同监测项目采用的监测仪器及测量精度如表 4所示.

2.3 隧道位移、收敛监测分析

地铁隧道的位移与收敛对地铁的安全运营有重要影响.基坑开挖期间隧道的位移、收敛变化曲线如图 2所示.

隧道人工收敛监测断面与隧道内人工沉降、人工位移监测点一一对应，为7个断面，两条隧道共布设14个断面，如图 3所示.人工收敛采用在隧道的两腰处做标记，用手持式测距仪测量两标记之间的距离变化的方法.

从图 2(a)可以看出基坑开挖对隧道竖向位移有较大影响，隧道位移总体上有增大的趋势.所有监测点中XCJ02在12月29号出现累计最大沉降量，最大值为-3.59 mm，SCJ11在10月26号出现累计最大隆起量，最大值为1.86 mm，除少数监测点表现为隧道隆起外，80%的监测点表现为隧道沉降.结合施工工况可知，暗埋段35、37虽同步施工，但暗埋段35进度稍快于暗埋段37，施工荷载略有差异，从而导致靠近暗埋段37的上行线隧道出现隆起，靠近暗埋段35的下行线隧道出现沉降，但监测期间所有测点的累计竖向位移都在±4 mm内，未超过报警值.

从图 2(b)、(c)可以看出隧道的水平位移和收敛随时间的变化趋势大致相同，在基坑开挖初期变化很小，随着暗埋段38的开挖位移和收敛逐渐增大.与图 2(a)相比隧道的水平位移、收敛较竖向位移小很多，所以基坑开挖对下穿隧道的影响主要以竖向位移为主.

2.4 轨顶差异沉降、站台站厅沉降监测分析

根据要求，轨顶差异沉降监测点共布设36组(SGCY1~SGCY18和XGCY1~XGCY18),如图 3所示，站厅层沉降布设10个监测点(TC1~TC10),站台层沉降布设15个监测点(SZCJ1~SZCJ8和XZCJ1~XZCJ7).基坑施工期间，地铁进入试运营阶段，上述测点的监测结果如图 4所示.

从图 4(a)可以看出，在整个施工期间轨顶差异沉降集中在[-1,1]，且所有测点变化平稳，均满足地铁隧道变形标准.可以认为，地铁轨道没有出现明显的不均匀沉降，基坑开挖及降水对轨顶差异沉降的影响较小.从图 4(b)可以看出，基坑开挖初期站厅层沉降变化较小，随着时间的推移，站厅沉降逐渐增大，最大达到-2.71 mm(TC4).因此，在暗埋段35、37、38开挖后期需把监测频率由每天1次提高到每天3次，密切关注站厅沉降的发展.与站厅层相比，站台层沉降(图 4(c))除下行线监测点XZCJ7在基坑施工完毕时出现最大沉降量(-3.32 mm)外，其余监测点沉降变化幅度均较小.所以，站厅对外界环境变化更敏感，基坑开挖对站厅层扰动大于站台层.此外，站台、站厅最大沉降均为负值，说明站台、站厅略有上浮，主要是基坑开挖卸荷和基坑降水导致的.

3 基坑监测及分析 3.1 基坑监测内容

基坑监测项目主要有：① 围护墙体深层侧向位移；② 深层土体侧向位移；③ 基坑周边及坑内地下水位；④ 基坑支撑梁轴力；⑤ 基坑周边地表沉降；⑥ 建筑物沉降；⑦ 基坑围护墙顶沉降；⑧ 基坑立柱沉降.基坑与周边建筑物的位置关系如图 5所示.

3.2 监测仪器设备

针对基坑不同监测项目采用的监测仪器及测量精度如表 5所示.

3.3 墙体、土体最大深层水平位移监测分析

如图 6所示，在基坑周围围护墙体深层侧向位移监测有12个测斜孔，为CX1～CX12；对应的深层土体侧向位移也有12个测斜孔，分别为TCX1～TCX12.此外，暗埋段37与38交界处有CX13和TCX13.由于施工过程中未能对测斜孔进行有效保护，导致5个测斜孔遭受不同程度的破坏，测斜数据不完整.在此仅选取具有代表意义的CX6/TCX6、CX10/TCX10进行分析，位移-深度变化曲线如图 7所示，位移正值向坑内，负值向坑外.

从图 7可以看出，随着基坑开挖围护墙体不断出现向坑内的位移，基坑暴露时间越长，位移越大.CX6与TCX6曲线变化趋势相同，呈“两头窄中间宽”的纺锤形，CX10与TCX10变化趋势也相同，在基坑开挖初期随深度增加，位移逐渐变小，基坑开挖后期随深度增加，位移先变大后变小.CX6最大位移为24.77 mm，发生在2015年1月19日，深度为-18 m；TCX6最大位移为25.49 mm，发生在1月18日，深度为-20 m；CX10最大位移为27.04 mm，发生在2014年10月29日，深度为-13 m；TCX10最大位移为25.23 mm，发生在2014年11月4日，深度为-17 m.由此可见，墙体最大水平位移与土体最大水平位移发生的时间、深度非常相近，CX6和TCX6，CX10和TCX10曲线走势高度吻合，究其原因是土体测斜孔与墙体测斜孔距离很近，墙体深层水平位移引起土体水平位移.

