東錢湖集散中心與軌道交通共建基坑實例分析

史世雍，周 韜

寧波寧大地基處理技術有限公司，浙江寧波 315211

0 引言

隨著軌道交通工程的迅猛發展，民用基坑和軌道交通基坑相鄰甚至相互嵌套的情況越來越多［1-2］。兩者單獨支護會造成支護體系浪費，施工相互交叉、影響不利于整體工期的控制及軌道交通的保護，共坑設計能有效解決上述問題。謝小林［3］結合上海城市核心區商業開發項目與地鐵車站同期共建工程實踐，針對該類基坑工程的若干設計技術難點，包括項目與地鐵統籌合建、管線與道路遷改、歷史保護建筑下方增設地下室等，提出了分區統籌、管線與道路遷改分離、保護建筑平移逆作等設計技術對策。謝炯［4］結合地鐵車站、隧道與地塊開發建筑共建的上海日月光中心地下綜合體工程實踐，對軟土地區建造大型地下綜合體所面臨的巖土工程問題及工程技術對策進行了分析總結。施佩文［5］結合上海盧灣區65號地塊南區發展項目，研究與地鐵共建地下空間開發項目實施過程中的難點及思路，并進行合理有效的項目總體設計籌劃。賈堅［6］結合改建鐵路寧波站綜合交通樞紐工程設計情況，分析了我國軟土地區以鐵路客站與換乘地鐵為主體，綜合公交車站、客運站等其他換乘交通的地下空間一體化建設工程，特別對其實施籌劃及基坑開挖中的臨時鐵路便橋設計，一體化建設的結構統籌，以及縱向沉降耦合等問題進行了深入研究，提出了合理有效的應對措施。

本項目屬于民用基坑和軌道交通基坑相互嵌套的地下綜合體。通過協調統籌采用共坑設計，結合地下結構臨時增層支護設計調整，在分析軟土地區共建基坑及地下結構增層的支護設計施工關鍵技術基礎上，利用數值模擬和現場監測數據對基坑變形特征進行對比分析。

1 工程概況

1.1 項目概況

東錢湖新城旅游交通集散中心位于寧波市東錢湖畔，軌道交通4 號線東錢湖站（包括存車線段）從集散中心中部橫穿而過，兩個項目同期開發建設，東錢湖集散中心基坑面積約20 000 m2，計算挖深9.45～12.55 m，東錢湖站計算挖深約16.5 m。見圖1～3。

圖1 東錢湖集散中心與軌道交通共建基坑現場鳥瞰圖

圖2 共建基坑平面

圖3 共建基坑建成后實景

1.2 協調統籌共坑設計

根據集散中心及軌道交通4號線東錢湖站施工工期要求，可采用共坑設計或先施工地鐵車站基坑兩個方案，見表1。

表1 不同建造模式方案比選

由表1 可知，共坑設計方案在經濟性、安全性和施工便利性上均具有明顯優勢。集散中心與地鐵車站兩者相輔相成，相互進度上具有一定的可協調性，且共建基坑方案對于兩個項目的綜合工期也是有優勢的。

綜合上述因素，經雙方建設單位協商，集散中心范圍內的地鐵深坑、出入口與集散中心作為整體基坑共同設計、施工，以下簡稱“共建基坑”。

1.3 工程地質概況

場地屬于濱海淤積和沖湖積平原，淺部廣泛分布厚層（25～35 m）軟土，工程地質條件差。場地地層及其物理力學性質指標見表2。

表2 土層物理力學性質匯總

1.4 開挖期間規劃調整

共建基坑開挖至坑底并進行底板基礎施工時，地鐵規劃出現調整，東錢湖站由終點站改為中間站，新增東延伸段（即原存車線段兩側各預留一段軌道線路及工作井供后期開發線路連接使用），在原集散中心大坑下需再下挖7 m，共建基坑原有的支護體系無法滿足要求，需進行地下結構增層支護設計。

