侯胜男，岳建勇，周 延

(1. 华东建筑设计研究院有限公司上海地下空间与工程设计研究院，上海 200011；2. 上海基坑工程环境安全控制工程技术研究中心，上海 200011)

0 引 言

随着全民健身运动和体育强国战略的蓬勃发展，市民对城市基础设施的要求越来越高，体育健身意识越来越强，体育建筑与城市形成统一和谐的城市景观，这就对一些体育建筑提出了更高的要求。目前大跨度、高层高的体育场馆均采用深埋地下室的形式，而一些体育建筑基坑的周边环境十分复杂，如既有场馆、地铁、保护建筑、高架等多因素复合，对于基坑设计是一个新挑战，也是一个新机遇[1-3]。

邻近地铁、桥梁、保护建筑等敏感环境条件下的的深大基坑多采用分区施工方案[4-9]。殷一弘[10]对宁波绿地中心项目分区方案进行了介绍，该项目西侧邻近地铁，采用了“分区顺作+板式支护+多道支撑”的支护体系方案，并在邻近地铁区域设置隔离桩、轴力自动伺服应力补偿系统钢支撑等，相比宁波类似邻近地铁项目，该工程采取的分区措施有效保证了地铁车站的正常运营。吴西臣等[11]基于“大坑化小、分区(段)设计、轻重结合、组合支护”等设计理念，对武汉地区长江一级阶地上深厚软土层中某超大深基坑支护方案进行了介绍，通过采用联合支护、合理布置内支撑等手段，达到了经济合理、有效缩短施工时间的目的。刘传平等[12]对上海某深大基坑工程分区设计方案进行了介绍，该基坑形状极不规则，施工过程中要求多个相邻分区同步实施、交叉施工，通过选择合适的支护结构方案和对相邻分区同步开挖回筑交叉施工工况的设计控制，以及选择合理的与各分区围护结构的连接措施，有效地保证了基坑及周边环境的安全和基坑工程的顺利实施，也保证了工程的经济合理性。

类似基坑分区设计相关文章可参考文献[13]～[25]，在此不做赘述。目前基坑分区相关文章主要集中于对分区方案的介绍，对监测数据的分析也主要集中于对地铁隧道的沉降变形，缺乏对分区施工过程中周边建(构)筑物及管线沉降及变形数据分析，对分区效果缺乏足够的数据支撑。

上海作为典型软土地质发达城市，体育建筑的更新改造需求更具有代表性和前瞻性，本文依托上海市徐家汇体育公园基坑项目，详细介绍了基坑分区思路、水平支撑及栈桥布置、临时隔断换撑等设计思路，对各分区开挖过程中围护体、地铁隧道、周边建(构)物和管线等相关变形及监测数据进行了详尽分析，对今后类似地区的体育建筑基坑建设具有一定的参考价值。

1 工程概况

本基坑项目位于上海徐家汇地区零陵路、漕溪北路、中山南二路和天钥桥路围合区域，基坑总面积约55 000 m2，总延长约2 270 m，包括新建体育综合体和上海体育馆改造新增地下室，整体作为一个基坑设计施工。地下室设置体育用房、地下车库及下沉式广场，其中地下室部分包括两部分：上海体育馆新增地下室和新建体育综合体。上海体育馆新增地下室为地下二层训练用房和西侧地下一层环形通道，新建体育综合体整体为一层地下室(北侧为下沉式广场)，场地中部为二层地下室。本基坑开挖深度差异较大，中部地下二层，开挖深度12.3～12.8 m；外侧地下一层，开挖深度6.30～8.60 m。

2 周边环境

该项目周边环境异常复杂(图1)，保护要求非常高。基坑南侧邻近地铁1号线申通上体馆主变站及电缆隧道、中山南二路(内环高架桥)；基坑东侧北部与上海游泳馆既有地下室实现连通，对老的地下室进行改造，实现整体功能的提升；东南侧紧邻保留建筑武警用房，净距仅3 m；北侧新建半环形地下通道，连接零陵路既有地下一层车库，紧邻上海体育馆，净距仅3.4 m；北侧邻近地铁11号线徐家汇至上海游泳馆区间隧道，西侧邻近地铁1号线区间隧道和漕溪北路高架路，均位于地铁50 m保护区范围内；南侧紧邻申通上体馆主变站及电缆隧道，净距仅7.0 m；基坑中间有一幢三层保留砖木建筑物小白楼，四周土体挖除，形成“孤岛”，对于紧邻保留建筑四面均卸载的情况，中国尚不多见。由此可见基坑周边环境异常复杂，以上建构筑物均是基坑施工阶段需重点保护的对象，除此之外，基坑周边的市政道路及煤气、上水、下水、电力、信息市政管线亦是基坑施工阶段需重点保护的对象。

