長江漫灘非對稱異形基坑群創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用

李 兵

(中鐵十四局集團大盾構(gòu)工程有限公司，江蘇南京 325000)

南京梅子洲過江通道連接線-青奧軸線地下交通系統(tǒng)建設(shè)工程地處長江漫灘，總體呈“T”字型布置，為國內(nèi)罕見的超大超深長江漫灘基坑群，面臨地質(zhì)條件多變、水文條件復(fù)雜、施工風(fēng)險高、工程設(shè)計與周邊建筑物融入要求高、非對稱異形超大超深基坑群設(shè)計與施工無參考經(jīng)驗等技術(shù)挑戰(zhàn)。針對此類大型非對稱異形基坑群，已經(jīng)有很多學(xué)者開展過相關(guān)研究，包括異形基坑支護結(jié)構(gòu)的變形和受力分析[1-5]，基于試驗和數(shù)值模擬的變形和穩(wěn)定分析[6-7]，施工風(fēng)險評價和風(fēng)險控制研究[8]。然而，關(guān)于長江漫灘超大超深非對稱異形基坑群，新型基坑圍護結(jié)構(gòu)、降水技術(shù)、開挖技術(shù)、工程設(shè)計與周邊建構(gòu)筑物的融合設(shè)計等成套技術(shù)的研究鮮有報道。

本文系統(tǒng)解決了長江漫灘超大超深非對稱異形基坑群設(shè)計與施工等一系列技術(shù)難題，形成了成套創(chuàng)新技術(shù)，具有重要的工程實踐意義。

1 工程概況

南京梅子洲過江通道連接線-青奧軸線地下交通系統(tǒng)建設(shè)工程由梅子洲過江通道連接線、青奧軸線地下交通系統(tǒng)及青奧軸線地下空間三部分組成。梅子洲過江通道連接線設(shè)計速度80 km/h，雙向六車道，道路等級為一級公路兼顧城市快速路，主線隧道長1 668 m，并設(shè)置6條匝道與地面道路相連，匝道全長1 548 m。青奧軸線地下交通系統(tǒng)為下穿青奧廣場及青年公園的地下市政隧道，設(shè)計速度60 km/h、雙向六車道。其中，濱江大道下穿通道長1 260 m，并設(shè)置5條匝道與梅子洲主線隧道及青奧會議中心地下車庫相連，匝道全長1 293 m。青奧軸線地下空間主要包括青奧博物館和地下停車場兩部分，總開發(fā)面積約23 591 m2，地下空間與兩側(cè)的青奧會議中心、國際風(fēng)情街通過通道直接相連。

工程距離長江大堤僅約100 m，地處長江漫灘地區(qū)強透水地質(zhì)，基坑最大開挖深度27.5 m，地下連續(xù)墻最深53.5 m，底部嵌入巖層2 m，核心區(qū)異型基坑開挖面積約3.4×104m2。總體格局是毫無規(guī)則的基坑內(nèi)分布著數(shù)條形狀各異的坑中坑，且深度方向極度不對稱。核心區(qū)基坑最大寬度154 m，最大深度27.5 m，隧道結(jié)構(gòu)最大寬度69 m。

2 主要科技創(chuàng)新內(nèi)容

2.1 力學(xué)試驗創(chuàng)新

如圖1所示，首次通過非對稱異形深基坑圍護結(jié)構(gòu)比例模型離心力學(xué)試驗，揭示了其力學(xué)特征與變形機理，建立了針對本工程特點的拉錨式雙排樁和樁墻組合支護結(jié)構(gòu)簡化計算模型，提出了現(xiàn)有模型的修正模型，有利于優(yōu)化設(shè)計和降低造價。

(a) 試驗布置

(b) 土工離心機圖1 非對稱異形基坑離心模型試驗

2.2 施工技術(shù)創(chuàng)新

2.2.1 新型變剛度地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工技術(shù)

如圖2所示，研發(fā)了上部“工”字型、下部板型的新型變剛度地下連續(xù)墻圍護結(jié)構(gòu)，解決了坑中坑圍護結(jié)構(gòu)選型與快速施工難題。

(a) 結(jié)構(gòu)圖

(b) 力學(xué)分析圖2 新型變剛度地下連續(xù)墻

2.2.2 長江漫灘高承壓水超深格柵地連墻施工技術(shù)

長江漫灘大型地下交通樞紐基坑常采用上部大面積放坡開挖，下部為直立開挖的坑中坑形式，由于基坑上部寬度大，基坑內(nèi)無法支設(shè)橫向支撐，地連墻處于懸臂狀態(tài)，傳統(tǒng)超深一字型地連墻因無內(nèi)支撐抗彎剛度不能滿足需要。如圖3所示，本工程研發(fā)了長江漫灘高承壓水超深格柵地連墻施工技術(shù)，在T形墻段和和倒T形墻段采用王字型鋼接頭，提高了超深格柵地連墻的連接強度，增強了新型超深格柵地連墻的整體強度，解決了非對稱異形基坑內(nèi)支撐無法正常設(shè)置問題。

圖3 超深格柵地連墻結(jié)構(gòu)

2.2.3 長江漫灘高承壓水大型基坑內(nèi)套直立開挖基坑施工技術(shù)

