上海外灘通道工程跨延安路隧道段深基坑設計方案分析

張英新 上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海 200092

上海外灘通道工程跨延安路隧道段深基坑設計方案分析

張英新 上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海 200092

上海外灘通道工程是近年來上海地區規模較大的地下工程，其中的跨延安路隧道段因與正常運行的延安路隧道距離較近，造成其深基坑工程設計施工要求高，難度大。本文對此深基坑設計方案及計算結果進行解析，證明本工程所采用設計方案的合理性及計算方法的有效性。

深基坑；隧道保護；基坑圍護；基坑設計

1.工程概況

外灘通道工程位于黃浦區、虹口區，是上海中心城區規劃的三條南北向主干道之一的東線重要組成部分，為雙向四～六車道地下通道，總體呈南北走向，全長3720m。

本次深基坑設計范圍為外灘通道跨延安路隧道段，本段外灘通道結構形式為上下雙層單跨鋼筋混凝土箱涵結構，基坑寬度約為11m，長約76m，深度約為10.0～10.7m。

通道下方為延安路南北線隧道，穿越黃浦江的圓形隧道長1470m，與外灘通道相交的延安路隧道盾構頂標高分別為-14.1m，-12.3m，距外灘通道基坑底距離分別為6.99m，5.24m。

2.工程地質與水文地質

擬建工程沿線場地屬長江三角洲下游濱海平原地貌，沿線場地標高范圍內土層由第四系全新統至上更新統沉積地層組成。各土層均符合上海地區典型的土性特征，在此不進行詳細描述。

3.基坑圍護設計

3.1 設計原則與標準

3.1.1 設計原則

（1）根據周圍環境條件、基坑開挖深度、工程地質及水文地質條件、支護結構的功能等確定基坑工程等級，采用合理的支護體系。

（2）基坑支護結構的選型根據基坑深度、環境要求、工程地質、場地條件及結構類型等綜合確定，力求做到技術成熟、施工安全、經濟合理、方便施工。

（3）基坑支護結構設計根據采用的施工方法、結構受力特點，選擇合理的結構模型及計算方法，模擬實際施工過程，分施工階段、使用階段按最不利荷載組合對支護結構進行穩定性、承載能力、變形、抗裂等方面的計算和驗算。

3.1.2 設計標準

本次設計范圍基坑深度10.0～10.7m，下方延安路隧道距基坑底部5～7m，東側天文臺距基坑邊約8m，基坑保護等級確定為一級，周邊地面沉降＜0.1%H，圍護結構水平位移＜0.14%H（H為基坑開挖深度）。

3.2 圍護結構設計方案

3.2.1 施工分區

為保護延安路隧道，本段基坑采用劃大為小的原則，將通道基坑分為五個施工區，由南向北分別為4A、4B1、4B2、4B3、4B4，其中延安東路隧道南線、北線分別位于4B1、4B3區，施工順序籌劃為4B2→4A→4B4→4B1→4B3。設計要求在上期基坑內部結構施工完成后，方可進行下期基坑的開挖。本工程設計中，重點難點為4B1、4B2、4B3區。4B1長約20m，4B2長約36m，4B3長約20m，各分區間采用Φ800@950鉆孔灌注樁+雙排Φ 650@450三軸攪拌樁隔斷墻。

圖1 施工分區及延安路隧道平面位置示意圖

3.2.2 圍護結構方案

本段基坑采用明挖順做施工。圍護結構形式經對地下連續墻、鉆孔灌注樁＋攪拌樁截水帷幕、SMW工法樁、鉆孔咬合樁圍護等多種方式綜合比較認為：地下連續墻因分幅較寬，難以與圓形隧道頂形成較好吻合，不能盡快加大圍護結構插入深度，且施工對地層擾動大，對保護延安路隧道不利； SMW 工法樁圍護結構剛度小，不易達到基坑保護等級一級要求；鉆孔咬合樁對工藝要求高，其施工質量受施工機具與工藝水平影響較大，在本段地層條件較復雜的情況下不宜采用；最終采用鉆孔灌注樁＋三軸攪拌樁截水帷幕方案。