1.5 共建基坑設計重難點

1）設計方案應兼顧集散中心和地鐵車站的建設進度要求。

2）集散中心和地鐵車站形狀不規則且差異很大，兩者結構標高差異較大，地鐵深坑開挖方案設計難度大。

3）開挖范圍內均為流塑狀淤泥或淤泥質土，厚度25～35 m，具有低強度、高壓縮性，物理力學性質差，基坑變形控制難度大。

4）受基坑開挖及施工條件制約，地下結構增層支護設計難度大，樁基施工難度也較大。

5）受集散中心交付時間限制，地下結構增層區域對拆換撐設計要求高，傳力體系較為復雜。

2 設計施工關鍵技術

2.1 總體設計思路

集散中心基坑挖深9.45～12.55 m，采用?800～1 000 mm鉆孔灌注樁＋兩道鋼筋混凝土支撐的形式。

地鐵深坑緊鄰坑邊區域基坑挖深約16.5 m，采用800 mm厚地下連續墻＋四道支撐的形式。地鐵深坑與集散中心交界面高差約7 m，受地鐵疊合墻結構條件限制，采用800 mm 厚地下連續墻＋兩道支撐的形式，交界面部位地下連續墻墻頂標高為地面下9.7 m，為保證落低墻成槽及混凝土澆筑穩定性，地連墻采用C20素混凝土超灌至地面。地連墻接縫外側設置?600@400高壓旋噴樁。

2.2 總體工程籌劃

共建基坑土方整體同步開挖，以加快地鐵深坑施工進度為原則，整體挖土順序由東北往西南推進，并在地鐵深坑西南設置棧橋以便深坑出土，地鐵深坑高差部位需待東北側集散中心及出入口底板，和西南側集散中心及出入口30 m范圍底板完成后下挖。

2.3 支撐平面及豎向布置

2.3.1 支撐平面布置及出土方式

集散中心開挖面積大，一道與二道采用鋼筋混凝土支撐，土方開挖采用支撐上方掏挖方式。采用角撐結合對撐的布置形式，可以做到分段加撐和拆撐。地鐵上方支撐布置盡可能和三道與四道支撐重合，便于挖土機械直接在棧橋上方分倉掏挖深坑土方。見圖4。

圖4 一道與二道支撐平面布置及出土方式（大坑）

地鐵深坑呈狹長形，受高差區域冠梁施工影響，第三道采用鋼筋混凝土支撐，第四道采用鋼管支撐，以減少無支撐體系暴露時間。棧橋東北區域通過長臂挖機從施工棧橋上掏挖出土。棧橋西南區域基坑面積大，采用中心島式開挖并從運土坡道出土。見圖5。

圖5 第三道鋼筋混凝土支撐及第四道鋼管支撐平面布置（小坑）

2.3.2 支撐豎向布置

支撐的豎向布置需綜合考慮以下幾個因素（圖6）：

1）一道支撐上需要設置施工棧橋，為便于車輛通行，減少爬坡，一道支撐面與地面之間的高差不宜過大。第一道支撐底距底板面高差亦不宜太大，以防二道支撐拆撐時變形較大。一道支撐位于地鐵標準段頂板上方以確保一道支撐拆撐前完成標準段部位頂板施工，減少地鐵深坑部位一次鋼管換撐。

2）挖土凈高要求：為保證中型挖機（PC-120）及運土車輛的施工操作面，一道與二道支撐凈高不小于3.8 m；為保證小型挖機（PC-60）的施工操作面，二道與三道、三道與四道、四道支撐與底板墊層底凈高不小于2.8 m。

3）三道支撐涉及地鐵深坑和集散中心高差的支護，該道支撐面宜設置在集散中心底板底附近。

2.4 控制變形措施

2.4.1 主動區加固

地鐵深坑東側局部緊貼坑邊，計算挖深達16.5 m，挖深明顯大于集散中心（平均挖深9.5 m），為了有效解決該處土壓力不平衡的問題，集散中心坑底主動區采用?850@600三軸攪拌樁裙邊加固，同時在坑底設置配筋加強墊層以提供抗力。

