預留盾構(gòu)穿越的非對稱地下結(jié)構(gòu)設(shè)計

華中良

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司，上海 200092）

1 工程概況

東西通道工程是上海市CBD核心區(qū)井字形通道方案的重要組成部分，全長約7 km。軌道交通14號線是上海市軌道交通網(wǎng)絡(luò)中一條重要的市區(qū)級線路。根據(jù)線路規(guī)劃，14號線在陸家嘴東路與陸家嘴環(huán)路路口以東從北側(cè)下方斜向穿入東西通道底板下，后與東西通道沿浦東大道共線前行，平面布置如圖1所示。

圖1 穿越節(jié)點平面布置圖

東西通道為地下道路工程。根據(jù)線路設(shè)計方案，該穿越節(jié)點為長條形基坑，基坑寬度約26 m，開挖深度為15 m～18.8 m，長約120 m，為地下兩層結(jié)構(gòu)，采用明挖法施工。基坑兩側(cè)有若干幢多（高）層建筑物，現(xiàn)狀地面下有給水、雨污水、信息、煤氣等管線。待建軌道交通盾構(gòu)區(qū)間隧道頂距東西通道結(jié)構(gòu)底板底為2 m～3 m。

根據(jù)東西通道及軌道交通14號線實施計劃，該節(jié)點東西通道先行實施，軌道交通盾構(gòu)區(qū)間后期下方穿越。因此在保證東西通道基坑安全實施的同時，如何為盾構(gòu)隧道后期穿越預留足夠的實施條件，并且確保后期盾構(gòu)穿越時東西通道結(jié)構(gòu)的安全是必須面對的問題。

2 工程地質(zhì)

擬建工程所在位置的土層依次為：①1層雜填土，系近期人工堆填，上部含碎磚、礫石、煤渣等雜物，下部則以粘性土為主；②1層褐黃～灰黃色粉質(zhì)粘土，土質(zhì)自上而下逐漸變軟；③層灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，該層中夾有第③夾層粘質(zhì)粉土分布；④層淤泥質(zhì)粘土，呈流塑狀態(tài)，夾少量薄層粉砂；⑤1層灰色粉質(zhì)粘土，夾薄層粉砂，上部夾粘土，呈可塑～軟塑狀態(tài)；⑥層暗綠～草黃色粉質(zhì)粘土，土質(zhì)較好；⑦1層砂質(zhì)粉土，局部為粉砂及少量薄層粘性土；⑦2層粉砂，局部以細砂為主。土層參數(shù)見表1所列。

表1 土層參數(shù)表

3 總體實施方案

上海地區(qū)的類似工程如軌道交通4號線宜山路站和復興東路隧道浦西暗埋段均采用在穿越位置采用特殊幅地下墻，后期盾構(gòu)機直接切削的方案。但在該工程中，由于軌道交通盾構(gòu)區(qū)間與該工程基坑斜交角度大，因采用盾構(gòu)機直接切削方案地下墻需與盾構(gòu)機垂直，即需要擴大基坑的平面范圍，勢必造成地下空間資源的浪費，增加工程投資，同時存在盾構(gòu)機因切削能力不足影響穿越的巨大風險。

考慮到盾構(gòu)區(qū)間后期斜向穿越的要求，該工程在盾構(gòu)斜向穿越側(cè)采用了超短地下墻+SMW工法樁的圍護結(jié)構(gòu)，如圖2所示。超短地下墻墻底距盾構(gòu)隧道頂大于1 m。超短地下墻滿足施工及使用階段的受力要求（使用階段與內(nèi)襯共同受力），SMW工法樁插入較深，滿足施工階段的整體穩(wěn)定、抗隆起等穩(wěn)定性要求。SMW工法樁內(nèi)插型鋼在該工程基坑實施完畢后拔除，為盾構(gòu)穿越預留條件。采用該方案，不僅避免了切割方案潛在的風險，且基坑平面范圍無需擴大，開挖深度無需加深，節(jié)約了工程投資，降低了施工風險。

圖2 工程實施方案的橫剖面圖

4 非對稱圍護結(jié)構(gòu)分析

從圖2可以看出，該工程一側(cè)為常規(guī)深地下墻，另一側(cè)為超短地下墻+SMW工法樁，圍護結(jié)構(gòu)為非對稱結(jié)構(gòu)。工法樁內(nèi)插型鋼內(nèi)力是否滿足要求？超短地下墻側(cè)圍護結(jié)構(gòu)變形是否滿足要求？本文對該非對稱圍護結(jié)構(gòu)進行了詳細分析。

