上海建工五建集團(tuán)有限公司 上海 200063

1 概述

上海世紀(jì)大都會(huì)2-3項(xiàng)目位于世紀(jì)大道與東方路、張楊路至福山路相交區(qū)域的三角形地帶，規(guī)劃建成一個(gè)集商務(wù)、商業(yè)和公共開放空間等功能的大型活動(dòng)中心，占地面積近40 000 m2。擬建地面建筑物主要由多幢弧線形辦公樓和裙樓組成，地下空間按地下4 層（局部3 層）考慮，分別為商場和車庫，開挖深19.75～22.80 m（局部區(qū)域25.00 m）。周邊情況復(fù)雜，4 條軌交線與此交匯。軌道交通6號(hào)線相交區(qū)間以地下1 層的高度穿越地塊，其周邊平面如圖1所示。

擬建場地位于正常地層分布區(qū)，地基土分布較穩(wěn)定，其土層缺失上海市統(tǒng)編地層第⑧層土，第⑦層砂土與第⑨層砂土直接相接。本場地深部第⑦層屬上海地區(qū)第一承壓含水層，其承壓水位埋深一般在3～11 m，承壓水位呈周期性變化，隨季節(jié)、氣候、潮汐等因素變化。地質(zhì)勘察期間測得承壓水水位埋深為8.90～10.75 m，在施工過程中需要對(duì)承壓水進(jìn)行降壓處理。

圖1 基坑周邊環(huán)境示意

2 工程施工風(fēng)險(xiǎn)分析[1-4]

（a）基坑工程的開挖方案對(duì)工程本身影響很大，該影響反映在基坑工程本身的變形和對(duì)周邊環(huán)境的擾動(dòng)。因此選擇一個(gè)合理的開挖方案對(duì)于一個(gè)基坑工程是否能順利進(jìn)行來說起到先決作用。

（b）監(jiān)測數(shù)據(jù)能最直接地反映基坑工程中的動(dòng)態(tài)信息，因此要做好基坑工程的動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理離不開監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理。經(jīng)過將監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效處理，得到基坑工程的風(fēng)險(xiǎn)變化趨勢以及針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的控制方法。

（c）深大基坑承壓水降水風(fēng)險(xiǎn)分析，總結(jié)了基坑承壓水危害的主要形式是坑底突涌破壞和坑底隆起，包括坑底頂裂、坑底流砂、坑底“沸騰”等多種形式。采用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法分析緊鄰高層建筑與地鐵樞紐的承壓水降水運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)源，并提出承壓水降水風(fēng)險(xiǎn)源的控制方法。

（d）針對(duì)緊鄰地鐵隧道深基坑開挖問題，進(jìn)行深基坑工程的現(xiàn)場實(shí)測分析，本基坑工程按一級(jí)基坑的變形控制要求進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測，主要針對(duì)地下連續(xù)墻沉降和水平位移、坑底隆起以及立柱沉降等監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

3 深基坑方案的選取

本工程采用明挖順作法施工。根據(jù)上海地區(qū)已有的緊鄰地鐵樞紐深基坑的開挖經(jīng)驗(yàn)，為減少緊鄰地鐵位置的基坑施工影響和增加支撐剛度對(duì)地鐵隧道的保護(hù)作用，設(shè)計(jì)時(shí)通常將整個(gè)基坑分為緊鄰地鐵隧道的小基坑和稍遠(yuǎn)的大基坑。本工程以軌交6號(hào)線為界，整個(gè)基坑劃分為A區(qū)和B區(qū)。在2 個(gè)區(qū)域中，通過設(shè)置分隔墻將本工程分為A1、B1區(qū)2 個(gè)大基坑，以及沿軌交6號(hào)線兩側(cè)及軌交4號(hào)線北側(cè)大致對(duì)稱的A2～A8、B2～B9區(qū)共15 個(gè)小基坑。

3.1 深基坑圍護(hù)支撐方案

本工程結(jié)構(gòu)圍護(hù)均采用剛度大、強(qiáng)度高、抗?jié)B性能好的地下連續(xù)墻，并與后期制作的結(jié)構(gòu)內(nèi)襯墻一起共同形成永久結(jié)構(gòu)的外墻。

大基坑沿張楊路和福山路側(cè)地下連續(xù)墻厚1.2 m，深度為50 m；大基坑剩余外圍地下連續(xù)墻厚1.0 m，深度為50 m；小基坑隔墻為厚0.8 m地下連續(xù)墻，深度為36 m。

大基坑基坑平面內(nèi)采用整體對(duì)撐的形式，在第1道支撐上設(shè)置了多條混凝土棧橋以方便挖土和地下室結(jié)構(gòu)施工，豎向共設(shè)5 道鋼筋混凝土支撐；小基坑A2～A4、B2～B4布置5 道支撐，第1道為鋼筋混凝土支撐，其他4 道支撐采用Φ609 mm鋼管支撐，其一端作用于大基坑分隔墻，另一端作用于6號(hào)線地下連續(xù)墻。

