蘭小江

上海建工一建集團(tuán)有限公司 上海 200120

1 工程背景

1.1 建筑及結(jié)構(gòu)概況

背景工程位于上海市徐匯區(qū)濱江地帶核心區(qū)域，用地總面積18 621.8 m2，總建筑面積25.4萬 m2，地上建筑面積19.0萬 m2，地下建筑面積6.4萬 m2。擬建物為1幢61層超高層辦公樓，地下室共4層。辦公樓地上為框架核心筒結(jié)構(gòu)，地下室為框架結(jié)構(gòu)。

1.2 基坑及周邊環(huán)境概況

工程基坑長2 1 0 m，南北寬1 5 5 m，基坑面積17 410 m2，總土方量約30萬 m3，裙房區(qū)域開挖深度為16.9 m，辦公塔樓區(qū)域開挖深度為19.20 m。本工程基坑與南側(cè)緊鄰的西岸傳媒港項(xiàng)目E1區(qū)、J地塊基坑同步施工，為避免相鄰基坑同步開挖的相互影響，將本工程基坑劃分為Ⅰ區(qū)和Ⅱ區(qū)先后實(shí)施。其中，Ⅰ區(qū)基坑與西岸E1區(qū)、J1區(qū)基坑首先實(shí)施，Ⅱ區(qū)基坑在本工程Ⅰ區(qū)地下結(jié)構(gòu)實(shí)施完畢后實(shí)施。本工程基坑周邊環(huán)境情況非常復(fù)雜（圖1），基坑北側(cè)距離越江隧道32.2 m，基坑南側(cè)與西岸地塊E1區(qū)、J1區(qū)、J2區(qū)共用地下連續(xù)墻，西側(cè)距離軌交11號線隧道約74.0 m。

圖1 基坑周邊環(huán)境示意

1.3 越江隧道概況

越江隧道全長約3 564 m，屬于一類隧道，隧道主線為雙孔矩形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，頂板厚度為0.9 m，底板厚度為1 m，側(cè)墻厚約0.6 mm。本工程Ⅰ區(qū)基坑距離隧道南線匝道32.2 m，距離隧道南線主線42.5 m（圖2），Ⅱ區(qū)基坑距離隧道最近距離為78.7 m。隧道主線基底埋深在9～10 m，基底以下為原基坑支護(hù)階段的φ800 mm@8 000 mm的立柱樁，樁長約18 m，隧道南線匝道淺埋段基礎(chǔ)為板式基礎(chǔ)，下部無樁基。

圖2 越江隧道與基坑平面位置關(guān)系

2 越江隧道保護(hù)分析

本工程Ⅰ區(qū)基坑距離越江隧道最近32.2 m，Ⅱ區(qū)基坑距離越江隧道最近78.7 m。依據(jù)上海市《城市橋梁、隧道安全保護(hù)區(qū)域技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，對于堆載（或卸載）作業(yè)，安全保護(hù)區(qū)域應(yīng)為隧道外邊線兩側(cè)及隧道邊線上方各70 m范圍。Ⅰ區(qū)基坑位于越江隧道安全保護(hù)區(qū)范圍以內(nèi)，且越江隧道輔道作為本工程施工重車進(jìn)出的唯一通道，故越江隧道是本工程施工中首要的保護(hù)對象，控制大體量土方卸載引起的隧道變形并制定相應(yīng)的措施是本工程的關(guān)鍵任務(wù)。

根據(jù)《城市橋梁、隧道安全保護(hù)區(qū)域技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定，本工程基坑實(shí)施期間，越江隧道的具體保護(hù)要求如下：不均勻沉降累計(jì)值不超過10 mm，單日沉降量不超過1 mm。

3 圍護(hù)設(shè)計(jì)方案選型及優(yōu)化

3.1 基坑保護(hù)環(huán)境等級劃分

本工程基坑周邊環(huán)境情況非常復(fù)雜，主要保護(hù)對象為北側(cè)的越江隧道及其出入口匝道、龍耀路下的市政管線、南側(cè)緊鄰的涉及同步施工的西岸地塊E1區(qū)、J1區(qū)基坑、西側(cè)云錦路下的軌交11號線區(qū)間隧道等。根據(jù)上海市《基坑工程技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定，本工程基坑周邊環(huán)境等級劃分如圖3所示。