图1 基坑及周边环境平面图Fig.1 Plane View of Foundation Pit and Surrounding Environment

本工程所在地地质条件复杂，场地填土厚度普遍较大，最厚处达2.5 m，场地浅层存在较厚的③层淤泥质粉质黏土、④1层灰色淤泥质黏土、④2-1层灰色粉质黏土夹黏质粉土，该3层土属高压缩性、高含水率、流塑的软土，其土层物理力学指标相对上海地区同类土层较为接近，但物理力学性质相对更差；该场地深部存在④2-2微承压含水层，在围护墙设计时考虑将该微承压含水层隔断。在拟建场地内多处发现有①2层浜填土分布。场地土性指标详见表1。

表1 建筑场地土层及参数Table 1 Soil Layers and Parameters of Construction Site

3 基坑分区设计策略

该项目基坑形状非常不规则，基坑挖深差别较大，根据本工程的特点，基坑分区时应考虑满足项目的开发节奏，实现工期目标。尽量结合地下室功能分区确定，以确保相关地块同步实施的可能性及相关功能区的完整性。

为减小基坑土方开挖过程对运营中的地铁1号线和11号线地铁车站、区间隧道及申通上体馆主变站和电缆隧道的不利影响，结合建筑设计方案和基坑开挖深度，经与地铁管理部门汇报，施工顺序采取“先深后浅”和“先一般区域后地铁保护区域”的原则，将本工程分为7个区域，见图2。

图2 基坑分区平面布置Fig.2 Plane Layout of Partitioning of Foundation Pits

1区位于整个场地中间位置，为地下二层，远离地铁区间隧道和车站出入口等附属结构，周边环境较好，基坑面积约为22 961 m2；2区位于1区西侧，地下二层，基坑面积约10 700 m2。考虑到对地铁隧道等敏感建(构)筑物的保护，3～7区地下室均为地下一层，其中5区和6区邻近正在改造中的上海体育馆和上海游泳馆，3，4，7区分别邻近正在运营的地铁车站、隧道及附属设施。

施工顺序采取“先深后浅”和“先一般区域后地铁保护区域”的原则，平面施工工况为：工况1，先施工1区基坑；工况2，待1区地下室顶板及结构楼板缺失处换撑完成后，施工2区基坑；工况3，待2区地下室顶板及结构楼板缺失处换撑完成后，即可同时施工5，6区；工况4，待5，6区地下室顶板及结构楼板缺失处换撑完成后，最后施工邻近地铁的3，4，7区。

4 基坑实施对周边环境的控制措施

4.1 基坑支护设计

本项目根据基坑挖深及周边环境条件的不同要求，采用多种支护体系相结合的基坑支护设计原则。基坑北侧邻上海体育馆、南侧邻申通地铁上体馆主变站和坑内小白楼等环境较为敏感区域采用1 000 mm厚临时地下连续墙作为围护体；基坑北侧上海体育场坡道区域(6区)，基坑形状狭长，采用SMW工法桩作为围护体；基坑其他区域采用刚度较大且布置更为灵活的直径850～1 000 mm钻孔灌注桩排桩结合外侧三轴水泥土搅拌桩止水帷幕作为围护体。基坑围护体平面具体布置见图3。

图3 基坑围护体平面布置Fig.3 Plane Layout of Support Structure of Foundation Pit

4.2 水平支撑及栈桥设计

基坑平面形状较不规则，水平支撑结合各分区的特点进行设置，见图4。1区采用2道钢筋混凝土支撑，平面布置采用对撑、角撑结合边桁架的形式。2区采用2道钢筋混凝土支撑，支撑布置采用十字对撑，水平间距约为10 m，十字对撑具有较大刚度，能有效控制变形，满足周围保护对象的变形控制要求。3区、4区、5区和7区支撑采用1道钢筋混凝土十字对撑，水平间距为8～10 m。6区支撑采用2道钢筋混凝土水平支撑，支撑水平间距为5～8 m，有效控制围护体变形，加强对邻近上海体育馆的保护，第1道钢筋混凝土支撑在结构顶板浇筑完成后再拆除。