3.2 土方開挖方案

經(jīng)過比選，從基坑安全性、圍護(hù)變形控制要求、對(duì)軌交運(yùn)營的影響程度等方面綜合考慮，決定先開挖大基坑并澆筑完大基坑的結(jié)構(gòu)樓板，再開挖緊鄰地鐵隧道的小基坑。小基坑的基坑劃分及開挖采用間隔跳倉的施工順序，如圖2所示。

3.3 降水方案的選擇

對(duì)于坑內(nèi)淺層潛水，采用真空深井降水措施，對(duì)坑內(nèi)淺層土體進(jìn)行疏干降水。對(duì)坑內(nèi)開挖深度以下的承壓水進(jìn)行“按需減壓”降水，保證基坑安全及施工順利進(jìn)行。在基坑內(nèi)、外布置水位觀測井，根據(jù)地下水位監(jiān)測結(jié)果指導(dǎo)降水運(yùn)行。

圖2 基坑劃分及施工順序

開挖過程中，確保減壓降水井的不間斷工作。根據(jù)減壓井抽水量及減壓觀測井的承壓水位，確定開啟的減壓井?dāng)?shù)量、抽水速率，合理控制承壓水水位，將減壓降水對(duì)環(huán)境的影響控制到最低程度。考慮回灌措施，主要在小坑內(nèi)布置回灌井兼作抽水井或觀測井，在大基坑開挖降水過程中，回灌井啟動(dòng)，在大基坑降水完畢后，小基坑內(nèi)的回灌井作為降水井或水位觀測井使用。

3.4 針對(duì)地鐵隧道保護(hù)要求的土體加固措施

本工程大基坑采用高壓旋噴樁周邊裙邊加固，其中沿張楊路、福山路兩邊加固寬度為8 m，其余四邊加固寬度為10 m。

本工程小基坑為裙邊加抽條旋噴加固，其中沿軌交6號(hào)線區(qū)間兩側(cè)裙邊加固為寬10 m，沿4號(hào)線世紀(jì)大道站—浦電路站盾構(gòu)區(qū)間隧道裙邊加固為寬8～10 m ，并在裙邊加固與大基坑隔墻之間設(shè)置抽條加固。

針對(duì)6號(hào)線兩側(cè)小基坑，特別采取了三軸攪拌樁補(bǔ)充加固，由6號(hào)線老地下連續(xù)墻從內(nèi)向外依次為深36 m三軸攪拌樁加固+深50 m三軸攪拌樁止水+深24 m三軸攪拌樁加固。

4 深基坑支護(hù)與開挖施工風(fēng)險(xiǎn)控制

4.1 大基坑土方開挖施工風(fēng)險(xiǎn)控制[5]

大基坑分5 層土、4～6 個(gè)工作面同時(shí)開挖，以第2～5道支撐底部標(biāo)高為每層土開挖分界線，分別為－1.3 m、－6.3 m、－11.1 m、－15.4 m、－19 m，另外塔樓深坑局部開挖至－21 m。

（a）基坑開挖、支撐及墊層施工時(shí)應(yīng)遵循“分層、分塊、留土護(hù)壁、對(duì)稱、限時(shí)、開挖支撐”的總原則進(jìn)行，利用時(shí)空效應(yīng)原理，盡量減少基坑無支撐的暴露時(shí)間，嚴(yán)格控制基坑變形。

（b）將A1、B1區(qū)基坑劃分為若干小塊。每個(gè)分塊內(nèi)由中部向地下連續(xù)墻側(cè)留護(hù)坡退挖，每層深度不大于2.5 m。

（c）相鄰分區(qū)內(nèi)挖土及形成底部墊層交錯(cuò)進(jìn)行，以避免大體量基坑卸載引坑底隆起，導(dǎo)致立柱樁的差異沉降，進(jìn)而影響支護(hù)體系的穩(wěn)定性；同時(shí)，也避免引起坑外過大土體變形。

（d）嚴(yán)禁超挖，坑底應(yīng)保留厚300 mm基土，采用人工挖除整平，并防止坑底土擾動(dòng)。

（e）土方采用盆式開挖（基坑周邊留土、中部盆式）的方式挖至相應(yīng)的支撐底標(biāo)高，先施工中部的對(duì)撐，再分塊抽條開挖基坑周邊土方。

（f）支撐根據(jù)挖土分區(qū)及時(shí)分段形成，每段長度不宜大于30 m，以免混凝土支撐過長引起收縮變形和徐變。

4.2 小基坑土方開挖施工風(fēng)險(xiǎn)控制

（a）小基坑開挖時(shí)分先期和后期2 次進(jìn)行施工，采用間隔、對(duì)稱的方式進(jìn)行施工。先期同時(shí)對(duì)稱均衡開挖A3及B3區(qū)、A5及B5區(qū)、A7及B7區(qū)及B9區(qū)，然后再同時(shí)對(duì)稱均衡開挖A2及B2區(qū)、A4及B4區(qū)、A6及B6區(qū)、A8及B8區(qū)；考慮到B9 區(qū)相對(duì)獨(dú)立且支撐體系為混凝土支撐，工期較長，因此安排在與B3、B5區(qū)同步開挖；在A5及B5區(qū)施工完畢后再對(duì)稱均衡開挖A7及B7區(qū)。

