多条地铁包围下的超深基坑施工技术

Vol．41No．2Feb．2010

建筑技术ArchitectureTechnology

··121

多条地铁包围下的超深基坑施工技术

王美华1，2，徐

摘

伟1

（1．同济大学，200092，上海；2．上海市第七建筑有限公司，200050，上海）

要：软土基坑工程的“时空效应”是近年来基坑工程研究和实践的重大创新成果，而“空间效应”则是“时

空效应”的重要组成部分。随着开挖深度和面积的急剧增大，软土深基坑工程的“空间效应”愈加显著，基坑变形控制和周边环境保护愈加困难。通过紧邻地铁超深基坑工程施工的实例分析，论述了“空间效应”原理在软土深基坑工程中的应用，取得了很好的变形控制效果，保证了临近运营地铁的安全，对类似软土深基坑工程具有一定的指导意义。

关键词：软土；深基坑；空间效应；地铁隧道中图分类号：TU941

文献标识码：B

文章编号：1000-4726（2010）02-0121－04

CONSTRUCTIONTECHNOLOGYOFULTRA－DEEPFOUNDATIONPITSURROUNDED

BYANUMBEROFSUBWAYWANGMei－hua1，2，XUWei1

（1．TongjiUniversity，200092，Shanghai，China；2．ShanghaiNo．7ConstructionCorporationCo．，Ltd．，200050，Shanghai，China）

“Timeandspaceeffect”ofdeepfoundationpitsinsoftsoilareasisoneofthegreatstudyAbstract:

andpracticalachievements．Itincludes“Timeeffect”and“Spaceeffect”．Withtherapidincreaseofexcavationdepthandarea，the“Spaceeffect”hasbecomemoreandmoreobvious，andthedeformationcontrolandenvironmentprotectionhavebecomemoreandmoredifficult．Aconstructioncaseofdeepfoundationpitclosetorunningsubwaytunnelswasdemonstratedaccordingtothe“Spaceeffect”theory．Thedeformationofretainingstructurewasstrictlycontrolled，thusthesafetyofrunningsubwayswasguaranteed，andtheexperiencecouldbereferredbysimilarprojects．

Keywords:softsoil；deepfoundationpit；spaceeffect；subwaytunnel

随着城市轨道交通网络的逐步建成，特别是上海地区，大量的深基坑工程临近甚至紧贴已建或正在运营的地铁区间隧道、地铁车站，基坑施工对环境保护的要求极高，难度极大。基坑工程的“空间效应”是上海为解决软土深基坑整体稳定和坑周地层位移的控制问题。软土基坑施工的空间效应参数主要是指基坑开挖面积、开挖深度、支撑水平和竖向间距、土方开挖分层厚度、分块面积，及支撑施工和土方分块开挖的顺序等。本文以盛大国际金融中心基坑工程施工为例，介绍合理应用“空间效应”来解决多条地铁包围下超深基坑的施工，为类似工程提供借鉴。

27．05m。场地东北侧为世纪大道，道路下为正在运营

的地铁2号线区间隧道和即将修建的地铁9号线区间隧道。2号线隧道埋深16～17m，距离本工程地下连续墙围护结构约38m。规划9号线隧道埋深16～19m，距离本工程地下连续墙围护结构约8．5m，为减少基坑施工对地铁隧道的影响及由此产生的支护费用，要求本工程邻近9号线侧基础底板在盾构经过前施工完毕。场地西侧为福山路，道路下为正在运营的地铁4号线区间隧道，隧道埋深约17m，距离本工程地下连续墙仅6．0m。场地东南侧为向城路，周边道路下均埋设有大量市政管线，包括电力管线、上下水管、煤气管、通讯管线等，场地布置详见图1~3。

本工程场地内为典型的上海软土地层，土层物理、力学指标参数见表1。

1工程概况

上海盛大国际金融中心项目位于上海市浦东新

区，主楼41层，基坑开挖面积约7000m2，基坑周长约

350m，设4层地下室，局部为地下3层，基坑典型开挖深

度主楼区为22．15m、裙房区为19．35m，局部落深区达

收稿日期：2009-10-22

作者简介：王美华(1968-)，女，上海人，教授级高级工程师，上海第七建筑有限公司总工程师，博士，曾荣获上海市“三八”红旗手称号，多项科技成果获上海市科技进步奖，主要研究方向为土木工程施工，021－

2

2．1

基坑支护方案

总体方案

为确保基坑工程施工时临近地铁隧道的安全，将

基坑分为三个区域，如图1所示，Ⅰ区为地下4层，基坑开挖深度为22．15m和19．35m，Ⅱ，Ⅲ区由地下4层改为地下3层，呈长条形，基坑开挖深度为17．15m。由于运

