上海延安東路隧道上方深基坑開挖控制技術(shù)

◎ 上海市第二建筑有限公司 鄭榮華

1、背景

隨著城市地下空間開發(fā)進(jìn)程的不斷深入，臨近或位于已有大型隧道附近施工的案例逐漸增多，一些工程甚至面臨直接在隧道上方進(jìn)行基坑的開挖作業(yè)，如：外灘通道工程需要在運營的延安東路隧道上方開挖深基坑、世博園區(qū)工程在打浦路隧道側(cè)向開挖、西藏南路隧道近距離穿越M8線工程等等。在城市地下空間資源緊缺的城市核心區(qū)，這類工程的建設(shè)面臨的風(fēng)險和技術(shù)難題是前所未見的。本文結(jié)合外灘通道跨越延安東路隧道的成功案例，將詳細(xì)介紹隧道上方深基坑的開挖控制技術(shù)。

外灘通道與延安東路隧道北線成 75°立體交叉，與南線交角接近90°。北線隧道正上方的基坑開挖平均深度約為10.755m，通道底板與延安東路北線隧道頂最小距離約5.4m；南線隧道正上方的基坑開挖平均深度為10.675m，通道底板與延安東路南線隧道頂最小距離約7.225m。外本段基坑全長約76m，分為3段，分別為4B1、4B2、4B3區(qū)（見圖1）。

2、開挖控制技術(shù)

為確保隧道安全，施工過程中應(yīng)盡量減少隧道上方一次性的卸載土方量，挖土過程中卸載之土方應(yīng)采取措施進(jìn)行平衡。因此，施工時必須嚴(yán)格遵循 “分層、分段、對稱、限時、隨挖隨撐”開挖的原則。即挖一小段土方，撐一根支撐，并按規(guī)定及時施加支撐預(yù)應(yīng)力。做好基坑排水，減小坑土暴露時間，要求完成一小段開挖和支撐的時間控制在6～8小時之內(nèi)。使土方開挖過程中能可靠而合理地利用土體自身在基坑開挖過程中控制土體位移的潛力而達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。

2.1 分區(qū)開挖部署

在基坑開挖和結(jié)構(gòu)施工階段，實行分段施工方案。通過設(shè)置封頭墻，將施工區(qū)域分為多個區(qū)段，分段進(jìn)行施工。將隧道影響范圍內(nèi)的基坑分為幾個區(qū)域進(jìn)行，隧道正上方區(qū)挖土施工前，相鄰區(qū)域必須完成頂板以后方可進(jìn)行土方開挖施工，且隧道上方的基坑也不能同時施工，需待一塊基坑底板施工完成后，方可進(jìn)行另一基坑的開挖及結(jié)構(gòu)施工。即必須在4A、4B2、4B4區(qū)頂板結(jié)構(gòu)均完成后，方可進(jìn)行4B1、4B3區(qū)施工，并且4B1區(qū)必須在4B3區(qū)底板完成后方可進(jìn)行開挖。

2.2 分層抽條開挖

為減少延安路隧道因基坑施工卸載引起的隧道回彈變形，延安路隧道南北線正上方基坑最后一層約3m厚土體開挖實行分塊抽條開挖，每一抽條寬度控制在4m左右，抽條開挖到底標(biāo)高后及時澆筑底板并配重壓載，壓載不小于50kPa。每一抽條開挖至壓重完成后，方可進(jìn)行后續(xù)抽條的開挖工作。同時按照常規(guī)要求，基坑開挖也需分層開挖，及時支撐，土方分塊開挖工況圖2：

隧道正上方基坑最后一層約4m厚土體開挖實行分塊抽條開挖，每一抽條寬度控制在4m左右，抽條開挖到底標(biāo)高后，底板與墊層合二為一，底層鋼筋保護(hù)層250mm，分條澆搗，預(yù)埋止水橡膠，并及時澆筑底板并配重壓載，壓載不小于50kPa。每一抽條開挖至壓重完成后，方可進(jìn)行后續(xù)抽條的開挖工作。

為減少隧道因基坑施工卸載引起的隧道回彈變形，并及時形成門式抗浮結(jié)構(gòu)，進(jìn)行分區(qū)開挖及底板施工，開挖及結(jié)構(gòu)施工按照1→2→3→4→5順序進(jìn)行。先施工兩側(cè)的1、2塊，再從東到西施工3—5塊?，F(xiàn)場可視監(jiān)測結(jié)果，必要時將3、4、5區(qū)分為兩個區(qū)域進(jìn)行施工（見圖3）。

為減少延安路隧道因基坑施工卸載引起的隧道回彈變形，取消墊層施工，由于3、4、5區(qū)挖土?xí)r，支撐垂直挖土方向，因此挖土速度將受到很大影響，計劃在24小時內(nèi)完成從開挖到配重完成的過程，每一條土方的整個工況安排如下：

