杭州博奧隧道工作井基坑穩定性要點分析

王國平，吳 偉，盧 彤

（杭州市錢江新城建設管理委員會，浙江 杭州 310016）

引言

隨著城市建設的快速發展，越來越多的過江隧道正在建設，使得深基坑工程項目不斷增多，基坑規模也不斷增大[1]。盾構法隧道施工由于具有速度快、工期短、風險低等優點，被廣泛應用于國內各過江通道中[2]。盾構工作井是隧道施工階段最先開工和最后完工的部位，也是盾構組裝、拆卸、始發及接受的場所[3]。由于過江通道工作井具有開挖深度大、結構復雜等特點，使得在隧道實際建設過程中工作井部位往往存在設計難度大、施工工況復雜等情況[4]。

在上海、武漢、杭州等地已建成多處超大直徑盾構法道路隧道，取得了一定的技術突破[5]。杭州錢江隧道和上海長江西路隧道采用了盾構整體平移和調頭的工作井設計[6]；上海北橫通道工程針對超大直徑小半徑曲線盾構隧道的構造設計和施工控制技術等進行了研究[7]。隨著工程規模的不斷擴大，過江道路隧道的安全可靠性和經濟合理性成為建設各方高度關注的問題，處理不當會造成巨大的經濟損失和嚴重的社會影響[5]。

1 工程概況

杭州市博奧隧道隸屬杭州市，位于錢江三橋和慶春路過江隧道之間，北起錢江新城新業路與富春路交叉口，南至錢江世紀城博奧路與平瀾路交叉口，全長約2.8 km。

1.1 江北工作井概述

江北工作井位于新業路與之江路交叉口以北，主體結構起點里程為EK0+950，終點里程為EK0+971。江北工作井基坑深度26.3 m，圍護結構采用深63 m、厚1 200 mm的地下連續墻，明挖段交接部位采用深63 m、厚800 mm素地下連續墻。連續墻接頭采用工字鋼接頭，接頭采用3φ800旋噴樁止水。

1.2 江南工作井概述

江南工作井位于博奧路與潮韻路交叉口附近，博奧路正下方，主體結構起點里程為EK2+650，終點里程為EK2+671。江南工作井基坑深度25.5 m，圍護結構采用深63 m、厚1 200 mm的地下連續墻，后續段交接部位采用深63 m、厚800 mm素地下連續墻；后續段采用深41 m、厚1 200 mm的地下連續墻。盾構工作井圍護結構縱斷面見圖1。

圖1 盾構工作井圍護結構縱斷面

1.3 工程水文地質

根據地勘報告顯示，工作井所在地層第四系松散巖類孔隙承壓水主要賦存于土層深部的層粉細砂、層圓礫和層卵石層內，上覆⑥、⑦、⑧和⑨層黏性土，是相對隔水層，構成了含水層的承壓頂板。含水層頂板標高為-31.57～-21.04 m，厚度大于25 m，透水性良好，沿線均有分布，為錢塘江古河道。

2 工作井基坑穩定性分析

2.1 盾構井圍護結構設計

江南、江北盾構井基坑深度為26 m、26.464 m，均采用1.2 m厚地下連續墻圍護，以江南盾構井為例介紹盾構井圍護結構設計，平面布置見圖2。

圖2 盾構井圍護結構

盾構井共采用5道鋼筋混凝土支撐+1道鋼支撐。江南盾構井地下連續墻圍護根據基坑的穩定及受力要求，連續墻鋼筋混凝土深50 m可以滿足。但由于盾構井深約為26 m，基坑下部承壓水層水頭約24.5 m，而基坑底黏性土層形成的相對承壓頂板厚度僅8 m，承壓水層為圓礫層和粉砂層，很難通過敞開式降水降到位，設計擬采用隔水方案，連續墻墻底深入承壓水含水層底部，下部采用素混凝土連續墻落底，進入強風化巖層不小于3 m，形成封閉隔水帷幕，再進行疏干降水。