選取基坑開挖深度為18.3 m處進行計算。基坑寬度為26 m。沿豎向設(shè)置四道支撐，第一、二、四道支撐為混凝土支撐，第三道為鋼支撐。混凝土支撐截面尺寸分別為800 mm×800 mm、1000 mm×1000 mm、1200 mm×1200 mm，支撐水平間距為8 m。鋼支撐為Φ609×16鋼支撐，支撐水平間距為3 m。支撐豎向間距為 1.5 m、5 m、4.3 m、3.9 m、3.6 m。兩側(cè)地下墻厚均為1000 mm，深地墻長30 m，短地墻長20.5 m。工法樁直徑為850 mm，滿插700×300×13×24型鋼，工法樁長30 m。

基坑開挖回筑過程采用增量法，按照“先變形，后支撐”的原則進行計算。超短地墻和SMW工法樁之間用只能受壓的剛性桿件連接。計算結(jié)果如圖3～圖8所示。

上述內(nèi)力計算結(jié)果均為標準值。

從上述計算結(jié)果可以得出以下幾點結(jié)論：

圖3 深墻彎矩包絡(luò)圖

圖4 深墻水平位移包絡(luò)圖

圖5 短墻彎矩包絡(luò)圖

圖6 短墻水平位移包絡(luò)圖

圖7 工法樁內(nèi)插型鋼彎矩包絡(luò)圖

圖8 工法樁內(nèi)插型鋼剪力包絡(luò)圖

（1）深墻、短墻最大彎矩值均出現(xiàn)在拆第四道支撐工況，深墻最大彎矩值約為1300 kN·m，短墻最大彎矩值約為1200 kN·m，這是因為短墻側(cè)圍護結(jié)構(gòu)為地墻+工法樁，工法樁承擔部分荷載，所以短墻最大彎矩值略小于深墻。同樣的原因，深墻最大水平位移（23 mm）略大于短墻（22 mm）。

（2）短墻由于坑底以下部分嵌入深度較淺，其水平位移的曲線形狀與深墻不同。

（3）由于工法樁內(nèi)插型鋼的折算抗彎剛度僅為地墻的1/6.2，其承擔的荷載較小，因此其彎矩、剪力值均較小。

（4）在短墻墻底位置，由于抗彎剛度突變，工法樁內(nèi)插型鋼的彎矩、剪力值均有突變現(xiàn)象。

5 其他措施

該工程還采取了若干措施以保證基坑的安全實施，并盡量減小后期盾構(gòu)穿越對該工程結(jié)構(gòu)的影響。

5.1 橫向超短地下墻

該工程中除在盾構(gòu)斜向穿越位置沿縱向采用了超短地下墻外，在坑底以下還沿基坑縱向間隔設(shè)置若干橫向超短地下墻，其深度和縱向超短地下墻相同。橫向超短地下墻可減小施工階段圍護結(jié)構(gòu)的水平位移和坑外地面沉降，保證基坑的安全實施。

5.2 坑底加固

盾構(gòu)斜向穿越位置坑底采用全斷面旋噴樁加固。旋噴加固既可以減少基坑實施階段坑底隆起量、圍護結(jié)構(gòu)的水平位移及坑外地面沉降，還可以改善坑底土體的性質(zhì)，減小后期盾構(gòu)穿越對該工程的影響。

5.3 預留注漿孔

在該工程結(jié)構(gòu)底板內(nèi)預埋注漿孔及沉降觀測計，在使用階段或盾構(gòu)穿越時對結(jié)構(gòu)進行監(jiān)測，結(jié)構(gòu)變形超過報警值時，及時注漿以保證結(jié)構(gòu)安全。

5.4 非對稱內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計

從圖2可以看出，該工程左右地下墻坑底以下長度相差較大，且墻底所在土層性質(zhì)相差很大（盾構(gòu)斜穿側(cè)墻底位于④～⑤1層，非斜穿側(cè)墻底位于⑦1～⑦2層），為非對稱結(jié)構(gòu)。為減小這種不對稱給結(jié)構(gòu)帶來的不利影響，在滿足管線埋深等要求的情況下適當抬高盾構(gòu)斜穿側(cè)頂板，并適當壓低非穿越側(cè)頂板。即減小盾構(gòu)斜穿側(cè)頂板上土的壓重，增加非穿越側(cè)頂板上土的壓重。同時根據(jù)計算在盾構(gòu)斜穿側(cè)底板下設(shè)置樁基，保證結(jié)構(gòu)的整體平衡。

6 結(jié)語

目前東西通道工程該節(jié)點已施工完畢，軌道交通盾構(gòu)區(qū)間隧道尚未推進。該工程基坑實施時，安全穩(wěn)定，圍護結(jié)構(gòu)受力、變形、地面沉降等各項監(jiān)測數(shù)據(jù)均滿足設(shè)計要求。采用超短地下墻+SMW工法樁的新方案避免了常規(guī)方案潛在的施工風險，降低了工程造價。可為類似工程提供參考。

[1]DG/TJ08-61-2010，基坑工程技術(shù)規(guī)范[S].

[2]陳鴻，馮云，季應(yīng)偉.預留盾構(gòu)穿越超短地下墻工法樁的圍護結(jié)構(gòu)[J].中國市政工程，2010，（增刊）.