時空效應技術在緊鄰地鐵超深基坑工程中的應用與研究

金 勇 姜 欣 周 想 曹 鵬 張友杰 薛 寧 欽偉軒

中國建筑第八工程局有限公司總承包公司 上海 201204

1 工程概況

1.1 總體概況

本工程基坑面積18 000 m2，分為6個基坑（圖1），基坑大面積開挖深度為17.8～18.1 m，局部最大開挖深度為20.1 m。基坑安全等級為一級，環境等級為鄰地鐵側一級、其余二級。

圖1 基坑分區

1.2 地質概況

根據工程勘察報告，場地土層主要由黏性土、粉性土和砂土組成。場地無⑦層承壓水，因此承壓水對本工程基坑無影響?？拥孜挥冖蹖踊疑倌噘|粉質黏土層。

1.3 周邊環境

工程周邊環境比較復雜，場地北側為上海軌道交通17號線（下稱“軌交17號線”）諸光路站，距基坑邊線僅24 m；場地南側及西側為在建工地；東側為諸光路，地下分布有雨水、電力、燃氣、軍用電纜等11條管線?；娱_挖階段對周邊環境的保護要求極高（圖2）。

圖2 項目地理位置

2 基坑圍護設計

2.1 圍護體系及坑內加固

本工程鄰近軌交17號線，為減少基坑大面積開挖對地鐵的影響及考慮場內待建建筑物分布情況，將基坑分為6個小坑。根據本工程環境保護要求，圍護結構采用地下連續墻，外圍護地下連續墻厚度為1 000 mm，中間分隔墻厚度為800 mm。地下連續墻兩側采用φ850 mm@600 mm三軸攪拌樁槽壁加固；基坑裙邊加固為φ850 mm@600 mm三軸攪拌樁，鄰地鐵側裙邊加固采用φ1 000 mm@700 mm三重高壓旋噴樁。集水井、電梯井等落深區采用φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁進行深坑周邊加固，深坑封底采用φ800 mm@600 mm雙重高壓旋噴樁加固。

2.2 支撐體系

A1-2及A2-1區設置4道混凝土支撐；A1-1、A2-2、A3、A4區設置1道混凝土支撐及4道鋼支撐，鋼支撐采用軸力自動補償系統。

3 工程重難點

1）工程基坑面積約20 000 m2，大面積開挖深度為18.3 m，土方開挖總量達27.6萬 m3。

3）基坑北側25 m范圍內為軌交17號線諸光路站站臺，站臺上蓋為玻璃頂棚，需要盡可能避免土方開挖卸荷作用對地鐵的擾動影響。

4）根據基坑支護設計要求，基坑開挖引起的最大深層水平位移不大于25 mm（地鐵側）、54 mm（其他側）。

5）本工程基坑與圍墻間距離較?。s5 m），無法形成環路，交通組織難度大，現場平面布置困難。緊鄰國家會展中心，道路管制多，出土困難。

4 施工流程及開挖設計思路

考慮到對地鐵運營的影響，先開挖A1-1及A1-2區，待A1-1及A1-2區地下1層結構完成后再開挖A2-1及A2-2區，待A2-1及A2-2區地下1層結構完成后再開挖A3區，待A3區地下1層結構完成后再開挖A4區。

1）利用基坑變形的時間、空間特點，考慮應用“分層、分塊、平衡、對稱、限時”的施工方法，充分發揮土體在一定時間、空間條件下自身抗變形的能力，限制土體的流變變形。

2）土方開挖過程中，遵循時空效應原理，按照“先撐后挖、隨挖隨撐、加強監測”的原則，分層分段開挖，并及時進行支撐施工。

3）實時監測圍護結構和周圍環境的變形、受力情況，實現深基坑土方開挖施工過程信息化管理。

她坐在了身邊的一把椅子上，將自己臉的側面對著我，我覺得她的呼吸很重，她的兩條腿擺來擺去的，和剛才的手一樣找不到位置，我就說：“萍萍，你今天是怎么了？今天我來了，你也不給我倒一杯水喝，也不給我削一個蘋果吃，你是不是討厭我了？”

4）為減小土方開挖對地鐵沿線圍護結構位移和土體變形的影響，遠離地鐵基坑采用盆式開挖，從邊坡土方開挖到支撐澆筑并與已形成的支撐對接完畢控制在48 h內。鄰近地鐵側小坑區域，按分區順序進行抽條開挖，每個小分區從土方開挖到鋼支撐形成控制在12 h內。

5 土方開挖施工

5.1 盆式開挖

A1-2區及A2-1區第1層土方采用大開挖，第2層及以下土方采用盆式開挖，A1-2分為7個區（圖3），A2-1區分為6個區（圖4），總體原則為先開挖中部土方，形成中部支撐，再限時對稱開挖鄰近圍護結構的土方。邊坡留土，坡頂寬4H（H為開挖深度），高寬比1∶1.5?；娱_挖時應分層開挖，并做到隨挖隨撐[1-2]。

