預留盾構穿越的非對稱地下結構設計

華中良

（上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海 200092）

1 工程概況

東西通道工程是上海市CBD核心區井字形通道方案的重要組成部分，全長約7 km。軌道交通14號線是上海市軌道交通網絡中一條重要的市區級線路。根據線路規劃，14號線在陸家嘴東路與陸家嘴環路路口以東從北側下方斜向穿入東西通道底板下，后與東西通道沿浦東大道共線前行，平面布置如圖1所示。

圖1 穿越節點平面布置圖

東西通道為地下道路工程。根據線路設計方案，該穿越節點為長條形基坑，基坑寬度約26 m，開挖深度為15 m～18.8 m，長約120 m，為地下兩層結構，采用明挖法施工。基坑兩側有若干幢多（高）層建筑物，現狀地面下有給水、雨污水、信息、煤氣等管線。待建軌道交通盾構區間隧道頂距東西通道結構底板底為2 m～3 m。

根據東西通道及軌道交通14號線實施計劃，該節點東西通道先行實施，軌道交通盾構區間后期下方穿越。因此在保證東西通道基坑安全實施的同時，如何為盾構隧道后期穿越預留足夠的實施條件，并且確保后期盾構穿越時東西通道結構的安全是必須面對的問題。

2 工程地質

擬建工程所在位置的土層依次為：①1層雜填土，系近期人工堆填，上部含碎磚、礫石、煤渣等雜物，下部則以粘性土為主；②1層褐黃～灰黃色粉質粘土，土質自上而下逐漸變軟；③層灰色淤泥質粉質粘土，該層中夾有第③夾層粘質粉土分布；④層淤泥質粘土，呈流塑狀態，夾少量薄層粉砂；⑤1層灰色粉質粘土，夾薄層粉砂，上部夾粘土，呈可塑～軟塑狀態；⑥層暗綠～草黃色粉質粘土，土質較好；⑦1層砂質粉土，局部為粉砂及少量薄層粘性土；⑦2層粉砂，局部以細砂為主。土層參數見表1所列。

表1 土層參數表

3 總體實施方案

上海地區的類似工程如軌道交通4號線宜山路站和復興東路隧道浦西暗埋段均采用在穿越位置采用特殊幅地下墻，后期盾構機直接切削的方案。但在該工程中，由于軌道交通盾構區間與該工程基坑斜交角度大，因采用盾構機直接切削方案地下墻需與盾構機垂直，即需要擴大基坑的平面范圍，勢必造成地下空間資源的浪費，增加工程投資，同時存在盾構機因切削能力不足影響穿越的巨大風險。

考慮到盾構區間后期斜向穿越的要求，該工程在盾構斜向穿越側采用了超短地下墻+SMW工法樁的圍護結構，如圖2所示。超短地下墻墻底距盾構隧道頂大于1 m。超短地下墻滿足施工及使用階段的受力要求（使用階段與內襯共同受力），SMW工法樁插入較深，滿足施工階段的整體穩定、抗隆起等穩定性要求。SMW工法樁內插型鋼在該工程基坑實施完畢后拔除，為盾構穿越預留條件。采用該方案，不僅避免了切割方案潛在的風險，且基坑平面范圍無需擴大，開挖深度無需加深，節約了工程投資，降低了施工風險。

圖2 工程實施方案的橫剖面圖

4 非對稱圍護結構分析

從圖2可以看出，該工程一側為常規深地下墻，另一側為超短地下墻+SMW工法樁，圍護結構為非對稱結構。工法樁內插型鋼內力是否滿足要求？超短地下墻側圍護結構變形是否滿足要求？本文對該非對稱圍護結構進行了詳細分析。