CX10与TCX10在基坑开挖初期随深度增加位移线性减小，离地面越近位移越大，出现这种情况可能是施工过程中基坑周围不定时堆放钢筋、模板、及施工机械移动造成的.因此，建议基坑周围不要堆放各种建材、停放机械，开挖土方临时堆放场地距离基坑不小于3H(H为基坑开挖深度).

基坑在施工期间基坑支护结构墙体最大侧向位移为CX11测点，累计最大深层水平位移为32.73 mm(深度在-14.0 m处)，土体最大侧向位移也为TCX11测点，累计最大深层水平位移为31.23 mm(深度在-12.0 m处)，进一步证实了墙体深层水平位移与土体水平位移密切相关，可用墙体位移代替土体位移.

3.4 支撑轴力监测分析

支撑轴力监测共有6个监测点，图 8(a)、(b)分别为ZC1-1~ZC2-2和ZC3-1~ZC3-2轴力随时间变化曲线.

从图 8(a)可以看出，在基坑开挖初期，第1道支撑轴力值急剧增长，随着第2道钢筋混凝土支撑的浇筑，第1道支撑轴力逐渐趋于稳定，直至支撑被拆除.由于开挖初期支撑数量较少，轴力值易产生突变，因此，在监测时要重点关注基坑开挖初期支撑轴力的变化.从图 8(b)中可以看出，暗埋段38第2道支撑在开挖初期出现负值，初步分析可能是因为土体发生向坑内的凸胀变形，这种变形随着开挖深度增加而增大，当土方开挖至坑底时，坑底发生回弹，从而导致支撑受拉.通过用直线进行拟合发现，轴力值总体上平稳上升.

3.5 水位监测分析

如图 9所示，地下水位监测点共有7个，即SW1～SW7.从地质条件来看，坑底落在② -3砂质粉土，该层土渗透性强，如地下水处理不当，基坑开挖容易引起渗漏、流砂和管涌现象，进而影响基坑的安全.为此，各暗埋段坑内设置2口自流疏干井，坑内降水深度为开挖面下1 m.从图 9可以看出，各测点水位随时间变化趋势相同，随着基坑开挖深度增加水位不断下降，基坑水位最后保持相对稳定.

3.6 沉降监测分析

基坑的沉降监测主要包括：建筑物沉降(JZW1～JZW40)、地表沉降(DB1～DB55)、围护结构沉降(WH1～WH11)、立柱沉降(LZ1～LZ3).监测结果如图 10、11所示.

对比图 10(a)、(b)发现:距离基坑最近的建筑物及地表沉降随时间的变化趋势相同，先隆起再沉降最后沉降值趋于稳定.再将图 10与水位监测结果对比发现：建筑物及地表的沉降与基坑外地下水位的变化趋势相同，所以，基坑地下水位的异常变动会伴随着邻近基坑的地表沉降^[6].

从图 11可以看出，基坑主体围护沉降数据显示基坑在开挖施工期间沉降均匀，截止2015年1月15日顶板施工完成，围护最大沉降量为WH1测点，累计沉降量为 9.5 mm，未超过设计警戒值(±25 mm).周边建筑物最大沉降量为JZW17测点，累计沉降量为-8.9 mm，沉降速率稳定，沉降量正常，未超过设计警戒值(±10 mm).截止2015年1月18日，地表沉降累计最大为DB14测点，沉降量-10.3 mm，未超过设计报警值(±25 mm).

4 结论

1) 基坑开挖对下穿隧道有显著的影响，隧道变形以竖向位移为主，且竖向位移监测中80%的监测点表现为隧道沉降.尽量保证两侧基坑对称同步开挖，避免偏压对地铁车站造成不利影响，同时尽量减少两侧基坑及围护的暴露时间.

2) 基坑开挖对下穿隧道轨顶差异沉降的影响较小，对站台层沉降影响较大.站台、站厅的隆起可能是由基坑开挖卸荷和基坑降水导致的.

3) 就基坑监测结果及现场的实际情况来看，各项监测指标均在设计警戒值以内.其中，基坑围护结构(CX11)最大水平位移达到 32.73 mm，接近报警值(±40 mm)，建议类似基坑在施工时备齐一定数量的钢支撑，一旦变形达到报警值，及时加设钢支撑，控制基坑变形或备好一定数量的编织袋，一旦发现位移增大或不稳定，可用砂袋回填反压.

4) 地下连续墙深层水平位移与坑外土体水平位移密切相关，可用墙体水平位移代替土体水平位移.暗埋段35、37紧邻地铁车站，内部结构与围护结构间空隙须采用素砼填密实，以减小周边土体变形.

5) 基坑地下水位的异常变动会伴随着邻近基坑的建筑物及地表沉降，因此，水位变化必须引起重视.建议基坑内设深井疏干坑内潜水，基坑外设备用降水井以备极端情况下的围护结构渗漏水处理，并应编制相应的降水方案和合理的应急措施.基坑隆起是导致支撑轴力出现负值的主要原因，当支撑轴力出现负值时应高度关注坑底隆起和地表下陷.