图4 基坑支撑及栈桥分区平面布置Fig.4 Plane Layout of Foundation Pit Support and Trestle Partition

按照主体结构形式，基坑分区回筑的先后顺序、出土口位置、开挖深度以及最终退场工况等综合考虑后，针对1区、2区、5区、6区、7区进行跨区栈桥设计。3区、4区不设置栈桥。该栈桥方案实现了不同分区回筑工况下场地的高效利用，提高了土方开挖和结构施工的效率，满足了业主对工期的要求。

4.3 大面积顶板缺失区域临时隔断换撑设计

体育场馆一般都具有跨度大、层高高的特点，因此本工程地下一层及一层区域绝大部分都是两层通高，本基坑1区和2区的顶板大范围缺失，这就要求基坑分区临时隔断换撑设计上既要考虑后做区域土方开挖临时阶段传力的要求，又要考虑在结构回筑阶段拆除临时隔断时的受力要求。

本项目在1区和2区临时隔断两侧设置换撑板带，板带顶标高低于结构板顶标高200 mm，板带范围避开主次梁设置，确保不影响永久结构施工，同时满足受力要求。在先施工的1区设置混凝土斜换撑，将2区第1道支撑的水平力传递到地下一层结构，确保了2区基坑支护体系的受力要求，如图5所示。

图5 换撑剖面及平面(单位:mm)Fig.5 Plane and Section of Support Replacement (Unit:mm)

5 实施与监测

本基坑面积大，开挖深度深，周边环境复杂，从1区正式开挖到完成新建综合体竣工验收，历时近3年时间。本工程部分监测点布置如图6所示，其中，CX1-7～CX7-7为围护体测斜监测点，SD1，SD2为坑外电缆隧道沉降监测点，M2～M22为基坑南侧煤气管线沉降监测点，J1-3～J3-6为基坑周边建筑物沉降监测点。

图6 部分基坑监测点平面布置Fig.6 Plane Layout of Some Foundation Pit Monitoring Points

本工程1区先行施工。1区施工期间基坑南侧邻近中山南二路及东侧邻近东亚大厦区域围护体侧移如图7所示，基坑施工期间东亚大厦沉降如图8所示。1区第2道支撑施工完成后围护体最大位移约20 mm，底板施工完成后围护体最大位移约40 mm，第2道支撑施工完成至底板施工完成期间围护体最大变形增加约20 mm；施工期间东亚大厦最大沉降变形约6 mm，差异沉降约1 mm；根据监测结果可知，施工期间围护体及周边建筑物变形均在控制范围内，有效地保证了周边环境的安全。

图7 1区围护体侧移Fig.7 Displacement of Envelop Enclosure of Partitioning 1

图8 1区施工期间东亚大厦沉降Fig.8 Settlement of East Asian Building During Construction of Partitioning 1

待1区地下室顶板及结构楼板缺失处换撑完成后，2区基坑开始施工。2区施工期间围护体侧移如图9所示，基坑施工期间小白楼沉降如图10所示，体育馆沉降如图11所示。2区底板施工完成后围护体最大位移约25 mm，第2皮土方开挖完成至底板施工完成期间围护体变形最大增加约15 mm；施工期间小白楼最大沉降变形约35 cm，差异沉降约10 cm；体育馆最大沉降约8 mm，最大差异沉降约2 mm；施工期间围护体及周边建筑物变形均在控制范围内；考虑到小白楼位于2区基坑中部，位置特殊，围护施工、基坑降水、土方开挖等对其周边土体扰动较大，均会导致小白楼整体产生较大变形，整体而言小白楼沉降虽然较大，但差异沉降处于允许范围内，因此本工程采取措施有效地保证了小白楼的安全，对类似工程具有重要参考意义。

