上海建工集團(tuán)股份有限公司總承包部 上海 200080

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

本基坑工程位于上海市浦東新區(qū)世博園區(qū)內(nèi)，屬濱海平原地貌類型。擬建場(chǎng)地原為世博園區(qū)國(guó)家自建館（臨時(shí)場(chǎng)館）。該工程緊鄰已建成的軌交13號(hào)線世博園站（埋深16.6 m），與地鐵車站最近距離為10.87 m，與區(qū)間隧道的最近距離為13.27 m。

基坑?xùn)|西方向長(zhǎng)143 m，南北方向長(zhǎng)149.5 m，地下3 層，占地面積20 260 m2，開挖深度為15.45 m，靠近地鐵側(cè)采用厚1 000 mm地下連續(xù)墻，墻深為36 m，地下連續(xù)墻插入⑤3層中3.35 m，插入比約為1∶1.3；其他三側(cè)地下連續(xù)墻厚800 mm，墻深為34 m，地下連續(xù)墻插入⑤2層中約9.05 m，插入比約為1∶1.2。

由于本工程西側(cè)緊臨軌交13號(hào)線世博園站及其區(qū)間隧道，基坑開挖期間可能引起車站側(cè)向變形，危及結(jié)構(gòu)安全；同時(shí)本站結(jié)構(gòu)主體及區(qū)間接頭剛度差異較大，在土體變形作用下可能導(dǎo)致局部開裂。為將基坑開挖對(duì)地鐵車站的擾動(dòng)降至最小，基坑內(nèi)有分隔墻將基坑分為地鐵保護(hù)區(qū)Ⅰ、Ⅱ和非地鐵保護(hù)區(qū)Ⅲ，分隔墻采用厚800 mm的地下連續(xù)墻，墻深為34 m，插入比為1∶1.2。其中地鐵保護(hù)區(qū)采用4 道鋼筋混凝土支撐，非地鐵保護(hù)區(qū)采用3 道鋼筋混凝土支撐。

1.2 地質(zhì)條件

根據(jù)地質(zhì)勘查資料，在深90.33 m范圍內(nèi)的地基土屬于第四系晚更新世至全新世沉積物，主要由飽和黏性土、粉性土及砂土組成，一般具有成層分布特點(diǎn)。根據(jù)土的成因、結(jié)構(gòu)及物理力學(xué)性質(zhì)差異可劃分為6 個(gè)主要層次（⑥、⑦、⑧層缺失）。場(chǎng)地的地下水，主要有淺部土層的潛水、中部土層中的微承壓水和深部粉性土、砂土層中的承壓水。地下水靜止水位埋深一般在0.40～1.50 m之間。

2 基坑開挖施工方案分析[1-4]

2.1 土方開挖原則

基坑開挖、支撐及墊層施工應(yīng)遵循分層、分塊、對(duì)稱、限時(shí)的原則。

2.1.1 留土護(hù)壁、限時(shí)開挖

開挖時(shí)先開挖中間土方，再限時(shí)開挖邊坡土及施工支撐。每塊挖土分區(qū)從土方開挖、支撐及先后施工的支撐對(duì)接形成總時(shí)間控制在72 h內(nèi)。

2.1.2 強(qiáng)度、降水達(dá)標(biāo)

第1道支撐混凝土強(qiáng)度達(dá)到80％，第2～4道支撐混凝土強(qiáng)度達(dá)到70％以上；疏干井降水深度達(dá)到開挖面以下1 m后方可進(jìn)行開挖支撐以下的土層。