選取基坑開挖深度為18.3 m處進行計算。基坑寬度為26 m。沿豎向設置四道支撐，第一、二、四道支撐為混凝土支撐，第三道為鋼支撐。混凝土支撐截面尺寸分別為800 mm×800 mm、1000 mm×1000 mm、1200 mm×1200 mm，支撐水平間距為8 m。鋼支撐為Φ609×16鋼支撐，支撐水平間距為3 m。支撐豎向間距為 1.5 m、5 m、4.3 m、3.9 m、3.6 m。兩側地下墻厚均為1000 mm，深地墻長30 m，短地墻長20.5 m。工法樁直徑為850 mm，滿插700×300×13×24型鋼，工法樁長30 m。

基坑開挖回筑過程采用增量法，按照“先變形，后支撐”的原則進行計算。超短地墻和SMW工法樁之間用只能受壓的剛性桿件連接。計算結果如圖3～圖8所示。

上述內力計算結果均為標準值。

從上述計算結果可以得出以下幾點結論：

圖3 深墻彎矩包絡圖

圖4 深墻水平位移包絡圖

圖5 短墻彎矩包絡圖

圖6 短墻水平位移包絡圖

圖7 工法樁內插型鋼彎矩包絡圖

圖8 工法樁內插型鋼剪力包絡圖

（1）深墻、短墻最大彎矩值均出現在拆第四道支撐工況，深墻最大彎矩值約為1300 kN·m，短墻最大彎矩值約為1200 kN·m，這是因為短墻側圍護結構為地墻+工法樁，工法樁承擔部分荷載，所以短墻最大彎矩值略小于深墻。同樣的原因，深墻最大水平位移（23 mm）略大于短墻（22 mm）。

（2）短墻由于坑底以下部分嵌入深度較淺，其水平位移的曲線形狀與深墻不同。

（3）由于工法樁內插型鋼的折算抗彎剛度僅為地墻的1/6.2，其承擔的荷載較小，因此其彎矩、剪力值均較小。

（4）在短墻墻底位置，由于抗彎剛度突變，工法樁內插型鋼的彎矩、剪力值均有突變現象。

5 其他措施

該工程還采取了若干措施以保證基坑的安全實施，并盡量減小后期盾構穿越對該工程結構的影響。

5.1 橫向超短地下墻

該工程中除在盾構斜向穿越位置沿縱向采用了超短地下墻外，在坑底以下還沿基坑縱向間隔設置若干橫向超短地下墻，其深度和縱向超短地下墻相同。橫向超短地下墻可減小施工階段圍護結構的水平位移和坑外地面沉降，保證基坑的安全實施。

5.2 坑底加固

盾構斜向穿越位置坑底采用全斷面旋噴樁加固。旋噴加固既可以減少基坑實施階段坑底隆起量、圍護結構的水平位移及坑外地面沉降，還可以改善坑底土體的性質，減小后期盾構穿越對該工程的影響。

5.3 預留注漿孔

在該工程結構底板內預埋注漿孔及沉降觀測計，在使用階段或盾構穿越時對結構進行監測，結構變形超過報警值時，及時注漿以保證結構安全。

5.4 非對稱內部結構設計

從圖2可以看出，該工程左右地下墻坑底以下長度相差較大，且墻底所在土層性質相差很大（盾構斜穿側墻底位于④～⑤1層，非斜穿側墻底位于⑦1～⑦2層），為非對稱結構。為減小這種不對稱給結構帶來的不利影響，在滿足管線埋深等要求的情況下適當抬高盾構斜穿側頂板，并適當壓低非穿越側頂板。即減小盾構斜穿側頂板上土的壓重，增加非穿越側頂板上土的壓重。同時根據計算在盾構斜穿側底板下設置樁基，保證結構的整體平衡。

6 結語

目前東西通道工程該節點已施工完畢，軌道交通盾構區間隧道尚未推進。該工程基坑實施時，安全穩定，圍護結構受力、變形、地面沉降等各項監測數據均滿足設計要求。采用超短地下墻+SMW工法樁的新方案避免了常規方案潛在的施工風險，降低了工程造價。可為類似工程提供參考。

[1]DG/TJ08-61-2010，基坑工程技術規范[S].

[2]陳鴻，馮云，季應偉.預留盾構穿越超短地下墻工法樁的圍護結構[J].中國市政工程，2010，（增刊）.