62527188，e－mail:cehua＠shqj．com．cn．

··122

建筑技术第41卷第2期

表1

土层编号土层层厚／m重度／kN·m－3

土层物理力学参数

④淤泥质

粘土

①填土

②粉质粘土

③淤泥质粉质粘土

⑤－1a粘土

⑤－1b粉质粘土

⑥粉质粘土

⑦－1a砂质粉土

⑦－1b粉砂

1．10～3．60

————0．20～2．2018．818．024．02．5×10－6

6．20～7．9017．826．09．03．0×10－5

4．20～5．5016．712．011．03．7×10－7

2．90～4．8017．411．514．02．0×10－7

4．20～6．8018．315．517．03．0×10－6

3．80～5．0019．614．054．0不透水层9．00～11．4018．833．04．03．7×10－4

22．50～25．5018．934．53．09．0×10－4

φ／°c／kPa渗透系数／cm·s－1

2．2基坑围护方案

根据基坑开挖深度、平面形状和施工工期要求，设计

采用顺作法，围护结构采用“两墙合一”的地下连续墙，向城路侧采用1m厚地墙，世纪大道侧及福山路侧采用1．2m厚地墙，临时隔断地墙厚度为1m。地下连续墙两侧设置

覫850＠600三轴水泥土搅拌桩作为槽壁加固体，搅拌桩插

入坑底以下7m，其中地铁侧基坑外设置双排覫850＠600三轴水泥土搅拌桩槽壁加固，基坑围护剖面图见图4。

2．3基坑支撑体系

Ⅰ区基坑呈三角形，面积较大，采用5道钢筋混凝

土支撑，呈正交对称布置。Ⅱ，Ⅲ区基坑呈长条形，采用一道钢筋混凝土支撑和4道钢支撑，由于基坑宽度较小，支撑呈平行布置，支撑平面布置如图5所示。

营中的地铁4号线距基坑仅6m，且本基坑开挖深度大于隧道埋深，基坑施工时对其保护难度较大。Ⅰ区与

Ⅱ，Ⅲ区之间以地下连续墙作临时隔断，Ⅰ区基坑开

挖面积大，而且距离地铁4号线隧道相对较大，同时与地铁间有两堵地下连续墙及总宽度超过20m的地基加固体作为屏蔽。Ⅰ区基坑先施工，待Ⅰ区地下结构施工完成后再施工Ⅱ，Ⅲ区基坑。

2．4地基加固

为控制基坑开挖阶段围护体的水平位移，达到有

效保护地铁区间隧道的目的，在I区坑内周边以及在

Ⅱ，Ⅲ区坑内满堂设置覫850＠600三轴水泥土搅拌桩加

2010年2月王美华，等：多条地铁包围下的超深基坑施工技术··123

固。I区在邻近地铁侧的加固体宽度达到11m，并设置坑内“对撑”加固体，在地铁侧被动区加固体与先期施工的搅拌桩槽壁加固体之间设置覫800＠600旋喷桩。加固体深度范围从第二道支撑底部至基底以下5m，坑底以下水泥掺量20％。坑底以上水泥掺量结合支撑体系布置采用了10％和15％相间设置，以同时提高加固土体强度和减小支撑位置土方开挖难度。

转角处，而且距离地铁4号线隧道较远，先开挖①块并及时完成钢筋混凝土支撑，对控制基坑围护结构侧向变形有利。②，③块土方靠近地铁4号线隧道侧，交错对称开挖，及时完成钢筋混凝土支撑并与①块先期完成的支撑连接形成整体，大大缩短了基坑开挖无支撑暴露时间，有效控制了变形。

3

3．1

基坑工程施工

施工总体思路和部署

基坑施工总体上采用化整为零的方法，将整个基

坑划分为在三个区域，先期施工面积较大的I区基坑，待I区地下结构施工完成后再施工Ⅱ，Ⅲ区基坑。世纪大道下正在运营的地铁2号线隧道距本基坑较远，基坑施工对其影响较小。待建的地铁9号线距本基坑只有

8．5m，基坑施工对其影响较大，根据地铁运营公司的

要求，须在9号线盾构推进经过本工程施工区域时完成

I区基础底板的浇筑。同时，福山路下正在运营的地铁4

号线隧道距本基坑仅6m，基坑施工对其影响较大。为此，如何合理利用“空间效应”原理，在最短的时间里完成I区基础底板施工，并且确保基坑施工进度、保证地铁4号线正常运营，是本工程基坑工程施工的关键。

通过对I区支护方案分析可知，I区基坑距地铁4号线隧道约16m，其间有两堵地下连续墙和总宽度超过

第六层土由于是大面积挖至基底，为此，原则上要求在第五道支撑达到设计要求的强度时才开始开挖，由于在主楼区还存在面积2000m2、最大深度27m的局部深坑，且设置第六道支撑。为有效控制基底回弹及其他各种变形，经过充分研究，将本层土方分为S1，S2，

