大型綜合體深基坑分期開挖關鍵技術

孫浩林

(中鐵十一局集團有限公司 湖北武漢 430061）

1 工程背景

武漢市軌道交通2號線南延線工程同步建設光谷廣場綜合體配套工程，該綜合體位于武漢東湖高新區既有光谷廣場下方，設計有3條地鐵線路(2、9、11號線）和2條市政通道(珞喻路市政隧道、魯磨路市政隧道），是集軌道交通工程、市政工程、地下公共空間于一體的綜合項目，見圖1。工程采用地下三層多跨框架結構，覆土1.0～1.7 m。地下一層底板埋深約14 m，地下二層底板埋深約21 m，局部地下三層11號線底板埋深約34 m，工程采用鉆孔灌注樁支護，明挖法施工，明挖基坑直徑200 m[1]。

本工程5線相互交叉分隔，立體關系復雜；同時，工程規模大，現狀地面交通量大，地下管線繁多復雜[2]。如何保證該大型綜合體工程多層深基坑開挖過程中的支護結構穩定、地表建筑物沉降安全、既有樞紐交通不中斷、地下復雜管線遷改、市區施工環保要求達標并提升工效，是本工程要解決的重大難題。

圖1 光谷廣場綜合體工程各線路位置平面圖

2 分期分區原則

支護穩定:降低200 m直徑大型基坑一次開挖支護風險，同時保證綜合體多作業面施工，滿足工期要求。在保證不出現失穩的條件下，控制位移量滿足規范要求，不影響周邊建筑物的安全使用。

場地布置:合理緊湊，盡量減少施工用地，利于現場施工作業，方便材料堆放加工，并滿足各子項目交叉作業。

交通分流:以滿足周邊區域內的生產生活、保障綜合體工程施工順利進行，行人與非機動車和公交車輛優先通行，堅持“占一還一”誘導為主，管制為輔兼顧科學性和可行性原則[3]。

管線遷改:在不影響市民正常生活的情況下，安全、高效且保質保量地完成管線遷改工作；先采取臨時遷改方式，待主體結構完成后，再采用正式遷改方式進行管線遷改[4]。

統籌考慮:充分糅合現場環境因素與施工質量、安全、進度需求，合理劃分施工區塊并在不中斷交通前提下分期實施，并兼顧市區環保要求。

為此，在綜合上述諸多條件后，將直徑200 m的綜合體工程基坑，按南、北、中分為三個區，先中區后南北區實施。圓盤中區施工，利用南北區提供施工場地，同樣，南北區施工時，利用已完成中區頂板做臨時場地，解決了場地緊張問題。同時，將綜合體工程多維接駁接口(下沉庭院出入口及既有車站連接通道、市政隧道對接段）根據結構形式分期實施[5]。

最終確定，分期分區實施步驟如下(見圖2）:

一期基坑分為廣場中區(1-A）、廣場東區(1-B）、明挖區間(1-C）、珞瑜路站(1-D）、廣場西區(1-E），均為地下二～三層。

二期基坑分為廣場北區(2-A）、廣場南區(2-B）、珞瑜路通道西段(2-C）、珞瑜路通道段(2-D），均為地下一層。

三期基坑為11號線南端頭(3-A）、魯磨路通道及9號線北段(3-B）、魯磨路通道及9號線南段(3-C）。

四期基坑為廣場西側公共(4-A）及其他附屬風亭、出口。

圖2 分期分區示意

3 關鍵技術

3.1 多層深基坑分期分區可視化交底

由于光谷廣場綜合體多條線路立體交叉、結構空間層次復雜，每個視角看到的車站結構都大不相同。為此，通過組合施工組織方案，利用BIM技術制作三維立體模型，將現場施工的每道工序銜接通過BIM技術逐一推演，提前模擬了綜合體工程的圍護結構施工、土方開挖運輸等施工動態，更好地指導了現場施工，見圖3。而且，在面對地下繁復的管線遷改難題，提前建立三維管線模型，進行了現狀管網的可視化交底及搬遷模擬，及新建管網的虛擬布管和設計優化，并結合物探技術，有效地解決了在建設過程中的復雜管線遷改問題，節省了施工成本和工期[6]。

圖3 利用BIM技術進行中區支護可視化交底

3.2 多層深基坑圍護樁干法灌注技術

針對多層深基坑圍護樁結構施工，圍護樁樁身上部采用旋挖鉆機干法緩慢鉆進成孔并擠密孔壁，利用土體自穩性保持孔壁的穩定，以穿過樁身上部裂隙、蟲孔、濕陷發育區，進入樁身下部易塌區后采用泥漿靜態護壁，并鉆進至孔底。而后，采用機械連接快速安裝鋼筋籠和大直徑導管，吹底翻渣使孔底沉渣懸浮于泥漿中，注漿稀釋泥漿，大埋深快速灌注樁身混凝土完成圍護樁施工。