(1) 延安路隧道正上方基坑最后一層約4m厚土體開挖實行分塊抽條開挖，每一抽條寬度控制在4m左右，整個基坑分成5塊，每塊土方約200立方米，配置一臺1立方米的長臂挖機，約需花費6小時完成開挖；

(2) 樁頭鑿除、圍護(hù)剝除耗費5小時；

(3) 支模、綁扎鋼筋4個小時內(nèi)完成，底板間鋼筋連接采用接駁器形式；

(4) 底板厚度均為1000mm，每塊砼方量約為40立方米，一臺汽車泵澆注混凝土，2小時內(nèi)完成；

(5) 澆注完成后，進(jìn)行砼養(yǎng)護(hù)，對砼級配進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，在4小時達(dá)到壓載承重要求。

(6) 堆載采用現(xiàn)澆C20素砼進(jìn)行，壓重不小于50KPA，3小時內(nèi)完成。

圖1 基坑開挖分區(qū)示意圖

圖2 分塊開挖工況圖

圖3 分區(qū)施工示意圖

圖4 分區(qū)施工示意圖

圖5 南線隧道變形趨勢分析圖

(7) 完成所有底板施工需花費5天時間。（如表1）

2.3 臨時堆載

在土方開挖過程中，采用素砼塊對基坑內(nèi)進(jìn)行臨時壓載，控制隧道上浮。壓載塊采用C20素砼，每塊規(guī)格1m*1m*0.5m，在第二皮土開挖完成后，可對最后一皮土部分區(qū)域進(jìn)行壓載，以平衡卸載之土方重量。

3、工程應(yīng)用分析

3.1 實際施工情況

在實際開挖過程中，本著“分層、分段、對稱、限時、隨挖隨撐”開挖的原則，并結(jié)合實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的反饋情況，進(jìn)行合理優(yōu)化，形成了最終的挖土工況，現(xiàn)以4B3區(qū)為例：

(1) 第一皮土開挖從1日早7:00開始，至4日挖土支撐全部結(jié)束，共用時4天，土方量約1000m3；

(2) 第二皮土4日晚開始進(jìn)行開挖，至6日晚22:00挖土支撐全部結(jié)束，共用時2天，土方量約520m3；

(3) 第二皮土挖完后，即進(jìn)行壓載，壓載范圍為除去最南面1號區(qū)域外部分，共壓載70塊，總重約100T（見圖4）；

(4) 7日凌晨2：30分開始1號區(qū)域最后一皮土開挖，下午16：30分土方全部結(jié)束，下午17：30分開始進(jìn)行模板施工及鋼筋綁扎，21：30分開始進(jìn)行底板砼澆搗，至8日凌晨00：00底板砼澆搗完畢進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，凌晨3：00開始進(jìn)行素砼壓載澆搗，至早上6:00完成1號塊全部施工。

(5) 8日早上6:00開始2號塊開挖，至下午16:00挖土全部結(jié)束，下午17:00開始模板施工及鋼筋綁扎，至21:00結(jié)束開始澆搗底板砼，至9日凌晨3:00結(jié)束壓載素砼施工。

(6) 根據(jù)實際監(jiān)測數(shù)據(jù)，第二塊土方挖完后隧道上浮量累計僅6.43mm，因此將3、4、5區(qū)合并為一塊進(jìn)行施工,即3號塊。9日凌晨4：00開始吊出壓載塊，上午6：30分開始3號塊挖土，至下午16：30分結(jié)束挖土，晚上21：00結(jié)束模板鋼筋施工，開始澆搗底板砼，至22：30結(jié)束，10日凌晨00：30分開始澆搗素砼壓載，至2：30分結(jié)束。

3.2 實施效果

現(xiàn)取延安東路隧道（南線）進(jìn)行隧道變形分析，如圖5所示：

南線隧道上方連續(xù)樁墻開始施工后，由于上方卸載，隧道開始明顯上浮，同時受相鄰基坑施工卸荷影響，至7月23日開始施工旋噴樁前，最大變形達(dá)到11.97mm，旋噴樁加固開始施工后，最大值達(dá)到13.25mm，土體加固施工完成后，隧道變形慢慢回落，至基坑開挖前，隧道變形值為8.10mm，挖土過程中隧道繼續(xù)上浮，但總體上浮數(shù)值不大，最大時數(shù)值達(dá)到8.84mm，結(jié)構(gòu)回筑階段，隧道開始回落。

由此可見，隧道變形主要出現(xiàn)在圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工及土體加固階段，并在開挖前造成隧道累計上浮達(dá)到8.10mm，而開挖過程中所造成的隧道絕對上浮僅0.74mm。

4、結(jié)論

通過外灘通道跨越延安東路隧道上方深基坑挖土施工的成功案例分析，充分表明了在基坑開挖過程中，通過遵循 “分層、分段、對稱、限時、隨挖隨撐”開挖控制原則，并結(jié)合臨時壓載等卸載平衡控制手段，能有效地控制開挖過程中的基地上浮，保證下臥大型隧道、管線等建（構(gòu)）筑物的安全。

表1 分段時間示意表: