城市中心緊鄰地鐵的超深基坑關鍵施工技術

周 炯

上海建工一建集團有限公司 上海 200120

隨著城市經濟的發展，特別是“十三五”規劃以來，地下空間的開發越來越成為城市建設的重點，基坑施工逐漸向著更復雜的位置、更大的深度探索，對變形控制要求也越來越高。

盡管有很多學者對深基坑變形特性進行了大量的研究，但對于深度30 m以上的超深基坑施工關鍵技術的研究較少。本文通過對杭州中心B1區基坑施工過程的研究，提煉超深基坑施工的各項關鍵技術，為類似項目超深基坑施工提供依據。

1 工程背景

1.1 工程概況

杭州中心項目位于浙江省杭州市下城區武林廣場東北角，中山北路與環城北路交叉口。工程總占地面積22 566 m2，包括2棟高130 m主樓和高50 m的裙房，塔樓為框架-核心筒結構體系，裙樓為框架結構。

A塔樓地上26層，B塔樓地上28層，裙房地上9層，地下室為6層，近地鐵區域為1～3層，總建筑面積244 202.30 m2，其中地上建筑面積154 597.21 m2，地下建筑面積89 605.09 m2（圖1）。

圖1 工程效果圖

1.2 圍護概況

基坑面積約為16 460 m2（其中B1區基坑面積約4 735 m2），沿基坑周邊總周長549 m延長米，分為A1、A2、B1、B2、D共5個區域（圖2）；B1、B2區基坑挖深約31.2 m，A2區基坑挖深約16.95 m，A1、D區基坑挖深約6.95 m；總土方量約436 000 m3?；邮┕ろ樞驗锽2→B1→A2、D→A1，前一區塊±0 m結構施工完成后，方可進行下一個區塊的土方開挖作業。圍護結構采用厚1 200 mm的地下連續墻，坑內分隔墻采用厚1 000 mm地下連續墻，地下連續墻接縫采用十字鋼板接頭。支撐體系根據地下室結構深度設置，B1、B2區基坑為地下6層結構，采用6道鋼筋混凝土支撐；A2區基坑為地下3層結構，采用3道鋼筋混凝土支撐；近地鐵區間隧道的A1、D區基坑為地下1層結構，采用1道鋼筋混凝土支撐。

圖2 基坑圍護概況

基坑加固主要采用三軸攪拌樁和高壓旋噴樁；槽壁加固采用φ850 mm@600 mm三軸攪拌樁，B1、B2、D區內裙邊加固采用φ850 mm@600 mm三軸攪拌樁，A1、A2區內加固采用φ800 mm高壓旋噴樁（圖3）。

圖3 基坑加固概況

B1區開挖階段，圍護墻變形報警值為50 mm，近地鐵側為24 mm，地鐵隧道沉降報警值為5 mm，收斂報警值為5 mm。

1.3 水文地質條件

擬建場區位于浙北平原區，為海積平原地貌單元，地貌形態單一?；娱_挖深度為30.2 m，基底土層為粉質黏土，開挖范圍內近20 m深度為淤泥質土層，含水量高，土質軟弱，壓縮性高，具有高靈敏度、低強度的特點。

地下水主要為第四系松散巖類孔隙承壓水和深部基巖裂隙水?？紫稘撍宦裆?.2～1.7 m，對應高程為4.13～5.22 m；承壓含水層頂板埋深35.90～38.90 m，頂板高程為－32.62～－29.51 m；承壓水頭埋深在地表下5.14 m，相應高程為1.28 m。

2 周邊環境

項目地處浙江省杭州市核心區域武林廣場東北角，東鄰中山北路，南側為6層淺基礎住宅小區（距B2地下連續墻約12 m），西南側為電信大樓（15層，框架結構，距B2區地下連續墻約30 m），西側為浙江省科協大樓（21層，框架結構，距B1、B2區基坑10～15 m），西北側為杭州地鐵1/3號線武林廣場站及區間隧道（1號線已運營，隧道狀況極差，距A1區3.5 m、B1區15.0 m），北側為環城北路。道路下方布設有各類管線，特別是環城北路下方有110 kV電力管線、DN1 600污水管線等城市主要管線（圖4）。

圖4 周邊環境示意

3 超深基坑施工關鍵技術

3.1 圍護結構優化

1）本工程內支撐原為中間開大洞的形式。該方案有利于2～3層土方開挖，但剛度不足，不利于圍護結構變形控制，可能會在開挖過程中發生較大的基坑變形?？紤]地鐵保護等級要求較高，基坑深度較大，借鑒類似工程并與基坑圍護設計協商后，將第2～6道支撐中間大洞取消，調整為拉通井格支撐的形式，并將基坑跨中部位第4～6道支撐的主撐截面由1 200 mm×1 100 mm調整為1 600 mm×1 100 mm，圍檁截面由1 300 mm×1 100 mm調整為1 600 mm×1 100 mm，大大提高了支撐的剛度。

