上海外灘通道工程跨延安路隧道段深基坑設(shè)計(jì)方案分析

張英新 上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海 200092

上海外灘通道工程跨延安路隧道段深基坑設(shè)計(jì)方案分析

張英新 上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海 200092

上海外灘通道工程是近年來上海地區(qū)規(guī)模較大的地下工程，其中的跨延安路隧道段因與正常運(yùn)行的延安路隧道距離較近，造成其深基坑工程設(shè)計(jì)施工要求高，難度大。本文對(duì)此深基坑設(shè)計(jì)方案及計(jì)算結(jié)果進(jìn)行解析，證明本工程所采用設(shè)計(jì)方案的合理性及計(jì)算方法的有效性。

深基坑；隧道保護(hù)；基坑圍護(hù)；基坑設(shè)計(jì)

1.工程概況

外灘通道工程位于黃浦區(qū)、虹口區(qū)，是上海中心城區(qū)規(guī)劃的三條南北向主干道之一的東線重要組成部分，為雙向四～六車道地下通道，總體呈南北走向，全長(zhǎng)3720m。

本次深基坑設(shè)計(jì)范圍為外灘通道跨延安路隧道段，本段外灘通道結(jié)構(gòu)形式為上下雙層單跨鋼筋混凝土箱涵結(jié)構(gòu)，基坑寬度約為11m，長(zhǎng)約76m，深度約為10.0～10.7m。

通道下方為延安路南北線隧道，穿越黃浦江的圓形隧道長(zhǎng)1470m，與外灘通道相交的延安路隧道盾構(gòu)頂標(biāo)高分別為-14.1m，-12.3m，距外灘通道基坑底距離分別為6.99m，5.24m。

2.工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

擬建工程沿線場(chǎng)地屬長(zhǎng)江三角洲下游濱海平原地貌，沿線場(chǎng)地標(biāo)高范圍內(nèi)土層由第四系全新統(tǒng)至上更新統(tǒng)沉積地層組成。各土層均符合上海地區(qū)典型的土性特征，在此不進(jìn)行詳細(xì)描述。

3.基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)原則與標(biāo)準(zhǔn)

3.1.1 設(shè)計(jì)原則

（1）根據(jù)周圍環(huán)境條件、基坑開挖深度、工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、支護(hù)結(jié)構(gòu)的功能等確定基坑工程等級(jí)，采用合理的支護(hù)體系。

（2）基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的選型根據(jù)基坑深度、環(huán)境要求、工程地質(zhì)、場(chǎng)地條件及結(jié)構(gòu)類型等綜合確定，力求做到技術(shù)成熟、施工安全、經(jīng)濟(jì)合理、方便施工。

（3）基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)采用的施工方法、結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，選擇合理的結(jié)構(gòu)模型及計(jì)算方法，模擬實(shí)際施工過程，分施工階段、使用階段按最不利荷載組合對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定性、承載能力、變形、抗裂等方面的計(jì)算和驗(yàn)算。

3.1.2 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

本次設(shè)計(jì)范圍基坑深度10.0～10.7m，下方延安路隧道距基坑底部5～7m，東側(cè)天文臺(tái)距基坑邊約8m，基坑保護(hù)等級(jí)確定為一級(jí)，周邊地面沉降＜0.1%H，圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移＜0.14%H（H為基坑開挖深度）。

3.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

3.2.1 施工分區(qū)

為保護(hù)延安路隧道，本段基坑采用劃大為小的原則，將通道基坑分為五個(gè)施工區(qū)，由南向北分別為4A、4B1、4B2、4B3、4B4，其中延安東路隧道南線、北線分別位于4B1、4B3區(qū)，施工順序籌劃為4B2→4A→4B4→4B1→4B3。設(shè)計(jì)要求在上期基坑內(nèi)部結(jié)構(gòu)施工完成后，方可進(jìn)行下期基坑的開挖。本工程設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)難點(diǎn)為4B1、4B2、4B3區(qū)。4B1長(zhǎng)約20m，4B2長(zhǎng)約36m，4B3長(zhǎng)約20m，各分區(qū)間采用Φ800@950鉆孔灌注樁+雙排Φ 650@450三軸攪拌樁隔斷墻。

圖1 施工分區(qū)及延安路隧道平面位置示意圖

3.2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案

本段基坑采用明挖順做施工。圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式經(jīng)對(duì)地下連續(xù)墻、鉆孔灌注樁＋攪拌樁截水帷幕、SMW工法樁、鉆孔咬合樁圍護(hù)等多種方式綜合比較認(rèn)為：地下連續(xù)墻因分幅較寬，難以與圓形隧道頂形成較好吻合，不能盡快加大圍護(hù)結(jié)構(gòu)插入深度，且施工對(duì)地層擾動(dòng)大，對(duì)保護(hù)延安路隧道不利； SMW 工法樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)剛度小，不易達(dá)到基坑保護(hù)等級(jí)一級(jí)要求；鉆孔咬合樁對(duì)工藝要求高，其施工質(zhì)量受施工機(jī)具與工藝水平影響較大，在本段地層條件較復(fù)雜的情況下不宜采用；最終采用鉆孔灌注樁＋三軸攪拌樁截水帷幕方案。