S3，S4四块，其中S3又细分为两块。先开挖基坑转角处S1，S2块，施工该区域大底板，后开挖S3块和主楼核心

筒落深区S4块，最后一次浇筑S3，S4块大底板（图7）。

20m的地基加固体相隔，I区基坑底大面积坑底加固形

成坑底“边桁架加暗撑”体系，且I区基坑形状呈三角形，通过设置十字正交支撑并利用坑底被动土加固将基坑分割成多个稳定的平面支撑体系。为此，在I区基坑施工时可充分利用“空间效应”原理对基坑实施分块流水开挖施工。

3．2基坑分块开挖

I区基坑共设5道钢筋混凝土支撑，局部深坑设第6

道钢支撑，土方按支撑分布采取分层开挖。首层开挖深度小，采用大面积放坡开挖的方法施工。第2~5层土采用分块开挖，按基坑平面形状以及支撑布置分为4个区，即基坑三个角形成3个区，平行于4号线的斜边形成

Ⅱ，Ⅲ区基坑紧邻地铁，支撑竖向间距均在3．5m

以下，原则上采取分层分皮挖土，但是，考虑挖机操作空间，采取挖至支撑底再架设支撑的方法，控制每一段无支撑暴露长度为11～12m，无支撑暴露时间为16h。

1个区，该区域又根据基坑开挖顺序分为3个块。为了加

快施工进度进行流水施工，充分按照“空间效应”原理，根据每一区域支撑体系的形成特点，原则上在下一层土方开挖时，仅满足该区域支撑强度达到设计强度的

4基坑监测结果

本基坑工程I区从2007年10月8日第一道支撑形成

80％、整个基坑该层土方开挖完毕形成支撑即可，而不

需要等到支撑体系全部达到设计要求的强度，这样可极大地加快施工进度。I区基坑分块如图6所示，图中序号为开挖顺序。①块开挖面积较大，位于基坑呈锐角的

后正式开始开挖至2008年1月12日基础底板浇筑完成，期间进行包括深坑在内的6道支撑挖土施工以及大底板的浇筑，仅用了97个日历天，这在软土深基坑工程施

··124

建筑技术第41卷第2期

工中是极其罕见的。Q4，Q20分别为I区施工世纪大道侧以及临时隔断地下连续墙测斜监测点，其变形曲线如图8，9所示。从图中可以看出，随着基坑开挖深度的不断增大，地下连续墙水平最大点也在不断下移，至基础底板浇筑完成，地下连续墙水平位移均控制在5cm以内，很好地满足了控制各项变形和保护环境的要求。从图中可以看出，地下连续墙水平位移最大点均在开挖深度13m附近，较其他类似工程位置要高，说明有效的地基加固可阻止围护结构水平位移向地基土体深层传递，对于控制变形十分有利。

Ⅱ，Ⅲ区基坑从2008年9月4日Ⅲ区第一道形成开始再次土

方开挖，Ⅲ区2008年11月20日底板形成，Ⅱ区2008年12月

28日底板形成，历时115个日历天，Q27，Q46分别为为福山

路侧地下连续墙测斜监测点，其变形曲线如图10，11所示。从图中可以看出，虽然施工时间较长，但由于每一区开挖面较小，“空间效应”明显，加上该区域采取满堂加固，因此，地下连续墙最大变形仅为26．23mm。图12为2006年12月30日～2009年9月2日地铁4号线轨道沉降变化曲线，XLJ1～

XLJ35为轨道纵向监测点，从图中可以看出，在I区基坑开挖

期间，地铁轨道的沉降变形均控制在－1．5mm～2mm之间，在

Ⅱ，Ⅲ区基坑开挖期间，地铁轨道的变形均表现为隆起，且

在5mm以内，极好地满足了地铁管理部门规定的附加沉降控制在10mm的要求，保证了地铁4号线的正常运营。

5结语

（1）对于环境保护严格的软土深基坑工程，如周边存在

地铁隧道等，依据“空间效应”原理，采用化整为零的方法将基坑进行分区分块分期开挖，可以达到很好的变形控制效果。

（2）对于软土深基坑，采用合适的地基土体加固，可以大大提高被动区土体抗力，阻止水平位移向地基土体深层传递，从而有效减小基坑围护结构的水平位移。

（3）对于工期异常紧张的软土深基坑，经过充分研究和论证，利用“空间效应”原理，结合周密的基坑信息化监测，可以提前实施局部土方开挖，从而加快施工进度。

参考文献

［1］［2］

刘建航，侯学渊，等．基坑工程手册［M］．北京：中国建筑工业出版社．刘建航，侯学渊，等．基坑施工时空效应理念与实践［R］．上海：上海市科委课题研究报告，1997：66－67．［3］

SZ－08－2000．上海地铁基坑工程施工规程［S］．上海：上海市政工程管理局，2000．

贾坚．软土时空效应原理在基坑工程中的应用［J］．地下空间与工程学报，2005，1（4）：490－493．

［4］

［5］刘燕，刘国彬，孙晓玲，等．考虑时空效应的软土地区深基坑变形分析［J］．岩土工程学报，2006，28（增）：1433－1436．