上海延安东路隧道上方深基坑开挖控制技术

2010-09-07上海市第二建筑有限公司郑荣华

中国建设信息化 2010年13期

◎ 上海市第二建筑有限公司郑荣华

1、背景

随着城市地下空间开发进程的不断深入，临近或位于已有大型隧道附近施工的案例逐渐增多，一些工程甚至面临直接在隧道上方进行基坑的开挖作业，如：外滩通道工程需要在运营的延安东路隧道上方开挖深基坑、世博园区工程在打浦路隧道侧向开挖、西藏南路隧道近距离穿越M8线工程等等。在城市地下空间资源紧缺的城市核心区，这类工程的建设面临的风险和技术难题是前所未见的。本文结合外滩通道跨越延安东路隧道的成功案例，将详细介绍隧道上方深基坑的开挖控制技术。

外滩通道与延安东路隧道北线成 75°立体交叉，与南线交角接近90°。北线隧道正上方的基坑开挖平均深度约为10.755m，通道底板与延安东路北线隧道顶最小距离约5.4m；南线隧道正上方的基坑开挖平均深度为10.675m，通道底板与延安东路南线隧道顶最小距离约7.225m。外本段基坑全长约76m，分为3段，分别为4B1、4B2、4B3区（见图1）。

2、开挖控制技术

为确保隧道安全，施工过程中应尽量减少隧道上方一次性的卸载土方量，挖土过程中卸载之土方应采取措施进行平衡。因此，施工时必须严格遵循 “分层、分段、对称、限时、随挖随撑”开挖的原则。即挖一小段土方，撑一根支撑，并按规定及时施加支撑预应力。做好基坑排水，减小坑土暴露时间，要求完成一小段开挖和支撑的时间控制在6～8小时之内。使土方开挖过程中能可靠而合理地利用土体自身在基坑开挖过程中控制土体位移的潜力而达到保护环境的目的。

2.1 分区开挖部署

在基坑开挖和结构施工阶段，实行分段施工方案。通过设置封头墙，将施工区域分为多个区段，分段进行施工。将隧道影响范围内的基坑分为几个区域进行，隧道正上方区挖土施工前，相邻区域必须完成顶板以后方可进行土方开挖施工，且隧道上方的基坑也不能同时施工，需待一块基坑底板施工完成后，方可进行另一基坑的开挖及结构施工。即必须在4A、4B2、4B4区顶板结构均完成后，方可进行4B1、4B3区施工，并且4B1区必须在4B3区底板完成后方可进行开挖。

2.2 分层抽条开挖

为减少延安路隧道因基坑施工卸载引起的隧道回弹变形，延安路隧道南北线正上方基坑最后一层约3m厚土体开挖实行分块抽条开挖，每一抽条宽度控制在4m左右，抽条开挖到底标高后及时浇筑底板并配重压载，压载不小于50kPa。每一抽条开挖至压重完成后，方可进行后续抽条的开挖工作。同时按照常规要求，基坑开挖也需分层开挖，及时支撑，土方分块开挖工况图2：

隧道正上方基坑最后一层约4m厚土体开挖实行分块抽条开挖，每一抽条宽度控制在4m左右，抽条开挖到底标高后，底板与垫层合二为一，底层钢筋保护层250mm，分条浇捣，预埋止水橡胶，并及时浇筑底板并配重压载，压载不小于50kPa。每一抽条开挖至压重完成后，方可进行后续抽条的开挖工作。

为减少隧道因基坑施工卸载引起的隧道回弹变形，并及时形成门式抗浮结构，进行分区开挖及底板施工，开挖及结构施工按照1→2→3→4→5顺序进行。先施工两侧的1、2块，再从东到西施工3—5块。现场可视监测结果，必要时将3、4、5区分为两个区域进行施工（见图3）。

为减少延安路隧道因基坑施工卸载引起的隧道回弹变形，取消垫层施工，由于3、4、5区挖土时，支撑垂直挖土方向，因此挖土速度将受到很大影响，计划在24小时内完成从开挖到配重完成的过程，每一条土方的整个工况安排如下：