本工程圍護(hù)采用Φ 800@950鉆孔灌注樁+雙排Φ 650@450三軸攪拌樁，鉆孔樁樁頂設(shè)置鋼筋混凝土圈梁，基坑內(nèi)部豎向設(shè)置一道800×800鋼筋砼支撐及二道φ 609、t=16mm鋼管支撐，砼支撐水平間距約6～7m，鋼管支撐水平間距約3.6m，圍囹體系采用雙拼H400×400×13×21型鋼，止水帷幕采用雙排Φ 650三軸攪拌樁。

受基坑下延安路隧道的限制，南北線隧道上方圍護(hù)結(jié)構(gòu)底部設(shè)于延安路隧道頂0.5m，樁底位于④層灰色淤泥質(zhì)黏土及⑤1層灰色黏土中，插入比小于0.5。隧道范圍外圍護(hù)樁樁底標(biāo)高-17.00，位于⑤3層灰綠色粉質(zhì)黏土中，圍護(hù)樁入土比大于1.0。

為減少相鄰基坑開挖對(duì)延安路隧道的影響，各分區(qū)間隔斷樁樁底位于延安路隧道底以下2.5～3.5m，底標(biāo)高-27.00m，并為滿足隧道上方通道抗浮要求，在隔斷樁內(nèi)部分加長(zhǎng)至-40.00m。

圍護(hù)結(jié)構(gòu)典型斷面見圖2。

圖2 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)典型斷面圖

3.2.3 支撐設(shè)置與拆除本段基坑內(nèi)部設(shè)置三道支撐，第一道采用鋼筋混凝土支撐，其余均為φ609鋼管支撐，以加快基坑施工速度。第一道支撐位于地面下1.0m，第二道支撐距第一道支撐2.9～3.5m，第三道支撐距基坑底約3m。

本段支撐拆除工況為：底板澆筑并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除第三道鋼支撐；澆筑中板及側(cè)墻，待其達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后拆除第二道鋼支撐；澆注側(cè)墻至第一道鋼筋混凝土支撐下后，設(shè)置一道換撐，拆除第一道支撐并澆筑頂板，待頂板達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，拆除換撐。

4.基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算

4.1 計(jì)算模型

圍護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算沿基坑縱向取單位長(zhǎng)度，采用豎向彈性地基梁桿系有限元法進(jìn)行受力分析，并考慮基坑開挖、支撐安裝、主體結(jié)構(gòu)砼澆筑等施工過程的特點(diǎn)，按“先變形、后支撐”的原則模擬實(shí)際施工工況，分步進(jìn)行計(jì)算分析。

本段基坑變形保護(hù)等級(jí)為一級(jí)，基坑深度10～11m，選取延安東路隧道北線上方斷面及兩隧道間斷面進(jìn)行支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算。

（1）北線上方斷面

最終計(jì)算結(jié)果：鉆孔灌注樁最大彎矩322.4kN*m，最大剪力181.1kN，滿足強(qiáng)度要求；鋼支撐最大軸力1300kN，滿足強(qiáng)度與穩(wěn)定性要求；圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移為13.6mm＜0.14%×10.14m＝14.2mm，基坑周邊地表最大沉降8.2mm＜0.1%×10.14mm=10.14mm，滿足一級(jí)變形保護(hù)等級(jí)要求。

本段基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)各項(xiàng)穩(wěn)定性系數(shù)如下：

整體穩(wěn)定性驗(yàn)算： Kz=1.57＞1.25

抗隆起穩(wěn)定性驗(yàn)算：Kl=2.57＞2.5

墻底地基承載力驗(yàn)算：Kwz=2.72＞2.5

帶支撐抗傾覆驗(yàn)算：KQ=2.71＞1.2

抗承壓水穩(wěn)定驗(yàn)算：Ky=1.45＞1.05（按揭示土層及最高水位）

各項(xiàng)穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

(2) 兩隧道間斷面

最終計(jì)算結(jié)果：鉆孔灌注樁最大彎矩318.6kN*m，最大剪力237.6kN，滿足強(qiáng)度要求；鋼支撐最大軸力1185kN，滿足強(qiáng)度與穩(wěn)定性要求；圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移為12.1mm＜0.14%×10.03m＝14.0mm，基坑周邊地表最大沉降9mm＜0.1%×10.03m＝10.03mm，滿足一級(jí)變形保護(hù)等級(jí)要求。

本段基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)各項(xiàng)穩(wěn)定性系數(shù)如下：

整體穩(wěn)定性驗(yàn)算：Kz=1.49＞1.25

抗隆起穩(wěn)定性驗(yàn)算：Kl=2.52＞2.5

墻底地基承載力驗(yàn)算：Kwz=2.51＞2.5

帶支撐抗傾覆驗(yàn)算：KQ=2.8＞1.2

抗承壓水穩(wěn)定驗(yàn)算：Ky=1.45＞1.05（按最高水位）

各項(xiàng)穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

5.結(jié)論與小結(jié)

本工程跨延安路隧道段基坑工程經(jīng)圍護(hù)方案的多方案比較，設(shè)計(jì)過程中的準(zhǔn)確計(jì)算，不但如期順利完工，同時(shí)達(dá)到了保護(hù)延安路隧道及附近建筑物、管線的目標(biāo)，以實(shí)際結(jié)果證明了所采用設(shè)計(jì)方案的合理性及計(jì)算方法的有效性，對(duì)類似工程有著一定的參考價(jià)值。

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.11.028