图9 2区围护体侧移Fig.9 Displacement of Envelop Enclosure of Partitioning 2

图10 2区施工期间小白楼沉降Fig.10 Settlement of White Building During Construction of Partitioning 2

图11 2区施工期间体育馆沉降Fig.11 Settlement of Stadium During Construction of Partitioning 2

1，2区施工期间基坑南侧煤气管线沉降变形如图12所示。从图12可知：整个施工期间煤气管线最大沉降约60 mm，1区施工期间煤气管线沉降变化最大(约45 mm)，2区施工期间煤气管线沉降变化较小(约15 mm)；M2～M15距离1区基坑较近，因此1区开挖对其影响较大。

图12 1区及2区施工期间煤气管线沉降Fig.12 Settlement of Pipeline During Construction of Partitioning 1 and Partitioning 2

待1，2区施工完毕后，施工5，6区。5，6区施工期间围护体侧移如图13所示。5区底板施工完成后，围护体最大变形约20 mm；6区底板施工完成后围护体最大变形约20 mm，围护体变形均在控制范围内。比较图13(a)，(b)可知，虽然5，6区挖深相近，且最大位移相同，但围护体变形模式略有不同，原因在于5区围护体采用钻孔灌注桩，围护体刚度较大，受力变形时同时发生绕顶端支撑点的转动及围护体挠曲；6区采用SMW工法桩，围护体刚度较弱，围护体受力变形时主要发生挠曲变形。

图13 5区及6区围护体侧移Fig.13 Displacement of Envelop Enclosure of Partitioning 5 and Partitioning 6

待5，6区地下室顶板及结构楼板缺失处换撑完成后，最后施工邻近地铁的3，4，7区。3，4，7区施工期间围护体侧移如图14所示，可知围护体变形均在控制范围内。3区底板施工完成后围护体最大侧移约10 mm；4区施工期间围护体最大侧移约10 mm，施工期间邻近漕溪北路及地铁1号线部分围护体侧移(CX4-6，CX4-9)明显大于非邻近(CX4-1)部分，说明邻近道路交通荷载对围护体存在不利影响；7区施工期间围护体最大位移约20 mm。从监测结果可知，CX7-7监测点位于该分区的中间位置，围护体变形也较大，符合基坑卸荷的空间效应。

图14 3区、4区及7区围护体侧移Fig.14 Displacement of Envelop Enclosure of Partitioning 3, Partitioning 4 and Partitioning 7

基坑西南侧电缆隧道靠近3，4区，施工期间电力隧道沉降如图15所示。3区施工期间电缆隧道最大沉降约50 mm，底板施工完成前，电缆隧道沉降约40 mm，底板施工完成后电缆隧道沉降变化趋于稳定；4区施工期间电缆隧道最大沉降约25 mm，底板施工完成前，电缆隧道沉降约20 mm，底板施工完成后电缆隧道沉降变化趋于稳定。

图15 施工期间电缆隧道沉降Fig.15 Settlement of Cable Tunnel During Construction

3区施工期间上体馆主变站沉降结果如图16所示。3区开挖至底板施工完成，上体馆主变站沉降增加约4 mm，差异沉降小于1 mm，本工程采取措施有效保证了施工期间上体馆主变站的正常运营。

图16 3区施工期间上体馆主变站沉降Fig.16 Settlement of Substation During Partitioning 3 Construction

总体而言，3，4区施工期间上体馆主变站和电缆隧道虽发生一定沉降变形，但变形均处在可控范围内，远小于上海申通地铁对沉降控制的要求，确保了整个地铁系统的正常运营。

6 结 语

上海徐家汇体育公园项目为复杂环境下的超大面积基坑，周边围绕着正在运营的地铁1号线、4号线和11号线及地铁车站出入口，同时邻近既有体育场馆、“孤岛式”保留建筑、市政道路及高架桥等，保护要求非常高。基坑支护结构设计充分考虑基坑特点，结合建筑功能、基坑挖深和环境保护要求，采用“分区顺作+板式支护+多道支撑+合理换撑”的支护设计方案。为了减少大范围土体卸载对周边环境的影响，采用多项技术措施相结合。最终结果表明，本基坑开挖引起的地铁车站、隧道及建筑物的变形均得到了有效控制，解决了周边环境影响问题，为相关工程提供了有价值的参考借鉴。