(1) 延安路隧道正上方基坑最后一层约4m厚土体开挖实行分块抽条开挖，每一抽条宽度控制在4m左右，整个基坑分成5块，每块土方约200立方米，配置一台1立方米的长臂挖机，约需花费6小时完成开挖；

(2) 桩头凿除、围护剥除耗费5小时；

(3) 支模、绑扎钢筋4个小时内完成，底板间钢筋连接采用接驳器形式；

(4) 底板厚度均为1000mm，每块砼方量约为40立方米，一台汽车泵浇注混凝土，2小时内完成；

(5) 浇注完成后，进行砼养护，对砼级配进行适当调整，在4小时达到压载承重要求。

(6) 堆载采用现浇C20素砼进行，压重不小于50KPA，3小时内完成。

图1 基坑开挖分区示意图

图2 分块开挖工况图

图3 分区施工示意图

图4 分区施工示意图

图5 南线隧道变形趋势分析图

(7) 完成所有底板施工需花费5天时间。（如表1）

2.3 临时堆载

在土方开挖过程中，采用素砼块对基坑内进行临时压载，控制隧道上浮。压载块采用C20素砼，每块规格1m*1m*0.5m，在第二皮土开挖完成后，可对最后一皮土部分区域进行压载，以平衡卸载之土方重量。

3、工程应用分析

3.1 实际施工情况

在实际开挖过程中，本着“分层、分段、对称、限时、随挖随撑”开挖的原则，并结合实时监测数据的反馈情况，进行合理优化，形成了最终的挖土工况，现以4B3区为例：

(1) 第一皮土开挖从1日早7:00开始，至4日挖土支撑全部结束，共用时4天，土方量约1000m3；

(2) 第二皮土4日晚开始进行开挖，至6日晚22:00挖土支撑全部结束，共用时2天，土方量约520m3；

(3) 第二皮土挖完后，即进行压载，压载范围为除去最南面1号区域外部分，共压载70块，总重约100T（见图4）；

(4) 7日凌晨2：30分开始1号区域最后一皮土开挖，下午16：30分土方全部结束，下午17：30分开始进行模板施工及钢筋绑扎，21：30分开始进行底板砼浇捣，至8日凌晨00：00底板砼浇捣完毕进行养护，凌晨3：00开始进行素砼压载浇捣，至早上6:00完成1号块全部施工。

(5) 8日早上6:00开始2号块开挖，至下午16:00挖土全部结束，下午17:00开始模板施工及钢筋绑扎，至21:00结束开始浇捣底板砼，至9日凌晨3:00结束压载素砼施工。

(6) 根据实际监测数据，第二块土方挖完后隧道上浮量累计仅6.43mm，因此将3、4、5区合并为一块进行施工,即3号块。9日凌晨4：00开始吊出压载块，上午6：30分开始3号块挖土，至下午16：30分结束挖土，晚上21：00结束模板钢筋施工，开始浇捣底板砼，至22：30结束，10日凌晨00：30分开始浇捣素砼压载，至2：30分结束。

3.2 实施效果

现取延安东路隧道（南线）进行隧道变形分析，如图5所示：

南线隧道上方连续桩墙开始施工后，由于上方卸载，隧道开始明显上浮，同时受相邻基坑施工卸荷影响，至7月23日开始施工旋喷桩前，最大变形达到11.97mm，旋喷桩加固开始施工后，最大值达到13.25mm，土体加固施工完成后，隧道变形慢慢回落，至基坑开挖前，隧道变形值为8.10mm，挖土过程中隧道继续上浮，但总体上浮数值不大，最大时数值达到8.84mm，结构回筑阶段，隧道开始回落。

由此可见，隧道变形主要出现在围护结构施工及土体加固阶段，并在开挖前造成隧道累计上浮达到8.10mm，而开挖过程中所造成的隧道绝对上浮仅0.74mm。