復雜環境下超大規模地下空間施工的總體策劃與實施

上海建工集團股份有限公司總承包部 上海 200080

0 引言

隨著地下工程開挖深度和規模的增大，地下工程的難度更加突出[1-4]。在地下工程施工風險的研究中，如何盡可能地減小地下工程施工中的事故發生率、對地下工程潛在的施工風險進行整體策劃顯得十分必要。本文以后世博B片區央企總部項目為背景，詳細探索了地處城市中心，面臨著地鐵、共同溝、重要管線保護等復雜條件下的超大規模地下空間的實施，重點闡述了工程的總體部署和前期策劃，如何將一個超大規模的基坑劃分為十幾個中小型深基坑，及如何有序合理地組織和安排，在施工過程中動態的調整各種工況以減少“時空效應”的影響。文章從工程難特點分析，詳細介紹了前期策劃、基坑圍護設計、施工步序調整、工況協調控制以及在施工過程中諸如軌交、共同溝保護和地下聯絡通道穿越等關鍵技術。

1 工程概況

為加快上海世博園區的后續建設，原世博亞洲臨時展館區將新建成為國際會展及其商務集聚區。其中，世博央企總部集聚區作為B地塊最為核心的工程，將打造成為上海最為前沿的央企聚集區域。工程總體規劃建筑面積超過100 萬m2，其中地下空間超過45 萬m2，地上超過60 萬m2，共有28 棟建筑，共用同一個地下空間（圖1）。B片區規劃構建立體化、網絡化的集地下軌道交通系統、地下步行系統、地下車行系統、地下商業系統、地下倉儲系統和地下管線系統為一體的地下綜合系統，且周邊已建成3 條軌道交通線、4 個軌道交通站點，及盧浦大橋、打浦路隧道、西藏南路隧道，都將與園區規劃的地下空間形成有效聯通，構成便捷的立體交通網絡。

圖1 后世博央企總部規劃示意

本區域通過聯絡通道與周邊軌交、世博軸、世博展覽館、世博中心、世博酒店等工程地下空間連成一片，真正形成一個區域性的龐大的地下空間體系。同時，各單體之間遙相呼應，形成了一個“小區域、高密度、緊連通”的區域，為未來城市CBD的建設提供了一個超級樣板。

2 工程重難點分析

2.1 有效地協調各家業主是策劃的核心

由于本地塊為十幾家企業分別投資興建，各投資主體前期工作進度不一、相差懸殊。如中國商飛總部大樓，前期各項手續推進非常迅速，設計、招標均快速地完成，而相鄰的中國黃金、招商、寶鋼等大樓遠遠滯后，甚至連項目開發的建設單位主體都沒有成立，工程方案沒有開始。同時由于所有單體的地下室均形成一個統一的地下空間，工程的建設相互制約。因此，本工程最大的困難，是如何在各家業主前期方案設計、工程招標、施工時間相差甚大的情況下，進行前瞻性的、有效的統一策劃，盡可能縮短總的建設周期。

2.2 超大規模的地下空間開發

本工程地下建筑面積超過45 萬m2，基坑的開挖占地面積達到創紀錄的16 萬m2，基坑普遍挖深為19.7 m，屬于超大規模的超深工程。已經建成的軌交13號線原世博段距離基坑開挖邊界僅僅有10 m的距離，且軌交車站區與盾構區兩側在基坑開挖范圍內轉換，地下空間為4 層，基坑挖深比軌交車站還要深10 m。

更為嚴峻且考驗總承包策劃的是，數條新建的大截面聯絡通道必須從共同溝下部穿越，且共同溝底部的圍護無法封閉（圖2、圖3）。圍護施工、基坑開挖、聯絡通道開挖，數次施工的影響相互疊加，但整個建造過程中必須確保共同溝的安全，是策劃過程中的核心之一。

圖2 共同溝與基坑相互關系

圖3 新建聯絡通道與共同溝相互關系

2.3 未知基坑開挖時序下的安全控制

本工程的地下空間是由十幾家不同的業主所共同組成的一個超級地下室，因此，基坑不可能一次性進行開挖，為確保基坑安全，施工過程需要將整體基坑分為數個小的基坑。同時，為保障軌交安全，也需要將沿軌交區域又分成若干基坑。因此，工程實際上形成了一個由基坑群落組成的超大基坑，各個基坑施工之間通過圍護體系分割，其相互之間的施工工況和安全控制就成為了策劃中的最大技術難點。

2.4 如何精心組織和協調施工過程

本工程基坑土方量將近300 萬m3，各種材料運輸量超過1 000 萬t，高峰期間作業的工人超過5 000 人，而整個基坑緊貼用地紅線，現場幾乎沒有可以利用的場地。同時，工程旁邊世博展覽館，幾乎每周都要舉辦展覽活動，世博中心不定期承擔重大會務，梅賽德斯-奔馳文化中心常常有文藝活動。如何在狹小的場地內輾轉騰挪，合理劃分施工區域，是工程建設過程中的嚴峻考驗。