2.4.2 被動區加固

開挖范圍內為流塑狀的淤泥或淤泥質土，物理力學性質差，基坑變形控制難度大。地鐵深坑坑底采用?850@600三軸攪拌樁抽條加固，抽條寬度3 m，間距3 m，加固深度3 m。地鐵出入口坑內采用?850@600三軸攪拌樁結合?800@600高壓旋噴樁裙邊加固，總寬度3.75 m，加固深度3 m。加固體上部坑內土體均采用弱加固形式。

集散中心西側靠玄武路橋梁及南側中段坑底采用?850@600 三軸攪拌樁和?800@600 高壓旋噴樁裙邊加固，總寬度3.75 m，加固深度3 m；其余區域未采取被動區加固。

2.5 地下結構增層支護設計

2.5.1 整體施工工序

規劃調整導致地下結構臨時增層（圖7）。具體施工工序如下：集散中心底板及地鐵深坑-2F樓板施工→增層區域二道環梁及鋼管斜撐施工→共建基坑二道混凝土支撐拆除→部分立柱割除與托換→坑內外支護樁及支護體系施工→增層區域深坑開挖、主體結構施工。

2.5.2 立柱割除與托換

共建基坑已完成底板基礎施工，新增支護樁與原支撐立柱沖突部位需割除原立柱并進行立柱托換，見圖8。

圖8 增層區域立柱割除及托換

2.5.3 坑內支護樁

坑內高差區域基坑挖深7.0 m，采用新增鉆孔樁＋兩道支撐支護形式?？觾戎ёo樁施工工作面及機械設備凈高受限（一道支撐尚無法拆除，凈高僅為8.7 m），選用低凈空樁架設備進行施工，見圖9。

圖9 增層區域坑內低凈空樁架設備施工

2.5.4 深坑鄰邊疊合支護樁

地鐵深坑緊貼坑邊區域計算挖深由9.45 m 加深至16.5 m，調整為新增疊合鉆孔樁＋四道支撐支護形式，原集散中心支護樁樁長及配筋不滿足要求，現有場地無條件新設地下連續墻，故考慮在坑外新增一排大直徑鉆孔樁，同時充分利用原有老支護樁，新老排樁之間打設高壓旋噴樁加強整體性，新增疊合樁節點做法見圖10，旋噴樁加固標高位于開挖面以下，前后排樁通過加寬冠梁連接疊合使用。

圖10 增層區域深坑鄰邊新增疊合樁設計

2.5.5 支撐布置

第一道支撐利用共建基坑原一道混凝土支撐，第二道支撐需要重新設置，為鋼管斜撐，撐到集散中心底板或已施工的地鐵存車線中板位置。三道及四道為新設對撐支撐，三道支撐面同集散中心底板面，四道支撐標高同原共建基坑地鐵深坑內換撐支撐標高，出于支撐傳力的需要，增層設計區域周邊地鐵深坑內的換撐支撐暫不拆除。見圖11、圖12。

