地下通道圍護施工優化與變形控制技術研究

邢 俊 斯碧峰

1. 上海建工集團股份有限公司 上海 200080；2. 上海機場建設指揮部 上海 201202

1 工程概況

背景工程地下通道為飛機滑行道下穿地下通道，全長568 m，共分為13 個結構段（W1～W13），其中有182 m的敞開段（W1、W2、W12、W13）為放坡開挖，其余386 m采取Φ850 mm SMW工法樁加Φ609 mm鋼支撐的圍護形式，最深處W7段挖深約7.8 m。整個圍護結構以W7段中心線為對稱軸對稱。場地地面標高為2.60 m。

2 基坑圍護施工原設計方案

原設計方案是圍護支撐采用3 道鋼支撐（圖1），其后施工工況：基坑開挖見底→墊層、防水、底板施工→底板達到設計強度后第3道支撐拆除→墻板外防水施工→墻板施工至頂板八字腳底（第2道支撐留在墻板內，后拆）→墻板達到設計強度后第1道支撐拆除→頂板施工→第2道支撐拆除。

3 基坑圍護施工優化方案[1]

根據對周邊環境條件以及地下通道結構本身情況的具體分析，對基坑圍護施工進行了優化，并且請設計院在受力計算上進行了復核。

本工程的紅線范圍較大，地下通道周邊沒有其他建筑和管線，紅線范圍外有同步施工的滑行道道面。

圖1 原設計典型圍護斷面

首先對場地進行卸載，將土面標高從原先的5.20 m降低至2.60 m。通過卸載，使工法圍護樁的打設深度減少了2.6 m，基坑開挖深度從原本的9.1 m減小至6.5 m，由3 道支撐改為2 道支撐，不但大大降低了施工成本，更是提高了深基坑的安全性（圖2）。

圖2 優化后的典型圍護橫斷面

本地下通道暗埋段的底板厚1.6 m，墻板厚1.5 m，作為承受飛機荷載的地下通道，相對普通的地下通道，無論在截面尺寸還是配筋率上，都要大得多。經過設計的計算，將基坑施工的工況進行了優化，不需要進行換撐。

優化后的施工工況：基坑開挖見底→墊層、防水、底板施工→底板達到80%強度后第2道支撐拆除→墻板外防水施工→墻板施工至第1道支撐底→墻板達到70%強度后拆除第1道支撐→剩余墻板及頂板施工。

第1道支撐拆除后，結構完全依靠自身的強度和剛度來抵抗土壓力和圍護變形。如此，可以節約換撐施工的成本，加快了施工的進度。

4 降水方案優化

原本初步擬定的降水方案為深井降水，深井降水具有降水深度深，面積大和排水量大的優點，但其相對輕型井點降水成本較高。

通過對施工工況的深入分析，由于地下通道結構為長條形的特點，確定了采用輕型井點降水的優化方案。該方案在保證了降水效果的同時，大幅降低了施工成本。

地下通道底板板底標高為2.78～－3.78 m，墊層厚300 mm，地下通道基坑開挖深度0.12～6.68 m。又鑒于當地的土層主要是吹填土，以及地下水位較高的情況，考慮先將土挖至第1道支撐底標高，然后采用輕型井點降水的形式，基坑內共布置輕型井23 套、觀測井2 口，降水深度為地下通道地板底下0.5～1 m。每套輕型井點長約50 m，位于遮光段和暗埋段，設置2 口觀察井。同時，在地下通道基坑挖土階段，基坑內縱橫布置排水盲溝，盲溝橫向間距10 m，截面300 mm×300 mm，在基坑每40 m設集水井，通過抽水泵將坑內積水抽入外圍排水明溝。

通過先行開挖第一皮土后，最深的降水深度約為6.5 m，深度較淺。實際施工過程中，在連續降水7 d后，通過觀察井的觀測，地下水位已降至標高。

5 變形控制

為實時指導施工及盡可能減小施工過程中基坑變形，基坑開挖及結構施工嚴格按照規范要求進行。

第1階段：表層土開挖，+2.60 m施工區域卸載面向下統挖至SMW工法樁圍護頂圈梁的底標高。第1次挖土完成后即可澆筑混凝土圈梁，待其達到設計要求70%強度，設置第1道鋼支撐。

第2階段：待降水深度達到挖土要求后開挖第1、第2道鋼支撐間土體，挖土至第2道水平鋼支撐支撐底標高下10 cm。挖土機械不得碰觸第1道鋼支撐。挖土完成后設置第2道鋼支撐。

第3階段：一次性挖至基礎底板標高。第3次開挖底板標高預留200 mm人工棄土。

挖土嚴格遵循“先撐后挖”的原則，即挖土施工先將兩端放坡開挖及最深處W7段的土體挖出，順地下通道方向放出1∶5的坡度后按此坡度分層分段進行挖土，每挖至支撐鋼管底標高，立即停止挖土，即刻設置該道支撐，決不允許超挖。待支撐設置、預應力施加完畢后進行下層土的開挖。每層土坑底面大致平整，下層的小挖機有規律地由南向北或由北向南按一定的坡度進行挖土。

墊層混凝土施工緊跟挖土工作之后進行，盡量減少基坑土體暴露面積，避免土體擾動。

在通道結構施工全過程中，對基坑圍護實施不間斷動態監測。深基坑階段每天上下午2 次對圍護頂部垂直位移、圍護頂部水平位移、圍護結構側向位移、坑外潛水水位變化等數值進行監測。如發現監測值出現異常，立即停止可能造成危險的施工，并立即采取相應措施使監測值回到正常范圍。圖3、圖4為最大變形W7段某監測點的基坑圍護監測曲線。

圖3 圍護結構頂部沉降位移

圖4 圍護結構頂部水平位移

從圖中可看出：在整個施工期間底道基坑圍護最大沉降變形30.3 mm、最大水平位移變形22.2 mm，設計要求的警戒值各為50 mm，證明采用該種圍護結構及有效的施工控制措施的效果是良好的，保證了基坑的施工安全。

6 結語

本工程地下通道結構周邊區域開闊，環境簡單，無需要保護的相鄰建筑物和地下管線，因此可以通過大面積卸載施工區域上皮土方，來縮減基坑開挖深度，進而減少基坑圍護工程量。通過圍護方案的優化和變深井降水為輕型井點降水，使地下通道結構的施工成本和工期有顯著減少，同時在變形控制上也發揮了一定的作用，相比同地區同類型的地下通道圍護變形，本工程減少了約30%。