2.1.3 采取其他措施

（a）集中勞動(dòng)力及機(jī)械設(shè)施，24 h不間斷輪班作業(yè)。

（b）組織搭接施工，在確保施工安全的前提下，安排多工種同時(shí)施工。

（c）配備超長(zhǎng)臂挖機(jī)，棧橋兩側(cè)同時(shí)取土。

（d）量化施工指標(biāo)，細(xì)化的邊坡土限時(shí)開挖完。

（e）支撐底模采用油毛氈隔離，加快施工進(jìn)度（在下道支撐開挖過(guò)程中確保墊層已全部脫離）。

（f）鋼筋采用成型鋼筋，可考慮根據(jù)每層挖土分塊情況，各塊內(nèi)支撐的鋼筋直接在鋼筋加工廠綁扎成型，至現(xiàn)場(chǎng)直接吊運(yùn)入坑，與周邊已施工支撐的預(yù)留鋼筋對(duì)接，加快施工進(jìn)度。鋼筋連接由電焊連接改為作業(yè)時(shí)間比較短的直螺紋及冷扎接頭等措施，利用時(shí)空效應(yīng)原理，盡量減少基坑無(wú)支撐的暴露時(shí)間，嚴(yán)格控制基坑變形。相鄰層的土方按1∶1.5分層放坡以防土體塌方。

2.2 基坑施工方案比選

在本基坑前期策劃中，項(xiàng)目部要綜合考慮周邊基坑的開挖時(shí)間、周邊環(huán)境和各家業(yè)主對(duì)工期的要求，對(duì)基坑的施工方案進(jìn)行了研究，確定出以下3 種施工方案。

方案1：基坑分為地鐵保護(hù)區(qū)（C2區(qū)）和非地鐵保護(hù)區(qū)（C1區(qū)），C1區(qū)和C2區(qū)全部順作法施工，C2區(qū)待C1區(qū)基坑土±0.00 m施工完成后進(jìn)行土方開挖，如圖1所示。

圖1 方案1： C1、C2區(qū)順作

方案2：地鐵保護(hù)區(qū)C2區(qū)不變，C1區(qū)與C2區(qū)交接處設(shè)置寬20 m中間壩體C3區(qū)，C1、C2區(qū)域同步施工，C3區(qū)待C1、C2區(qū)域施工上部結(jié)構(gòu)時(shí)，進(jìn)行地下結(jié)構(gòu)施工，中間壩體寬度根據(jù)建筑物之間的距離和設(shè)計(jì)計(jì)算確定，暫定為20 m，如圖2所示。

方案3：基坑劃分同方案1，地鐵保護(hù)區(qū)采用逆作法施工，非保護(hù)區(qū)采用順作法施工，C1區(qū)和C2區(qū)同步施工，如圖3所示。

項(xiàng)目部從工期和經(jīng)濟(jì)的角度對(duì)各方案進(jìn)行詳細(xì)比選，最終從上述3 種施工方案中選出方案1作為最終的施工方案。比選方案如表1所示。

圖2 方案2： C1、C2區(qū)之間有C3區(qū)20 m壩體

圖3 方案3： C1區(qū)順作、C2區(qū)逆作

表1 不同土方開挖方案概況

2.3 基坑施工工序比選

地鐵保護(hù)區(qū)和非地鐵保護(hù)區(qū)表皮土開挖、第1道支撐施工同期進(jìn)行，此后地鐵保護(hù)區(qū)停止施工，待非地鐵保護(hù)區(qū)出±0.00 m后再繼續(xù)往下開挖；為了滿足工期的需求，擬將地鐵保護(hù)區(qū)提前施工，待非地鐵保護(hù)區(qū)地下2層頂板施工完就繼續(xù)往下開挖。

為了研究在提前施工條件下，基坑開挖對(duì)周邊地鐵車站的影響、基坑之間的影響，運(yùn)用平面有限元分析計(jì)算的方法，模擬比較2 種施工工序（正常工序、提前工序），對(duì)這2 種施工工序?qū)χ苓叚h(huán)境的影響和基坑相互之間的影響進(jìn)行分析，其結(jié)果如圖4、圖5所示。