圖11 增層區域二～四道支撐平面布置

2.5.6 拆換撐措施

為滿足集散中心工期節點，增層區域采用非常規的拆撐順序，即增層區域設置相應換撐措施后提前拆除第一道支撐。主要換撐措施如下：

1）同步設置深坑底板換撐板帶及集散中心-1F樓板位置傳力構件，確保第四道和第一道支撐可安全、同步拆除。見圖13、圖14。

圖13 第一道及第四道支撐同步拆除后工況平面

圖14 第一道及第四道支撐同步拆除后工況剖面

2）第三道圈梁作為結構暗梁設置于集散中心底板內，確保整個拆撐過程中，深坑鄰邊部位豎向至少有三道傳力體系。

3 數值模擬與監測數據分析

3.1 數值模擬計算

3.1.1 計算模型及參數

鑒于本工程的重要性和復雜性，特采用Midas數值模擬分析軟件，根據基坑實際的開挖工況，對整體基坑變形進行建模及定量分析。見表3、圖15。

表3 HS本構模型各土層計算參數匯總

圖15 數值模擬計算模型

模擬工況如下：初始應力場計算→支護樁及加固樁施工→開挖至第一道支撐底、施工支撐→開挖至第二道支撐底、施工支撐→開挖至淺坑坑底及第三道支撐底→深坑周邊30 m 范圍淺坑底板施工及第三道支撐施工→深坑開挖至第四道支撐底、施工支撐→深坑挖至坑底→深坑底板施工。

3.1.2 數值模擬結果

根據數值模擬分析結果，地鐵深坑最大側向變形約51 mm，集散中心最大側向變形約56 mm，坑內高差區域最大側向變形約30 mm。見圖16。

圖16 數值模擬計算結果（深坑挖至坑底工況）

3.2 監測數據分析

3.2.1 監測內容

為保證基坑自身安全及控制基坑開挖對周邊環境影響，對支護結構及周邊環境進行監測。見圖17、圖18。主要監測項目包括深層水平位移、基坑頂水平（豎向）位移、地下水位、支撐內力、立柱豎向位移、周邊構筑物豎向位移等，在整個施工過程中，變形始終在一個可控的范圍內變動，整個基坑施工期間未對周邊環境產生明顯影響。

圖17 共建基坑監測平面布置

圖18 增層區域基坑監測平面布置

3.2.2 監測數據對比

1）共建基坑土體深層水平位移

自基坑開挖到基坑回填期間土體深層水平位移為29～69 mm，變形主要位于0.2%～0.5%H區間（H為基坑挖深），基本滿足一級基坑變形控制要求［7］，部分位于0.5%～0.7%H區間（圖19），與基坑局部暴露時間較長，受現場土質條件差、時空效應及周邊荷載等影響因素有關。CX1～CX4深坑鄰邊部位土體深層水平位移為34.8～62.0 mm，主要與空間效應密切相關。CX12、CX26深坑鄰邊部位土體深層水平位移為29～30 mm，主要與空間效應密切相關。CX20位于圓弧弧頂部位位移相對較小，土體深層水平位移約為29.6 mm。集散中心其余部位土體深層水平位移為51.6～69 mm，與上述區域土質較差且未進行坑底被動區加固相關。

圖19 土體深層水平位移與基坑挖深比值

基坑典型部位（CX2 與CX15）實測位移與數值模擬分析結果對比見圖20，兩者變形規律基本吻合，地鐵深坑局部暴露時間較長，受時空效應及周邊荷載影響，實測變形略大于計算變形。

圖20 數值模擬與實測數據對比

2）增層區域土體深層水平位移

增層區域空間效應好，深坑鄰邊區域實測土體深層水平位移為26.12～28.55 mm，坑內高差區域實測土體深層水平位移為16.88～23.74 mm，變形位于0.2%～0.25%H區間（H為基坑挖深）?；拥湫筒课唬–X-F與CX-C）實測變形見圖21。

圖21 增層區域土體深層水平位移曲線

4 結論

共建基坑設計施工難度大，施工工序復雜。通過解決總體工程籌劃、支撐平面及豎向布置、變形控制措施、落低墻節點處理等設計關鍵技術，可有效減少共建基坑相互影響，降低支護費用，縮短整體工期［8］。

開挖期間地下結構臨時增層設計需考慮施工限制條件、支護樁設備選型受限、拆換撐工序復雜、深坑鄰邊支護加強、立柱托換等綜合因素，利用原支護體系與拆換撐技術措施保證其順利實施［9］。

利用三維數值模擬分析了共建基坑的整體變形特征，并與現場監測數據進行對比分析，變形規律及量值總體吻合。

本項目基坑工程實踐所得的設計技術思路和方法，能為類似的深大基坑工程設計和施工提供參考和借鑒。