3.3 多層深基坑抗不平衡支護技術

一期支護中的圓盤中區地下二層大基坑深約21 m，局部地下三層11號線基坑深約32.8 m，以坑中坑的形式施工。施工地下三層11號線32.8 m深基坑時，基坑左側壁深32.8 m，右側壁深11.8 m，基坑支護中存在極大的不平衡力。通過在三層基坑右側支護樁后留土堆載，來平衡基坑另一側支護不平衡土壓力[7]，并在三層基坑底部施加鋼拋撐用來增加抗不平衡土壓力，見圖4。

圖4 一期支護形式

二期支護中，中區結構已完成，南北區頂第一道支撐不能再支撐到中區分期分隔樁上，需通過中區結構頂部來傳遞荷載，為此，通過在中區頂板上設置支墩梁，并在支墩梁下方增設鋼管臨時支柱，將二期第一道支撐支頂在中區結構頂板上[8]。南北區基坑開挖時，依據開挖深度不斷鑿除分期分隔樁，提升作業空間，實現中區南北側分隔樁一次性拆除，在保證了支護結構穩定的同時，大大提升了作業空間及效率，見圖5。

圖5 二期支護形式

3.4 連通接駁預留接口施工技術

光谷廣場綜合體工程包含3條地鐵線路，2條公路隧道，1條非機動車地下過街環道，以及綜合利用隧道上部空間設計的地下公共空間工程，建成后各類入出口共計16個，充分保障了各型交通在這個國家級高新區交通節點的順利通行。針對該地下大空間多維接駁接口施工，通過設置φ1 200@1 500 mm鉆孔樁圍護+淺層填土φ800 mm旋噴樁樁間止水，形成分期界面。施工至下期內容時，通過對稱拆除分期界面兩側支撐，來保證分期實施的基坑穩定[9]。

3.5 圍護支撐微差延期爆破拆除技術

主體結構的混凝土強度達到換撐要求時，采用“逐層分區爆破拆除”方案，將每一層內支撐劃分為若干區域，依次自下至上逐層爆破拆除支撐梁。分次爆破、區域劃分應考慮深基坑圍護體系的時空效應，并考慮總體施工進度計劃。每一區域的爆破拆除順序為:切斷支撐與圍檁的接點→支撐梁→圍檁的施工順序，棧橋板在爆破前先用機械破除，然后再進行爆破施工。采用孔內高段別導爆管雷管，孔外低段別導爆管雷管接力的起爆網路。距離周邊樓房、道路和管線較近的圍檁及支撐采用松動爆破，爆破后采用風鎬處理。在第2～4層支撐梁爆破時，在爆區上方的第1層支撐梁上均勻布設鋼管架，上方鋪設1層竹跳板，再鋪設1～2層密目安全網。基坑中部空洞部分上方掛設1～2層密目安全網，支撐梁外沿掛設膠皮簾，形成全封閉防護[10-11]。同時，通過控制爆破藥量、堵塞質量及支撐梁設置水袋、塔吊噴淋等措施，可有效降低爆破粉塵對周邊環境的污染。該技術，爆破震動持續時間短、噪聲小、揚塵少，無沉降及水平位移，效果非常明顯，見圖6。

圖6 內支撐爆破拆除效果

4 結論

目前，光谷綜合體地鐵2號線南延線珞雄路站、光谷廣場站至珞雄路站區間及配套商業區、珞喻路下穿市政通道已建成投入使用。

建設過程中，通過應用BIM技術，解決綜合體下方復雜管線遷移難題，同時實現了基坑開挖的可視化交底；采用旋挖鉆干法灌注技術，解決了維護樁量大帶來的泥漿排放、水污染等環境問題；中區采用一側留土堆載抵抗不平衡土壓力，南北區采用支墩梁傳遞水平荷載至既有結構等措施，解決了多層深基坑分期分區開挖時的不平衡土壓力難題；通過設置φ1 200@1 500 mm鉆孔樁圍護+淺層填土φ800 mm旋噴樁樁間止水，形成分期界面，并且對稱拆除分期截面兩側支撐，來保證分期實施的基坑穩定，最終完成了該大型綜合體工程的建設。

通過上述關鍵技術的應用，顯著減少了基坑工程施工災害損失，并減少施工工序，降低了基坑開挖對周邊建(構）筑物的影響而造成的加固成本，產生了良好的經濟效益。同時，也為今后城市地下交通樞紐綜合體設計及施工積累了豐富經驗，為今后城市地下立體多元化交通建設發展奠定了基礎[12]，為城市地下空間開發提供了實踐依據，社會效益顯著。