2.5 基坑群落施工過程的動態工況調整和協調

由于基坑客觀上需要進行劃分為若干小型基坑群落，且各個基坑施工過程受到業主前期手續、招標、設計等因素的影響，因此，基坑施工的流程是一個動態的工況，各個基坑之間通過圍護進行分割，基坑之間工況相互制約。因此，整個基坑的施工必須根據實際情況，需要實時動態調整。每個基坑的施工速度、工況、區域、范圍以及流程都必須統一協調，有序安排，否則將引起嚴重的安全隱患。

3 主要技術路線的確定

3.1 基坑群落的形成

基坑沿軌交設置保護區，將軌交非保護區按照規劃道路為分界線，按照每個街區分為若干個中型基坑，每個基坑開挖面積控制在2 萬m2左右（圖4）。

圖4 基坑劃分示意

方案將整個基坑分成17 個基坑群落，原則上將軌交非保護區分成6 個大基坑，每個基坑通過規劃道路進行分割，規劃道路基坑寬度控制在20 m以上。規劃道路采用逆作法施工，先行施工頂板，其他地下結構待兩側地下空間施工±0.00 m完畢后再行實施。6 個基坑相互獨立施工，互不影響。

3.2 施工過程工況的動態調整

進行劃分之后，整個基坑已經形成了一個規模龐大的基坑群落，每個基坑僅包括1～2 個業主，大大減輕了工程過程施工的協調量。其次，各個基坑之間，規劃道路形成寬度為20 m的剛性分割體，可以保證各個基坑獨立施工。最后，施工現場可以利用規劃道路頂板作為施工場地的道路，工程實施機動靈活。

由于分成眾多小型基坑，各個基坑施工之間影響相互疊加?；影踩L險控制必須加強監控。根據原來施工工況，原規劃道路區域地下空間采用逆作法，后續施工。由于本區域的能源中心和變電站等功能性區域設置在規劃道路下地下空間內，且各家央企的前期手續大大滯后于規劃道路。因此，現場施工面臨著規劃道路先行施工的情況，所有的施工工況和策劃部署必須及時動態地進行調整，調整后的工況如圖5所示。

圖5 調整后工況示意

不同于其他工程基坑的施工，本工程施工工況必須隨著工程的實際情況作不斷的動態調整。由于規劃道路先行實施，且兩側的B03B和B03D基坑隨后施工，造成了3 個基坑先后不同步的動態同時施工，各基坑的挖土、支撐、結構以及換撐都必須統一協調。工程施工過程面臨著最不利的工況是規劃道路支撐需要拆除，但兩側基坑的施工也要同步跟進，土方必須卸載。

為確保工程的實施，現場采用了規劃道路集中力量加快推進，兩側基坑有序施工，及時調整規劃道路施工工藝，原逆作法施工變為順做施工，規劃道路施工完成地下結構后，兩側完成第2道支撐施工。

通過不斷的調整作業，施工過程中，整個基坑群落始終處于自行車式的動態平衡中，通過基坑之間不斷的拆撐、換撐進行土壓力和支撐力的平衡，基坑的整體變形最終控制在6 cm以內。

3.3 地下聯絡通道穿越已有共同溝關鍵技術點

為形成一個區域性的龐大的地下空間體系，B02地塊和B03地塊的地下空間通過地下聯絡通道進行連接，以滿足地下人流及車流的需要。為此，現有聯絡通道必須穿越現有的博成路。但博城路作為重要的交通道路之一，其部署了大量的市政管線。

通道的施工面臨主要的問題為，在共同溝位置基坑的圍護不能有效的進行封閉。其次，在基坑開挖過程中，必須確保共同溝的安全，特別是共同溝內部有Φ300 mm的市政供水管，對共同溝的變形極其敏感。同時，共同溝在聯絡通道位置存在一個變截面風井，設置1 條變形縫，變形縫兩側的共同溝如果存在差異沉降，將對共同溝的已有防水造成拉裂。

為攻克上述難題，工程在實施過程中，圍護體系采用了MJS+鋼管樁+鋼板焊接止水+內部鋼支撐的圍護和支護體系，如圖6所示。

為確保共同溝本體的安全，創新的采用了柔性懸拉體系，允許共同溝和通道外側的結構同步微量變形，同時又嚴格限制其總變形量和差異變形量。

圖6 通道圍護剖面

4 實施效果

作為上海目前在建開發最大的地下空間單體項目，世博央企工程為未來城市CBD的建設提供了一個樣板。通過細致周密的前期策劃，目前工程的地下結構得到了成功的實施，同時通過一系列創新的理念和實時動態的管理，市政共同溝得到了有效地保護，最終變形量控制在10 mm之內，圓滿實現了當初預想。工程在實施過程中還采取了超深咬合樁工藝、動態數字安全控制系統、毗鄰共同溝超高壓旋噴樁工藝以及可視化擴孔樁等一系列新技術新工藝，鑒于本文篇幅有限，將后續進行補充。