（b）所有小基坑在地鐵隧道側(cè)是利用原隧道施工的地下連續(xù)墻作為本工程的圍護(hù)墻，為此，在小坑土方開挖過程中必須保證隧道原有的圍護(hù)墻的變形控制在允許的范圍內(nèi)。小基坑支撐除第1道為混凝土撐外，其余各道撐全部采用Φ609 mm鋼管支撐，其一端作用于大基坑分隔墻，另一端作用于軌交6號(hào)線地下連續(xù)墻。針對(duì)鋼支撐在施工過程中支撐軸力衰減可能引起地下連續(xù)墻的變形超標(biāo)，本工程采用了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和專利的“支撐軸力自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)”，確保了在小基坑土方開挖過程中，所有的鋼支撐軸力均控制在設(shè)計(jì)軸力。

4.3 降承壓水施工風(fēng)險(xiǎn)控制[6,7]

對(duì)于減壓井，為減少降水對(duì)周圍環(huán)境的影響，必須按需降水，水位控制嚴(yán)格按照基坑穩(wěn)定性分析中的基坑開挖深度和承壓安全水位埋深曲線進(jìn)行?；娱_挖深度與安全承壓水位埋深之間的關(guān)系如圖3所示。

圖3 基坑開挖深度與安全承壓水位埋深關(guān)系

4.4 施工現(xiàn)場監(jiān)測控制[8]

（a）圍護(hù)墻體豎向變形。在大基坑B1區(qū)域開挖過程中，其周圍的圍護(hù)結(jié)構(gòu)各測點(diǎn)總體呈上浮趨勢，每開挖1層產(chǎn)生的上浮量約為1～2 mm；開挖至底層時(shí)，各測點(diǎn)墻頂?shù)淖畲笊细×慷酁?5～8 mm。在隔了一個(gè)小基坑（約為寬20 m）的外圍墻體各測點(diǎn)變形則明顯不同，在開挖第2層土體后墻體沉降約為3～6 mm，以后隨著B1區(qū)域的開挖又呈現(xiàn)略微的上浮趨勢，但總體仍表現(xiàn)為墻體下沉。

（b）圍護(hù)墻體水平變形。在大基坑B1區(qū)域開挖過程中，其周圍的圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生向基坑內(nèi)側(cè)的水平位移，每開挖1 層向坑內(nèi)變形約5 mm；開挖至底層時(shí)，各測點(diǎn)墻頂?shù)淖畲笏轿灰贫酁?25～35 mm。在隔了一個(gè)小基坑（約為寬20 m）的外圍墻體各測點(diǎn)盡管水平位移方向仍然是向坑內(nèi)發(fā)生的，但其水平位移量值明顯要小得多，開挖至底層時(shí)，各測點(diǎn)墻頂?shù)淖畲笏轿灰贫酁?～3 mm。

（c）地鐵隧道區(qū)間豎向變形。本工程的觀測結(jié)果表明鄰近深基坑開挖引起地鐵隧道總體呈上浮趨勢。

（d）實(shí)測表明，鄰近深基坑開挖引起地鐵隧道總體呈上浮趨勢，地鐵隧道的變形仍在規(guī)范允許范圍之內(nèi)，緊鄰地鐵隧道的連續(xù)墻水平位移較小，滿足風(fēng)險(xiǎn)控制的要求。

5 結(jié)語

目前，上海“世紀(jì)大都會(huì)”2-3項(xiàng)目已經(jīng)完成地下部分施工。實(shí)踐表明，在軌交沿線和軌交樞紐附近復(fù)雜的地理環(huán)境下，超深基坑施工過程中各階段都存在較大的風(fēng)險(xiǎn)。施工各方必須對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析和識(shí)別，制定風(fēng)險(xiǎn)控制措施和對(duì)策，并且基于風(fēng)險(xiǎn)分析和識(shí)別成果，針對(duì)主要風(fēng)險(xiǎn)事故，優(yōu)化和完善監(jiān)測方案，對(duì)監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行及時(shí)分析，指導(dǎo)現(xiàn)場安全有序的進(jìn)行施工風(fēng)險(xiǎn)控制。這樣的風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)有利于施工安全，有廣闊的應(yīng)用價(jià)值。