上述2 種工序計(jì)算結(jié)果對(duì)比如表2所示。由上述圖表可以看出，無(wú)論是正常工序，還是提前工序，基坑開挖的相互影響及其對(duì)地鐵車站結(jié)構(gòu)的影響很小，在設(shè)計(jì)允許變形范圍內(nèi)；且兩種工序?qū)囌窘Y(jié)構(gòu)的影響差別不大，從數(shù)值模擬分析得出項(xiàng)目部采取提前工序進(jìn)行施工是可行的。

3 施工監(jiān)測(cè)[5-8]

本工程在基坑施工過(guò)程中，對(duì)以下內(nèi)容進(jìn)行了監(jiān)測(cè)：支撐的軸力，地下連續(xù)墻的變形，周邊管線、共同溝的位移，立柱沉降，水位變化，地表沉降。這里主要選取地下連續(xù)墻墻體的變形監(jiān)測(cè)情況對(duì)最終確定的開挖選型進(jìn)行驗(yàn)證。

圖4 正常施工工序計(jì)算結(jié)果

圖5 提前施工工序計(jì)算結(jié)果

表2 不同工序結(jié)果比較

本文選取分隔墻上的13#、15#測(cè)點(diǎn)作為研究對(duì)象，圖6是C1區(qū)從第1道支撐施工開始至地下2層頂板施工完成的實(shí)測(cè)墻體最大水平位移，其中縱坐標(biāo)是圍護(hù)體的最大水平位移，而橫坐標(biāo)是表示從第1道支撐施工時(shí)算起的累計(jì)時(shí)間。

從圖中可以看出，開挖初期，由于只是將基坑面表皮土挖去，此時(shí)墻體最大位移不超過(guò)2 mm，總體圍護(hù)結(jié)構(gòu)并無(wú)明顯變形，當(dāng)基坑開始第2道支撐開挖后，圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形開始明顯增大，一直持續(xù)到底板施工結(jié)束，此時(shí)墻體最大位移為42 mm，但仍在設(shè)計(jì)允許的變形范圍之中。

本文選取地鐵側(cè)地下連續(xù)墻上的5#、6#、7#、8#測(cè)點(diǎn)作為研究對(duì)象，圖7是C2區(qū)從第2道支撐施工開始至底板施工完成的實(shí)測(cè)墻體最大水平位移，其中縱坐標(biāo)是圍護(hù)體的最大水平位移，而橫坐標(biāo)是表示從第2道支撐施工時(shí)算起的累計(jì)時(shí)間。

從圖中可以看出，開挖初期，由于只是將基坑面表皮土挖去，此時(shí)墻體最大位移不超過(guò)3 mm，總體圍護(hù)結(jié)構(gòu)并無(wú)明顯變形，當(dāng)基坑開始第3道支撐開挖后，圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形開始明顯增大，一直持續(xù)到底板施工結(jié)束，此時(shí)墻體最大位移為44.75 mm，在設(shè)計(jì)允許的變形范圍之中。

圖6和圖7中各測(cè)點(diǎn)水平位移都在設(shè)計(jì)允許的變形范圍內(nèi)，說(shuō)明基坑開挖提前工序是合理的，在可控范圍內(nèi)。

圖6 分隔墻最大水平位移-時(shí)間變化

圖7 地鐵側(cè)地下連續(xù)墻最大水平位移-時(shí)間變化

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)鄰近軌交13號(hào)線深大基坑開挖選型進(jìn)行研究，并對(duì)不同開挖工序下對(duì)鄰近地鐵車站的影響以及基坑之間的相互影響進(jìn)行了數(shù)值模擬分析，得出了以下結(jié)論：

（a）通過(guò)設(shè)置分隔墻將一個(gè)面積很大的基坑分為幾個(gè)小的基坑分別進(jìn)行開挖，這樣可以減小一次卸載的面積，開挖快，形成支撐快，可以很好地控制周邊環(huán)境及基坑自身的變形。

（b）相鄰基坑開挖時(shí)，后開挖基坑無(wú)需等到先開挖基坑施工完成后再開挖，待先開挖基坑地下2層頂板施工完成后便可開始開挖，兩者對(duì)周邊環(huán)境的影響相差不大。