圖3 A1-2區土方分塊

圖4 A2-1區土方分塊

考慮時間效應，土方開挖完成48 h內完成混凝土支撐施工，確保圍護結構不會產生較大位移。

5.2 抽條開挖

A1-1、A2-2、A3、A4區第1層采用大開挖，第2層及以下采用抽條開挖，分別分為3個區、10個區、8個區、9個區（圖5～圖8），從西向東抽條開挖。隨挖隨撐，嚴格控制基坑變形?？紤]時間效應，土方開挖完成12 h內完成鋼支撐施工，確保支護結構及地鐵運行的安全穩定。

圖5 A2-2區土方分塊

圖6 A3區土方分塊

圖7 A4區土方分塊

圖8 A1-1區土方分塊

6 支撐施工

6.1 混凝土支撐

A1-2、A2-1區設4道混凝土支撐，鄰地鐵小坑首道支撐為混凝土支撐。支撐混凝土等級C40，第2～4道支撐上設φ28 mm@1 500 mm的吊筋，與地下連續墻主筋焊接。

6.2 鋼支撐

A2-2、A3及A4區鋼支撐采用φ609 mm×16 mm鋼管，預加軸力初始值分別為400、1 500 kN，A1-1區鋼支撐分別采用φ609 mm×16 mm及φ800 mm×20 mm鋼管，預加軸力初始值分別為1 200、2 000 kN。

鋼支撐施工時注意挖土至鋼支撐設計標高以下50 cm左右，分別在基坑兩邊對應鑿出預埋件或地下連續墻鋼筋，量出2個相應接觸點間的支撐長度，校核地面上已拼裝好的支撐。施工至最后一道鋼支撐時，復核鋼支撐的標高，要確保最后一道鋼支撐底距坑底不小于3.2 m，以免挖機無法行走造成超挖現象。

施加應力時以500 kN為一級分級施加，鋼支撐預應力每級施加后停頓3～5 min，直至達到設計值。

鋼支撐智能自動調節系統具備支撐軸力實時監控、報警和自動補償功能，系統可根據事先設定好的每根鋼支撐的軸力設定值及上、下限值進行相應的軸力動態調整。即當支撐的實測軸力低于設定的下限時，系統會自動啟動，將目標支撐的軸力加載到設定值，反之亦然。系統也可根據現場具體實際要求，進行軸力的手動增大或減小操作。

7 結構回筑

7.1 中隔墻換撐

本工程采用“中隔墻換撐工法”進行換撐施工。即在一側結構施工完成之后，通過在中隔墻上開洞使主梁提前貫通的方法來取代發揮臨時支撐作用的內支撐結構體系，從而保證臨時性內支撐拆除后，工程施工能繼續安全順利地進行。其實質是應力的安全有序調整、轉移和再分配。通過換撐受力體系的計算，使用結構主梁換撐工法確保圍護體系的穩固，不僅減少了換撐施工工序，而且還無需進行換撐、拆撐等施工工作，避免出現工期延長、造價增加等問題。其具體工況如下。

1）在破除后施工基坑第4道支撐的同時，在地下室結構主梁位置對應的中隔墻上破除一部分混凝土，使之形成一個略大于主梁截面的洞口（每邊外擴20～500 mm）。然后將這些梁通過這個洞口全部貫通，作為一種換撐方式（圖9）。

圖9 樓板換撐示意1

2）類似地，在澆筑后施工基坑的地下1層底板時也應將主梁貫通（圖10）。

圖10 樓板換撐示意2

3）待地下室結構施工至－0.10 m后再開始大面積破除中隔墻，然后將剩余的梁和板對接起來。

7.2 后澆帶換撐

本基坑面積大，后澆帶多，為使換撐型鋼能夠回收利用，將換撐型鋼從后澆帶內部改為在后澆帶上部焊接，確保后澆帶兩側力的傳遞。換撐型鋼采用H400 mm×400 mm×13 mm×21 mm，在型鋼支撐兩端設置預埋件（圖11）。

圖11 后澆帶換撐示意

8 監測情況

本工程委托了第三方監測單位對其變形進行監測。實時監測了土方開挖對地鐵隧道的變形影響，監測報表表明，基坑變形控制穩定，實施情況較好。

9 結語

本工程緊鄰地鐵深基坑，根據距地鐵的遠近劃分了不同區域，采取了盆式開挖和抽條開挖2種方式，并采用了混凝土和鋼支撐2種支撐方式，支撐施工滿足了設計時限要求，結構回筑采用了中隔墻換撐和后澆帶換撐，并在施工過程中采用了實時監測技術以確保施工過程受控。這些技術的運用，有效解決了上海軟土地區復雜周邊環境下超深超大基坑的變形控制問題，保證了軌交17號線的正常運營，為近地鐵群坑土方開挖的設計和施工提供了參考。