2）基坑北側角部各設置2道大角撐，使支撐結構形成穩定的三角形，在提高支撐結構剛度的同時，也降低了南北向對撐對B1/B2區分隔墻集中力的影響（圖5）。

圖5 調整前后的B1區支撐平面

3）墊層由厚150 mm素混凝土改為厚300 mmC30混凝土內配單層雙向φ12 mm@250 mm×250 mm。降低了基坑開挖至設計標高后長時間暴露的風險。

3.2 限制工況調整

原設計限制工況要求B2區結構施工至±0 m后，方可開挖B1區第1道支撐以下的土方。為加快施工速度，同時最大限度地保障地鐵運營，經與圍護設計協商后，在原支撐結構中增加板帶，將原B1區土方開挖限制工況，調整為3個小限制工況：

1）限制工況1：B2區地下5層結構完成后，方可開挖B1區第1道支撐以下的土方（圖6）。

圖6 限制工況1

2）限制工況2：B2區地下4層結構完成后，方可開挖B1區第3道支撐以下的土方（圖7）。

圖7 限制工況2

3）限制工況3：B2區地下3層北側結構完成后，方可開挖B1區第4道支撐以下的土方（圖8）。

圖8 限制工況3

3.3 土方開挖方案

基坑開挖施工時，遵循“分層、分塊、留土護壁、對稱、限時開挖”的總原則，利用時空效應原理，減少基坑暴露時間，嚴格控制基坑變形[1-2]。各分區開挖完成48 h內形成支撐，同時根據與相鄰基坑之間的開挖限制工況等情況，調整基坑開挖的方向。

首層土方根據樁基工程場地移交的順序，分為4個區域（圖9），由東向西、從北向南進行退挖。

圖9 首層土方分區

第2、3層土方根據調整后的限制工況分為8個區域，采用盆式開挖，先開挖中部區域。為防止第2、3道支撐對B1/B2區分隔墻體的集中力對圍護結構產生不利影響，周邊區域由北向南進行開挖（圖10）。

圖10 第2、3層土方分區

第4～6層土方分為8個區域（圖11），采用盆式開挖，先開挖基坑中部區域，周邊區域由南向北進行開挖，重點控制地鐵側地下連續墻的變形，最大限度地保障地鐵安全運營。

圖11 第4～6層土方分區

第7層土方根據底板分區情況，采用盆式開挖的方式，先開挖中間區域再挖周邊區域，分為4個區域收底（圖12），最后開挖中部核心筒深井區域。在近地鐵側設置2個小分區，施工時快速開挖并澆筑混凝土。

3.4 淤泥質土層換填

針對基坑內淤泥質土層的流變特性，施工時利用裙邊加固土體的特性，開挖時，首先開挖基坑中部區域未加固的淤泥質土方，并超挖0.5 m；然后開挖基坑周邊加固土體，利用部分加固土體將中部超挖區域回填至設計標高，再施工支撐結構。采用基坑內加固土體換填后，在保障基坑開挖速度的前提下，改善了基坑中部軟弱土層在支撐施工時的沉降情況。

3.5 基坑降水

本工程中大量的基坑土層為淤泥質黏土，其滲透性極差，根據抽水試驗，幾乎無法抽取地下潛水，因此，基坑內不考慮設置疏干井，潛水降水采用基坑內明溝排水的技術措施。

承壓水涉及4層圓礫層承壓水，經實測水頭為8～10 m，基坑開挖深度較深，故需要采取降承壓水措施。根據現場實際抽水試驗情況，在B1區內設置4口減壓井及1口坑內承壓水觀測井，基坑外各邊設置1口承壓水觀測井。由于水量較小，降水后補給緩慢，土方開挖時根據開挖深度和承壓水水頭的關系計算需保持的水位，按需降水，防止因過度降水導致周邊環境沉降。

3.6 底板分區施工

基礎結構采用筏板基礎，主樓區域板厚2.6 m，裙樓區域板厚1.8 m。開挖至基礎底板時，基坑變形較快，為保護地鐵及保護變形最大區域，將底板分為4個區域，1區為地下連續墻變形最大的區域，2、3區為近地鐵區域，1、2、3小區優先完成并澆搗混凝土（圖12）。

圖12 基礎底板澆搗分區

4 實施效果

B1區基坑開挖過程中，基坑變形較為平穩?；颖O測數據顯示：開挖過程中，每道支撐開挖時墻體深層水平位移增加8～10 mm，至基礎底板完成時，圍護墻體最大深層水平位移49.7 mm，支撐最大軸力20 789.5 kN，地鐵盾構隧道最大沉降4.7 mm，收斂1.1 mm，較好地做到了對地鐵隧道的保護，未對地鐵的運營造成影響（圖13）。

圖13 最大變形點第2～7層土方施工變形曲線

5 結語

對于超過30 m的深基坑施工，基坑土壓力極大，應高度重視基坑變形情況。為減小因支撐壓縮而增加的基坑變形，需優化支撐結構，加強支撐系統剛度，必要時應適當加密支撐間距及增大支撐截面。土方工程需根據周邊環境保護以及現場出土速度等情況進行科學分塊，并快速開挖，在48 h內形成支撐結構，減少基坑無撐時間。同時，施工過程中應加強監測，根據監測數據動態調整施工方案，及時優化施工組織。

隨著城市化程度的提高，城市中心區域鄰近地鐵的30 m以上超深基坑項目將越來越多[3-4]。本文所述杭州中心項目超深基坑工程的成功實施經驗可為今后類似項目提供借鑒。