如圖4所示，本工程形成了多通道多梯度的大型基坑內(nèi)套直立開挖基坑的“坑中坑”結(jié)構(gòu)形式，研發(fā)了適合長江漫灘地區(qū)地質(zhì)條件下的基坑內(nèi)套直立開挖基坑施工方法，通過在基坑交匯處留置核心土，優(yōu)化出土順序、利用基坑邊坡設(shè)置臨時出土便道，利用臨時支撐設(shè)置開挖通道等方式實現(xiàn)了長江漫灘地區(qū)超大超深基坑群土方開挖的高效安全施工。

圖4 大型基坑內(nèi)套直立開挖基坑施工示意

2.2.4 高承壓水大型超深基坑群分區(qū)組合式降水設(shè)計

本工程提出“自凝灰漿墻分區(qū)降水+限排”相結(jié)合的降水方式，采用超深自凝灰漿墻作為隔水帷幕進行降水分區(qū)，最大深度達53.4 m。如圖5所示，確定了自凝灰漿墻槽開挖方式、槽壁穩(wěn)定控制措施、自凝灰漿配比和配置以及自凝灰漿灌注方式，實現(xiàn)了長江漫灘高承壓水超深自凝灰漿墻的高質(zhì)量和高效率施工。

圖5 長江漫灘高承壓水超深自凝灰漿墻

2.3 運營組織條件創(chuàng)新

2.3.1 地下三層立交分區(qū)獨立排煙技術(shù)

針對地下三層立交系統(tǒng)地下匝道眾多、交通組織復(fù)雜、運營安全要求高的特點，為避免火災(zāi)發(fā)生時，主線隧道與匝道相互干擾，設(shè)計創(chuàng)造性的提出匝道獨立分區(qū)的排煙技術(shù)，增強了隧道在災(zāi)害條件下的逃生救援能力。

2.3.2 不同深度地下結(jié)構(gòu)抗浮變形協(xié)調(diào)技術(shù)

由于異形結(jié)構(gòu)深淺不一，因而在不同水位下的浮力及上浮變形不一致，容易使變形縫部件產(chǎn)生破壞。本項目設(shè)計時提出了一種考慮不同水位對上浮變形影響的抗拔樁布設(shè)方法，從而確保在不同水壓力作用下，異形結(jié)構(gòu)上浮的變形協(xié)調(diào)(圖6)。

圖6 異形結(jié)構(gòu)抗拔樁變形與水壓耦合設(shè)計示意

2.3.3 復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)噴膜防水技術(shù)

本工程臨近長江，工程周邊地表水豐富，基坑開挖涉及兩層承壓水，工程防水等級高，為確保本工程實現(xiàn)不滲不漏，達到無濕漬一級防水要求，研發(fā)了一種地下空間主體結(jié)構(gòu)側(cè)墻復(fù)合防水施工技術(shù)，對基坑異形結(jié)構(gòu)及基坑拐角、預(yù)留接縫等變形大的部位采用如圖7所示的噴膜防水，保證了變形部分的防水效果。

圖7 噴膜防水施工

2.4 地下空間開發(fā)創(chuàng)新

(1)地下立交與周邊地下空間的銜接技術(shù)。充分利用地下立交隧道上方開挖空間，在其上部布置地下車庫、青奧博物館及隧道設(shè)備房等，既滿足工程本身運行需要，又確保了工程與周邊環(huán)境的巧妙結(jié)合，單從空間利用率上講，直接節(jié)約土地約0.87 ha。

(2)閑余基坑地下空間開發(fā)技術(shù)。采用側(cè)式懸掛方式解決了排風(fēng)射流機放置位置與隧道凈高沖突問題，通過將排風(fēng)射流機放置在隧道側(cè)邊，既滿足了隧道射流機安裝需要，又不占用隧道凈高，充分利用了地下空間。

(3)“剪刀叉”型地下匝道群布設(shè)技術(shù)。隧道主線與各匝道交叉路口采用剪刀叉結(jié)構(gòu)設(shè)計形式，將隧道主線與地面道路聯(lián)系起來，極大地發(fā)揮快速路的作用，有效地疏解了地面上及隧道內(nèi)各交叉路口的交通壓力。

3 結(jié)論

作為國內(nèi)首個超大超深異形非對稱地下三層立交樞紐工程，以南京梅子洲過江通道連接線-青奧軸線地下交通系統(tǒng)工程為依托，攻克了長江漫灘超深、超大非對稱異形基坑群設(shè)計及施工難題，形成了新型變剛度地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)設(shè)計及施工技術(shù)、大型基坑內(nèi)套直立開挖基坑施工技術(shù)、分區(qū)組合式降水施工技術(shù)和超深自凝灰漿墻施工技術(shù)，創(chuàng)新開發(fā)了“剪刀叉”型地下匝道群和雨花石仿真光過渡段技術(shù)，實現(xiàn)了工程交通功能與周邊景觀的融合。通過創(chuàng)新研究，有力保障了長江漫灘地區(qū)強透水等不良地質(zhì)條件下超大超深非對稱異形基坑的建設(shè)安全，培養(yǎng)一批高層次工程技術(shù)人員，推動了我國長江漫灘地區(qū)地下空間建造技術(shù)的發(fā)展。