圖3 基坑周邊環(huán)境保護(hù)等級平面分布示意

3.2 圍護(hù)設(shè)計(jì)方案選型及優(yōu)化

根據(jù)基坑場地的工程地質(zhì)條件、周邊環(huán)境及保護(hù)等級、水文條件和開挖深度等條件，結(jié)合上海市同類型同地區(qū)類似深基坑工程施工案例，基坑周邊普遍采用厚1 000 mm“兩墻合一”地下連續(xù)墻作圍護(hù)，坑內(nèi)設(shè)置3道鋼筋混凝土水平支撐，塔樓區(qū)域設(shè)置局部第4道鋼支撐體系。針對越江隧道的具體保護(hù)措施如下[1-4]：

1）合理優(yōu)化支撐體系，采用對撐＋角撐＋邊桁架相結(jié)合的支撐體系，并在挖深較大的塔樓區(qū)域設(shè)置局部的第4道支撐體系，以加強(qiáng)對北側(cè)的變形控制；考慮對越江隧道的保護(hù)，支撐體系布設(shè)時主要沿南北向設(shè)置對撐體系，且對撐方向主要垂直于北側(cè)基坑邊，以盡可能利用受力較好的對撐體系來控制北側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)和隧道的變形。另外，在支撐圍檁與地下連續(xù)墻間增設(shè)了抗剪連接鋼筋，以加強(qiáng)角部等區(qū)域支撐與地下連續(xù)墻的整體抗變形能力。

2）基坑北側(cè)坑內(nèi)被動區(qū)均采用φ850 mm@600 mm三軸水泥土攪拌樁進(jìn)行加固，加固體寬約8 m，加固深度至基底以下約5 m，以進(jìn)一步加強(qiáng)北側(cè)基底土的抗側(cè)能力，控制圍護(hù)變形。

3）考慮對越江隧道的保護(hù)，基坑開挖要求分層分塊進(jìn)行，優(yōu)先形成南北向?qū)误w系，減小基坑暴露時間，加強(qiáng)對北側(cè)圍護(hù)變形的控制。在進(jìn)行第3道支撐與裙樓普遍基底標(biāo)高之間土方分塊開挖及墊層施工時，遵循以下開挖順序原則：①-1→①-2→②-1→②-2（圖4）。具體實(shí)施時，先進(jìn)行配筋墊層范圍的土方分塊開挖，確保南北向配筋墊層首先形成，從而形成南北向的傳力對撐體系，盡早形成約束；②-2分塊的土方開挖前，確保①-1和①-2分塊的配筋墊層施工完成。

圖4 第3道支撐與裙樓普遍基底標(biāo)高之間土方分塊開挖示意

3.3 降水的影響控制

1）考慮到本工程基底以下微承壓含水層較厚，且無有效的隔水層，為有效降低承壓水水頭，減小對基坑及越江隧道的影響，對基坑北側(cè)及其他二級環(huán)境保護(hù)區(qū)域范圍的地下連續(xù)墻深度加深，以形成超深懸掛止水帷幕體系，止水帷幕深度達(dá)到50 m左右，墻底普遍嵌入到⑤3-2層和⑤3-3層交界面，進(jìn)入微承壓含水層不少于15 m，以形成充分的繞流路徑，減少基坑降水過程中對越江隧道的影響。

2）為進(jìn)一步減小基坑降水施工過程中對越江隧道的影響，對基坑北側(cè)、西側(cè)及東北側(cè)等區(qū)域在上述采用常規(guī)φ800 mm高壓旋噴樁隔斷④2層微承壓含水層的基礎(chǔ)上，對其下部⑤3層至加深段地下連續(xù)墻墻底標(biāo)高范圍的接縫均采用φ2 400 mm定角度180°的RJP大直徑高壓旋噴樁進(jìn)行封堵，樁身標(biāo)高范圍為－50.50～－33.00 m，與地下連續(xù)墻同深。

3.4 基坑開挖對越江隧道的數(shù)值模擬分析

為預(yù)估基坑施工過程中對周邊環(huán)境及越江隧道的影響，通過有限元分析，基坑開挖實(shí)施完成后，在理想狀態(tài)下，越江隧道的水平及豎向變形均小于4 mm，考慮與基坑開挖過程中多方面因素綜合疊加影響，龍耀路側(cè)總的最大沉降變形量預(yù)估在6 mm，可以滿足越江隧道主管部門提出的累積沉降不超過10 mm的控制要求。