2.2 盾構井圍護結構計算

2.2.1 計算模式

施工階段按“先變形、后支撐”的原則，模擬施工開挖、支撐全過程分工況進行結構計算。支護型式為多支點圍護墻結構，即采用彈性支點桿系有限元法計算。圍護墻在施工階段，按施工過程進行受力計算分析，開挖期間圍護結構作為支擋結構，承受全部的水土壓力及路面超載引起的側壓力。結構的位移及內力采用有限元方法計算，考慮分步開挖施工各工況實際狀態下的位移變化，并按彈性情況考慮。

2.2.2 計算荷載

選取EK0+900里程位置基坑作為典型斷面進行計算分析，見圖3。基坑深度為16.441 m，連續墻入土深度16 m，基坑寬度為23.985 m，基坑跨度方向設1排立柱，地下水位為地面以下0.5 m，考慮降水為基坑下1 m。

圖3 斷面計算/m

（1）內力變形結果

內力和土體抗力的計算結果為每延米墻體；支撐反力為每延米，見圖4。

圖4 斷面地下連續墻支護結構內力包絡圖

（2）坑底抗隆起計算結果

坑底抗隆起計算見圖5，下滑力為3 466.2 kN/m，抗滑力為6 918.7 kN/m，每延米墻體抗滑力為64.6 kN/m，安全系數為2.01，要求安全系數為1.760。

圖5 坑底抗隆起計算

（3）墻底抗隆起計算結果

坑內側向外16.5 m范圍內總荷載為10 833.6 kN/m，驗算斷面處土體內聚力為2.7 kPa，內摩擦角為28.6°，安全系數為7.51，要求安全系數為2.200。計算結果表明，該段圍護結構內力分布合理，變形可以滿足要求。

3 施工監測技術與處理措施

3.1 監控量測警戒值及監測頻率

監測項目的監控量應考慮到工程等級、工程基坑要求、工程各個施工階段、周邊建筑物和自然環境的變化。當監控值較為穩定時，可根據現場情況適當減少監控頻率。

環境保護和基坑變形的安全等級為一級，在施工監控的過程中需滿足相應的等級控制保護要求，讓施工單位能夠實時掌握基坑變形問題，更好地采取相關的措施和調控施工步驟，做到信息化和現場施工的充分結合，保證施工的順利進行。各項監測的數值達到一定范圍（將產生不可接受的負面影響時）要進行報警。各監測項目報警值取值見表1。

表1 監測項目報警值

3.2 量測數據分析與監測

3.2.1 數據采集

主要采集方式為現場監測的數據、結合搜集到的其他資料、記錄等。一般監測項目采用的相關儀器設備多且雜，如水準儀、全站儀、測斜儀等，可將實測數據手動輸入計算機，也可通過儀器自動數據采集，并將量測值自動傳輸到工程數據庫。

3.2.2 資料整理

（1）對自身監測成果資料的整理、判斷。監測后對原始資料進行校核和整理，并將檢驗過的數據輸入計算機的工程數據庫。（2）對監測成果資料的分析。采用比較法、作圖法和數學、物理模型進行分析，以便對工程的安全狀態和應采取的措施進行評估決策。

3.3 數據突變處理措施

（1）施工過程中如發生量測數據，立即停止開挖，采取加強支護措施。由項目技術負責人組織技術人員進行分析，制定相關措施，并將情況及時上報業主和監理、設計單位。（2）需對突變發生地表道路和建筑物等實施24 h監控。如涉及地表安全，立即請相關部門協助，采取疏解交通等有效措施，并請業主組織設計、施工、監理等部門共同制定應對措施。

4 結語

通過對杭州博奧隧道盾構工作井基坑的穩定性和施工過程中遇到的難點進行計算以及提出對應的技術要求，取得了良好的施工效果。（1）大深度工作井在施工階段按“先變形、后支撐”的原則，模擬施工開挖、支撐全過程分工況進行結構計算。通過精確地荷載計算，盾構井圍護結構內力分布合理，變形滿足要求。（2）盾構隧道工作井對施工監控量測準確掌握基坑開挖過程中可能產生失穩的薄弱環節。通過對工程施工的監測，可對數據突變、突發意外等情況及時地作出處理措施，同時收集相應工程數據，為以后的工程設計、施工及規范修改提供參考和積累經驗，并完善計算理論。