本工程圍護采用Φ 800@950鉆孔灌注樁+雙排Φ 650@450三軸攪拌樁，鉆孔樁樁頂設置鋼筋混凝土圈梁，基坑內部豎向設置一道800×800鋼筋砼支撐及二道φ 609、t=16mm鋼管支撐，砼支撐水平間距約6～7m，鋼管支撐水平間距約3.6m，圍囹體系采用雙拼H400×400×13×21型鋼，止水帷幕采用雙排Φ 650三軸攪拌樁。

受基坑下延安路隧道的限制，南北線隧道上方圍護結構底部設于延安路隧道頂0.5m，樁底位于④層灰色淤泥質黏土及⑤1層灰色黏土中，插入比小于0.5。隧道范圍外圍護樁樁底標高-17.00，位于⑤3層灰綠色粉質黏土中，圍護樁入土比大于1.0。

為減少相鄰基坑開挖對延安路隧道的影響，各分區間隔斷樁樁底位于延安路隧道底以下2.5～3.5m，底標高-27.00m，并為滿足隧道上方通道抗浮要求，在隔斷樁內部分加長至-40.00m。

圍護結構典型斷面見圖2。

圖2 基坑支護結構典型斷面圖

3.2.3 支撐設置與拆除本段基坑內部設置三道支撐，第一道采用鋼筋混凝土支撐，其余均為φ609鋼管支撐，以加快基坑施工速度。第一道支撐位于地面下1.0m，第二道支撐距第一道支撐2.9～3.5m，第三道支撐距基坑底約3m。

本段支撐拆除工況為：底板澆筑并達到設計強度后，拆除第三道鋼支撐；澆筑中板及側墻，待其達到設計強度后拆除第二道鋼支撐；澆注側墻至第一道鋼筋混凝土支撐下后，設置一道換撐，拆除第一道支撐并澆筑頂板，待頂板達到設計強度后，拆除換撐。

4.基坑圍護結構計算

4.1 計算模型

圍護結構的計算沿基坑縱向取單位長度，采用豎向彈性地基梁桿系有限元法進行受力分析，并考慮基坑開挖、支撐安裝、主體結構砼澆筑等施工過程的特點，按“先變形、后支撐”的原則模擬實際施工工況，分步進行計算分析。

本段基坑變形保護等級為一級，基坑深度10～11m，選取延安東路隧道北線上方斷面及兩隧道間斷面進行支護結構計算。

（1）北線上方斷面

最終計算結果：鉆孔灌注樁最大彎矩322.4kN*m，最大剪力181.1kN，滿足強度要求；鋼支撐最大軸力1300kN，滿足強度與穩定性要求；圍護結構水平位移為13.6mm＜0.14%×10.14m＝14.2mm，基坑周邊地表最大沉降8.2mm＜0.1%×10.14mm=10.14mm，滿足一級變形保護等級要求。

本段基坑圍護結構各項穩定性系數如下：

整體穩定性驗算： Kz=1.57＞1.25

抗隆起穩定性驗算：Kl=2.57＞2.5

墻底地基承載力驗算：Kwz=2.72＞2.5

帶支撐抗傾覆驗算：KQ=2.71＞1.2

抗承壓水穩定驗算：Ky=1.45＞1.05（按揭示土層及最高水位）

各項穩定性滿足規范要求。

(2) 兩隧道間斷面

最終計算結果：鉆孔灌注樁最大彎矩318.6kN*m，最大剪力237.6kN，滿足強度要求；鋼支撐最大軸力1185kN，滿足強度與穩定性要求；圍護結構水平位移為12.1mm＜0.14%×10.03m＝14.0mm，基坑周邊地表最大沉降9mm＜0.1%×10.03m＝10.03mm，滿足一級變形保護等級要求。

本段基坑圍護結構各項穩定性系數如下：

整體穩定性驗算：Kz=1.49＞1.25

抗隆起穩定性驗算：Kl=2.52＞2.5

墻底地基承載力驗算：Kwz=2.51＞2.5

帶支撐抗傾覆驗算：KQ=2.8＞1.2

抗承壓水穩定驗算：Ky=1.45＞1.05（按最高水位）

各項穩定性滿足規范要求。

5.結論與小結

本工程跨延安路隧道段基坑工程經圍護方案的多方案比較，設計過程中的準確計算，不但如期順利完工，同時達到了保護延安路隧道及附近建筑物、管線的目標，以實際結果證明了所采用設計方案的合理性及計算方法的有效性，對類似工程有著一定的參考價值。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.11.028