4 越江隧道施工保護(hù)措施

4.1 基坑周邊堆載控制措施

針對越江隧道保護(hù)的要求，在施工現(xiàn)場平面布置時，嚴(yán)格控制基坑周邊堆載要求。基坑北側(cè)區(qū)域空地考慮作為臨時倉庫或木料等輕型材料堆場，木料堆放時采取限高措施，要求高度不大于1.5 m，確保輕型材料堆場平均荷載小于20 kN/m2，設(shè)置醒目標(biāo)識，并指定專人負(fù)責(zé)場地北側(cè)的限載管理。

4.2 基坑圍護(hù)施工階段保護(hù)措施

1）優(yōu)先進(jìn)行基坑北面地下連續(xù)墻、坑內(nèi)裙邊土體加固施工，最大程度地發(fā)揮圍護(hù)體本身的隔離保護(hù)作用。針對三軸水泥土攪拌樁等對周邊土體影響較大的工藝，基坑圍護(hù)施工總體流向由北向南或向東西兩側(cè)施工，禁止由南向北施工，以減少三軸水泥土攪拌樁成樁過程中的擠土影響，進(jìn)而減少土體加固施工過程中對越江隧道的影響?；訃o(hù)施工過程中，嚴(yán)格控制成槽質(zhì)量、垂直度、地下連續(xù)墻接縫等關(guān)鍵點(diǎn)的施工質(zhì)量，防止因地下連續(xù)墻滲漏而引起周邊土體的沉降。

2）地下連續(xù)墻成槽過程中嚴(yán)格控制護(hù)壁泥漿的密度，加強(qiáng)槽壁加固的施工質(zhì)量控制，避免出現(xiàn)槽壁坍塌的現(xiàn)象。地下連續(xù)墻施工前，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)工況要求保證槽壁加固施工完成后的養(yǎng)護(hù)時間，達(dá)到養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度后再進(jìn)行地下連續(xù)墻施工。

4.3 降水施工階段保護(hù)措施

1）Ⅰ區(qū)基坑內(nèi)布置37口疏干井，降壓井9口，觀測兼?zhèn)溆镁?口。開挖過程中嚴(yán)格做到按需降水，采用淺井疏干、深井減壓的降水方法、坑外應(yīng)急回灌的措施，使坑外地下水達(dá)到平衡，減少周邊土體沉降量，從而達(dá)到控制越江隧道變形的目的。

2）坑外北側(cè)布置12口承壓水觀測井，觀測基坑內(nèi)降壓對坑外影響，為保護(hù)越江隧道提供依據(jù)?？油獗眰?cè)的觀測井構(gòu)造要求按回灌井的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，以便于發(fā)生緊急情況時利用坑外北側(cè)觀測井采取回灌措施，以確保越江隧道的安全。

3）開挖期間，嚴(yán)格按基坑降水井運(yùn)行工況要求控制降水井水位。在減壓井運(yùn)行前，須完成抽水試驗(yàn)、落實(shí)雙電源的應(yīng)急措施，確保降水系統(tǒng)的有效運(yùn)行。

4.4 土方開挖階段保護(hù)措施

1）第1層土方開挖從西面、南面、東面向北面退挖。第1道混凝土支撐隨挖土的進(jìn)度及時跟進(jìn)施工，要求在土方開挖完成后48 h內(nèi)形成支撐。

2）第2至第4層土方開挖根據(jù)設(shè)計(jì)要求的工況分10個小塊按4個步驟進(jìn)行開挖（圖5），開挖順序?yàn)棰賶K→②塊→③塊→④塊。挖土流向由基坑內(nèi)向基坑邊緣退挖，減少基坑邊緣圍護(hù)體暴露的時間，以減少圍護(hù)墻體系的變形。第4層土方開挖后及時跟進(jìn)墊層澆筑，尤其是塔樓周邊區(qū)域的配筋墊層施工。

圖5 第2至第4層土方開挖分區(qū)

3）第5層土方大面開挖前，先刨槽開挖鋼支撐區(qū)域的土方，然后在鋼支撐安裝完成后由塔樓中間區(qū)域向塔樓四周區(qū)域退挖。第6層（塔樓局部深坑區(qū)域）土方待塔樓區(qū)域底板墊層完成后開始開挖。

