杭州博奧隧道工作井基坑穩(wěn)定性要點分析

王國平，吳 偉，盧 彤

（杭州市錢江新城建設(shè)管理委員會，浙江 杭州 310016）

引言

隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，越來越多的過江隧道正在建設(shè)，使得深基坑工程項目不斷增多，基坑規(guī)模也不斷增大[1]。盾構(gòu)法隧道施工由于具有速度快、工期短、風(fēng)險低等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)各過江通道中[2]。盾構(gòu)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(gòu)組裝、拆卸、始發(fā)及接受的場所[3]。由于過江通道工作井具有開挖深度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點，使得在隧道實際建設(shè)過程中工作井部位往往存在設(shè)計難度大、施工工況復(fù)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(gòu)法道路隧道，取得了一定的技術(shù)突破[5]。杭州錢江隧道和上海長江西路隧道采用了盾構(gòu)整體平移和調(diào)頭的工作井設(shè)計[6]；上海北橫通道工程針對超大直徑小半徑曲線盾構(gòu)隧道的構(gòu)造設(shè)計和施工控制技術(shù)等進行了研究[7]。隨著工程規(guī)模的不斷擴大，過江道路隧道的安全可靠性和經(jīng)濟合理性成為建設(shè)各方高度關(guān)注的問題，處理不當(dāng)會造成巨大的經(jīng)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(yè)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(yè)路與之江路交叉口以北，主體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)采用深63 m、厚1 200 mm的地下連續(xù)墻，明挖段交接部位采用深63 m、厚800 mm素地下連續(xù)墻。連續(xù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)采用深63 m、厚1 200 mm的地下連續(xù)墻，后續(xù)段交接部位采用深63 m、厚800 mm素地下連續(xù)墻；后續(xù)段采用深41 m、厚1 200 mm的地下連續(xù)墻。盾構(gòu)工作井圍護結(jié)構(gòu)縱斷面見圖1。

圖1 盾構(gòu)工作井圍護結(jié)構(gòu)縱斷面

1.3 工程水文地質(zhì)

根據(jù)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(nèi)，上覆⑥、⑦、⑧和⑨層黏性土，是相對隔水層，構(gòu)成了含水層的承壓頂板。含水層頂板標(biāo)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(wěn)定性分析

2.1 盾構(gòu)井圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計

江南、江北盾構(gòu)井基坑深度為26 m、26.464 m，均采用1.2 m厚地下連續(xù)墻圍護，以江南盾構(gòu)井為例介紹盾構(gòu)井圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計，平面布置見圖2。

圖2 盾構(gòu)井圍護結(jié)構(gòu)

盾構(gòu)井共采用5道鋼筋混凝土支撐+1道鋼支撐。江南盾構(gòu)井地下連續(xù)墻圍護根據(jù)基坑的穩(wěn)定及受力要求，連續(xù)墻鋼筋混凝土深50 m可以滿足。但由于盾構(gòu)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(shè)計擬采用隔水方案，連續(xù)墻墻底深入承壓水含水層底部，下部采用素混凝土連續(xù)墻落底，進入強風(fēng)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(gòu)井圍護結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)計算。支護型式為多支點圍護墻結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)作為支擋結(jié)構(gòu)，承受全部的水土壓力及路面超載引起的側(cè)壓力。結(jié)構(gòu)的位移及內(nèi)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(tài)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(xù)墻入土深度16 m，基坑寬度為23.985 m，基坑跨度方向設(shè)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(nèi)力變形結(jié)果

內(nèi)力和土體抗力的計算結(jié)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(xù)墻支護結(jié)構(gòu)內(nèi)力包絡(luò)圖

（2）坑底抗隆起計算結(jié)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(shù)為2.01，要求安全系數(shù)為1.760。

圖5 坑底抗隆起計算

（3）墻底抗隆起計算結(jié)果

坑內(nèi)側(cè)向外16.5 m范圍內(nèi)總荷載為10 833.6 kN/m，驗算斷面處土體內(nèi)聚力為2.7 kPa，內(nèi)摩擦角為28.6°，安全系數(shù)為7.51，要求安全系數(shù)為2.200。計算結(jié)果表明，該段圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布合理，變形可以滿足要求。

3 施工監(jiān)測技術(shù)與處理措施

3.1 監(jiān)控量測警戒值及監(jiān)測頻率

監(jiān)測項目的監(jiān)控量應(yīng)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(huán)境的變化。當(dāng)監(jiān)控值較為穩(wěn)定時，可根據(jù)現(xiàn)場情況適當(dāng)減少監(jiān)控頻率。

環(huán)境保護和基坑變形的安全等級為一級，在施工監(jiān)控的過程中需滿足相應(yīng)的等級控制保護要求，讓施工單位能夠?qū)崟r掌握基坑變形問題，更好地采取相關(guān)的措施和調(diào)控施工步驟，做到信息化和現(xiàn)場施工的充分結(jié)合，保證施工的順利進行。各項監(jiān)測的數(shù)值達到一定范圍（將產(chǎn)生不可接受的負面影響時）要進行報警。各監(jiān)測項目報警值取值見表1。

表1 監(jiān)測項目報警值

3.2 量測數(shù)據(jù)分析與監(jiān)測

3.2.1 數(shù)據(jù)采集

主要采集方式為現(xiàn)場監(jiān)測的數(shù)據(jù)、結(jié)合搜集到的其他資料、記錄等。一般監(jiān)測項目采用的相關(guān)儀器設(shè)備多且雜，如水準(zhǔn)儀、全站儀、測斜儀等，可將實測數(shù)據(jù)手動輸入計算機，也可通過儀器自動數(shù)據(jù)采集，并將量測值自動傳輸?shù)焦こ虜?shù)據(jù)庫。

3.2.2 資料整理

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

3.3 數(shù)據(jù)突變處理措施

（1）施工過程中如發(fā)生量測數(shù)據(jù)，立即停止開挖，采取加強支護措施。由項目技術(shù)負責(zé)人組織技術(shù)人員進行分析，制定相關(guān)措施，并將情況及時上報業(yè)主和監(jiān)理、設(shè)計單位。（2）需對突變發(fā)生地表道路和建筑物等實施24 h監(jiān)控。如涉及地表安全，立即請相關(guān)部門協(xié)助，采取疏解交通等有效措施，并請業(yè)主組織設(shè)計、施工、監(jiān)理等部門共同制定應(yīng)對措施。

4 結(jié)語

通過對杭州博奧隧道盾構(gòu)工作井基坑的穩(wěn)定性和施工過程中遇到的難點進行計算以及提出對應(yīng)的技術(shù)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(jié)構(gòu)計算。通過精確地荷載計算，盾構(gòu)井圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)力分布合理，變形滿足要求。（2）盾構(gòu)隧道工作井對施工監(jiān)控量測準(zhǔn)確掌握基坑開挖過程中可能產(chǎn)生失穩(wěn)的薄弱環(huán)節(jié)。通過對工程施工的監(jiān)測，可對數(shù)據(jù)突變、突發(fā)意外等情況及時地作出處理措施，同時收集相應(yīng)工程數(shù)據(jù)，為以后的工程設(shè)計、施工及規(guī)范修改提供參考和積累經(jīng)驗，并完善計算理論。