上海延安東路隧道上方深基坑開挖控制技術

◎ 上海市第二建筑有限公司 鄭榮華

1、背景

隨著城市地下空間開發進程的不斷深入，臨近或位于已有大型隧道附近施工的案例逐漸增多，一些工程甚至面臨直接在隧道上方進行基坑的開挖作業，如：外灘通道工程需要在運營的延安東路隧道上方開挖深基坑、世博園區工程在打浦路隧道側向開挖、西藏南路隧道近距離穿越M8線工程等等。在城市地下空間資源緊缺的城市核心區，這類工程的建設面臨的風險和技術難題是前所未見的。本文結合外灘通道跨越延安東路隧道的成功案例，將詳細介紹隧道上方深基坑的開挖控制技術。

外灘通道與延安東路隧道北線成 75°立體交叉，與南線交角接近90°。北線隧道正上方的基坑開挖平均深度約為10.755m，通道底板與延安東路北線隧道頂最小距離約5.4m；南線隧道正上方的基坑開挖平均深度為10.675m，通道底板與延安東路南線隧道頂最小距離約7.225m。外本段基坑全長約76m，分為3段，分別為4B1、4B2、4B3區（見圖1）。

2、開挖控制技術

為確保隧道安全，施工過程中應盡量減少隧道上方一次性的卸載土方量，挖土過程中卸載之土方應采取措施進行平衡。因此，施工時必須嚴格遵循 “分層、分段、對稱、限時、隨挖隨撐”開挖的原則。即挖一小段土方，撐一根支撐，并按規定及時施加支撐預應力。做好基坑排水，減小坑土暴露時間，要求完成一小段開挖和支撐的時間控制在6～8小時之內。使土方開挖過程中能可靠而合理地利用土體自身在基坑開挖過程中控制土體位移的潛力而達到保護環境的目的。

2.1 分區開挖部署

在基坑開挖和結構施工階段，實行分段施工方案。通過設置封頭墻，將施工區域分為多個區段，分段進行施工。將隧道影響范圍內的基坑分為幾個區域進行，隧道正上方區挖土施工前，相鄰區域必須完成頂板以后方可進行土方開挖施工，且隧道上方的基坑也不能同時施工，需待一塊基坑底板施工完成后，方可進行另一基坑的開挖及結構施工。即必須在4A、4B2、4B4區頂板結構均完成后，方可進行4B1、4B3區施工，并且4B1區必須在4B3區底板完成后方可進行開挖。

2.2 分層抽條開挖

為減少延安路隧道因基坑施工卸載引起的隧道回彈變形，延安路隧道南北線正上方基坑最后一層約3m厚土體開挖實行分塊抽條開挖，每一抽條寬度控制在4m左右，抽條開挖到底標高后及時澆筑底板并配重壓載，壓載不小于50kPa。每一抽條開挖至壓重完成后，方可進行后續抽條的開挖工作。同時按照常規要求，基坑開挖也需分層開挖，及時支撐，土方分塊開挖工況圖2：

隧道正上方基坑最后一層約4m厚土體開挖實行分塊抽條開挖，每一抽條寬度控制在4m左右，抽條開挖到底標高后，底板與墊層合二為一，底層鋼筋保護層250mm，分條澆搗，預埋止水橡膠，并及時澆筑底板并配重壓載，壓載不小于50kPa。每一抽條開挖至壓重完成后，方可進行后續抽條的開挖工作。

為減少隧道因基坑施工卸載引起的隧道回彈變形，并及時形成門式抗浮結構，進行分區開挖及底板施工，開挖及結構施工按照1→2→3→4→5順序進行。先施工兩側的1、2塊，再從東到西施工3—5塊。現場可視監測結果，必要時將3、4、5區分為兩個區域進行施工（見圖3）。

為減少延安路隧道因基坑施工卸載引起的隧道回彈變形，取消墊層施工，由于3、4、5區挖土時，支撐垂直挖土方向，因此挖土速度將受到很大影響，計劃在24小時內完成從開挖到配重完成的過程，每一條土方的整個工況安排如下：

(1) 延安路隧道正上方基坑最后一層約4m厚土體開挖實行分塊抽條開挖，每一抽條寬度控制在4m左右，整個基坑分成5塊，每塊土方約200立方米，配置一臺1立方米的長臂挖機，約需花費6小時完成開挖；