4）基坑開挖總體采用盆式開挖方式，加快土方出土速度，減少無支撐狀態(tài)下的基坑暴露時間。挖土作業(yè)嚴(yán)格遵循“分層分塊、留土護(hù)壁、限時對稱、及時支撐”的原則，以減少對基坑本體、越江隧道及周邊市政管線的影響。

5）施工期間做到信息化指導(dǎo)施工，實(shí)時關(guān)注圍護(hù)墻變形、承壓水頭變化、支撐軸力、地下管線位移及越江隧道變形等監(jiān)測數(shù)據(jù)，如監(jiān)測數(shù)據(jù)異常，及時會同設(shè)計(jì)、監(jiān)理、建設(shè)等相關(guān)單位根據(jù)實(shí)際的監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整施工方案或采取補(bǔ)救措施。

4.5 結(jié)構(gòu)回筑及換撐施工階段的保護(hù)措施

1）支撐拆除方式選用對基坑變形影響最小的方式，采用金剛鏈鋸靜音切割的方法進(jìn)行拆撐，以達(dá)到對越江隧道及周邊環(huán)境保護(hù)的目的。

2）基坑結(jié)構(gòu)回筑過程中，涉及拆除3道支撐的工況，在拆除第3道支撐之前必須保證底板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%，使其作為第3道支撐的換撐，同時底板后澆帶內(nèi)的型鋼換撐也需及時形成；拆除第2道支撐之前，B2層結(jié)構(gòu)及換撐板帶應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%，作為第2道支撐的換撐，在拆除第1道支撐之前，斜拋撐、地下結(jié)構(gòu)、換撐板帶需達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%，作為第1道支撐的換撐。主樓區(qū)域的鋼支撐需連同澆筑于基礎(chǔ)底板內(nèi)，不得在澆筑前拆除。

3）加大勞動力和機(jī)械投入，加快拆撐進(jìn)度。支撐拆除考慮連續(xù)施工，投入2個施工班組輪流進(jìn)行連續(xù)作業(yè)，確保每道支撐的每個分塊在1周內(nèi)完成支撐拆除和清渣施工，為地下室結(jié)構(gòu)回筑和換撐能夠盡早施工創(chuàng)造條件，從而縮短地下室結(jié)構(gòu)的施工時間，減小基坑及越江隧道的變形。

5 結(jié)語

通過采取以上一系列的技術(shù)和施工措施，從本工程圍護(hù)施工開始至結(jié)構(gòu)封頂完成，越江隧道主線南線沉降累計(jì)最大變化量為－6.59 mm，主線南線累計(jì)最大水平位移為1.0 mm，南線匝道累計(jì)最大水平位移為5.0 mm，以上變形量與預(yù)估的變形量基本吻合，且均未超出越江隧道變形量的報(bào)警值（±10 mm），越江隧道主線的變形得到了有效控制。南線匝道由于下部無樁基，受淺層地表土體沉降的影響較大，且頻繁受重車碾壓等多方面因素影響，其沉降值雖超出報(bào)警值，但不影響越江隧道主線的結(jié)構(gòu)安全和正常使用。

由此可見，針對復(fù)雜周邊環(huán)境的大型深基坑工程，在基坑圍護(hù)方案設(shè)計(jì)階段，應(yīng)提前介入，積極參與圍護(hù)設(shè)計(jì)方案的選型及優(yōu)化，會同設(shè)計(jì)選擇最合理的圍護(hù)方案，通過采用最優(yōu)的技術(shù)措施從源頭上確保周邊環(huán)境變形影響的最小化；在深基坑施工時，應(yīng)嚴(yán)格按照隧道安全保護(hù)技術(shù)要求，保護(hù)區(qū)內(nèi)不做重型材料堆載，在圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工、土方開挖、支撐施工、結(jié)構(gòu)回筑及換撐施工階段嚴(yán)格按照深基坑施工方案、隧道保護(hù)方案以及圍護(hù)設(shè)計(jì)工況要求進(jìn)行施工，及時落實(shí)各項(xiàng)施工保護(hù)措施，確保基坑的安全，使周邊環(huán)境影響最小化。