(2) 樁頭鑿除、圍護剝除耗費5小時；

(3) 支模、綁扎鋼筋4個小時內完成，底板間鋼筋連接采用接駁器形式；

(4) 底板厚度均為1000mm，每塊砼方量約為40立方米，一臺汽車泵澆注混凝土，2小時內完成；

(5) 澆注完成后，進行砼養護，對砼級配進行適當調整，在4小時達到壓載承重要求。

(6) 堆載采用現澆C20素砼進行，壓重不小于50KPA，3小時內完成。

圖1 基坑開挖分區示意圖

圖2 分塊開挖工況圖

圖3 分區施工示意圖

圖4 分區施工示意圖

圖5 南線隧道變形趨勢分析圖

(7) 完成所有底板施工需花費5天時間。（如表1）

2.3 臨時堆載

在土方開挖過程中，采用素砼塊對基坑內進行臨時壓載，控制隧道上浮。壓載塊采用C20素砼，每塊規格1m*1m*0.5m，在第二皮土開挖完成后，可對最后一皮土部分區域進行壓載，以平衡卸載之土方重量。

3、工程應用分析

3.1 實際施工情況

在實際開挖過程中，本著“分層、分段、對稱、限時、隨挖隨撐”開挖的原則，并結合實時監測數據的反饋情況，進行合理優化，形成了最終的挖土工況，現以4B3區為例：

(1) 第一皮土開挖從1日早7:00開始，至4日挖土支撐全部結束，共用時4天，土方量約1000m3；

(2) 第二皮土4日晚開始進行開挖，至6日晚22:00挖土支撐全部結束，共用時2天，土方量約520m3；

(3) 第二皮土挖完后，即進行壓載，壓載范圍為除去最南面1號區域外部分，共壓載70塊，總重約100T（見圖4）；

(4) 7日凌晨2：30分開始1號區域最后一皮土開挖，下午16：30分土方全部結束，下午17：30分開始進行模板施工及鋼筋綁扎，21：30分開始進行底板砼澆搗，至8日凌晨00：00底板砼澆搗完畢進行養護，凌晨3：00開始進行素砼壓載澆搗，至早上6:00完成1號塊全部施工。

(5) 8日早上6:00開始2號塊開挖，至下午16:00挖土全部結束，下午17:00開始模板施工及鋼筋綁扎，至21:00結束開始澆搗底板砼，至9日凌晨3:00結束壓載素砼施工。

(6) 根據實際監測數據，第二塊土方挖完后隧道上浮量累計僅6.43mm，因此將3、4、5區合并為一塊進行施工,即3號塊。9日凌晨4：00開始吊出壓載塊，上午6：30分開始3號塊挖土，至下午16：30分結束挖土，晚上21：00結束模板鋼筋施工，開始澆搗底板砼，至22：30結束，10日凌晨00：30分開始澆搗素砼壓載，至2：30分結束。

3.2 實施效果

現取延安東路隧道（南線）進行隧道變形分析，如圖5所示：

南線隧道上方連續樁墻開始施工后，由于上方卸載，隧道開始明顯上浮，同時受相鄰基坑施工卸荷影響，至7月23日開始施工旋噴樁前，最大變形達到11.97mm，旋噴樁加固開始施工后，最大值達到13.25mm，土體加固施工完成后，隧道變形慢慢回落，至基坑開挖前，隧道變形值為8.10mm，挖土過程中隧道繼續上浮，但總體上浮數值不大，最大時數值達到8.84mm，結構回筑階段，隧道開始回落。

由此可見，隧道變形主要出現在圍護結構施工及土體加固階段，并在開挖前造成隧道累計上浮達到8.10mm，而開挖過程中所造成的隧道絕對上浮僅0.74mm。

4、結論

通過外灘通道跨越延安東路隧道上方深基坑挖土施工的成功案例分析，充分表明了在基坑開挖過程中，通過遵循 “分層、分段、對稱、限時、隨挖隨撐”開挖控制原則，并結合臨時壓載等卸載平衡控制手段，能有效地控制開挖過程中的基地上浮，保證下臥大型隧道、管線等建（構）筑物的安全。

表1 分段時間示意表: