预留盾构穿越的非对称地下结构设计

华中良

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海 200092）

1 工程概况

东西通道工程是上海市CBD核心区井字形通道方案的重要组成部分，全长约7 km。轨道交通14号线是上海市轨道交通网络中一条重要的市区级线路。根据线路规划，14号线在陆家嘴东路与陆家嘴环路路口以东从北侧下方斜向穿入东西通道底板下，后与东西通道沿浦东大道共线前行，平面布置如图1所示。

图1 穿越节点平面布置图

东西通道为地下道路工程。根据线路设计方案，该穿越节点为长条形基坑，基坑宽度约26 m，开挖深度为15 m～18.8 m，长约120 m，为地下两层结构，采用明挖法施工。基坑两侧有若干幢多（高）层建筑物，现状地面下有给水、雨污水、信息、煤气等管线。待建轨道交通盾构区间隧道顶距东西通道结构底板底为2 m～3 m。

根据东西通道及轨道交通14号线实施计划，该节点东西通道先行实施，轨道交通盾构区间后期下方穿越。因此在保证东西通道基坑安全实施的同时，如何为盾构隧道后期穿越预留足够的实施条件，并且确保后期盾构穿越时东西通道结构的安全是必须面对的问题。

2 工程地质

拟建工程所在位置的土层依次为：①1层杂填土，系近期人工堆填，上部含碎砖、砾石、煤渣等杂物，下部则以粘性土为主；②1层褐黄～灰黄色粉质粘土，土质自上而下逐渐变软；③层灰色淤泥质粉质粘土，该层中夹有第③夹层粘质粉土分布；④层淤泥质粘土，呈流塑状态，夹少量薄层粉砂；⑤1层灰色粉质粘土，夹薄层粉砂，上部夹粘土，呈可塑～软塑状态；⑥层暗绿～草黄色粉质粘土，土质较好；⑦1层砂质粉土，局部为粉砂及少量薄层粘性土；⑦2层粉砂，局部以细砂为主。土层参数见表1所列。

表1 土层参数表

3 总体实施方案

上海地区的类似工程如轨道交通4号线宜山路站和复兴东路隧道浦西暗埋段均采用在穿越位置采用特殊幅地下墙，后期盾构机直接切削的方案。但在该工程中，由于轨道交通盾构区间与该工程基坑斜交角度大，因采用盾构机直接切削方案地下墙需与盾构机垂直，即需要扩大基坑的平面范围，势必造成地下空间资源的浪费，增加工程投资，同时存在盾构机因切削能力不足影响穿越的巨大风险。

考虑到盾构区间后期斜向穿越的要求，该工程在盾构斜向穿越侧采用了超短地下墙+SMW工法桩的围护结构，如图2所示。超短地下墙墙底距盾构隧道顶大于1 m。超短地下墙满足施工及使用阶段的受力要求（使用阶段与内衬共同受力），SMW工法桩插入较深，满足施工阶段的整体稳定、抗隆起等稳定性要求。SMW工法桩内插型钢在该工程基坑实施完毕后拔除，为盾构穿越预留条件。采用该方案，不仅避免了切割方案潜在的风险，且基坑平面范围无需扩大，开挖深度无需加深，节约了工程投资，降低了施工风险。

图2 工程实施方案的横剖面图

4 非对称围护结构分析

从图2可以看出，该工程一侧为常规深地下墙，另一侧为超短地下墙+SMW工法桩，围护结构为非对称结构。工法桩内插型钢内力是否满足要求？超短地下墙侧围护结构变形是否满足要求？本文对该非对称围护结构进行了详细分析。

选取基坑开挖深度为18.3 m处进行计算。基坑宽度为26 m。沿竖向设置四道支撑，第一、二、四道支撑为混凝土支撑，第三道为钢支撑。混凝土支撑截面尺寸分别为800 mm×800 mm、1000 mm×1000 mm、1200 mm×1200 mm，支撑水平间距为8 m。钢支撑为Φ609×16钢支撑，支撑水平间距为3 m。支撑竖向间距为 1.5 m、5 m、4.3 m、3.9 m、3.6 m。两侧地下墙厚均为1000 mm，深地墙长30 m，短地墙长20.5 m。工法桩直径为850 mm，满插700×300×13×24型钢，工法桩长30 m。

基坑开挖回筑过程采用增量法，按照“先变形，后支撑”的原则进行计算。超短地墙和SMW工法桩之间用只能受压的刚性杆件连接。计算结果如图3～图8所示。

上述内力计算结果均为标准值。

从上述计算结果可以得出以下几点结论：

图3 深墙弯矩包络图

图4 深墙水平位移包络图

图5 短墙弯矩包络图

图6 短墙水平位移包络图

图7 工法桩内插型钢弯矩包络图

图8 工法桩内插型钢剪力包络图

（1）深墙、短墙最大弯矩值均出现在拆第四道支撑工况，深墙最大弯矩值约为1300 kN·m，短墙最大弯矩值约为1200 kN·m，这是因为短墙侧围护结构为地墙+工法桩，工法桩承担部分荷载，所以短墙最大弯矩值略小于深墙。同样的原因，深墙最大水平位移（23 mm）略大于短墙（22 mm）。

（2）短墙由于坑底以下部分嵌入深度较浅，其水平位移的曲线形状与深墙不同。

（3）由于工法桩内插型钢的折算抗弯刚度仅为地墙的1/6.2，其承担的荷载较小，因此其弯矩、剪力值均较小。

（4）在短墙墙底位置，由于抗弯刚度突变，工法桩内插型钢的弯矩、剪力值均有突变现象。

5 其他措施

该工程还采取了若干措施以保证基坑的安全实施，并尽量减小后期盾构穿越对该工程结构的影响。

5.1 横向超短地下墙

该工程中除在盾构斜向穿越位置沿纵向采用了超短地下墙外，在坑底以下还沿基坑纵向间隔设置若干横向超短地下墙，其深度和纵向超短地下墙相同。横向超短地下墙可减小施工阶段围护结构的水平位移和坑外地面沉降，保证基坑的安全实施。

5.2 坑底加固

盾构斜向穿越位置坑底采用全断面旋喷桩加固。旋喷加固既可以减少基坑实施阶段坑底隆起量、围护结构的水平位移及坑外地面沉降，还可以改善坑底土体的性质，减小后期盾构穿越对该工程的影响。

5.3 预留注浆孔

在该工程结构底板内预埋注浆孔及沉降观测计，在使用阶段或盾构穿越时对结构进行监测，结构变形超过报警值时，及时注浆以保证结构安全。

5.4 非对称内部结构设计

从图2可以看出，该工程左右地下墙坑底以下长度相差较大，且墙底所在土层性质相差很大（盾构斜穿侧墙底位于④～⑤1层，非斜穿侧墙底位于⑦1～⑦2层），为非对称结构。为减小这种不对称给结构带来的不利影响，在满足管线埋深等要求的情况下适当抬高盾构斜穿侧顶板，并适当压低非穿越侧顶板。即减小盾构斜穿侧顶板上土的压重，增加非穿越侧顶板上土的压重。同时根据计算在盾构斜穿侧底板下设置桩基，保证结构的整体平衡。

6 结语

目前东西通道工程该节点已施工完毕，轨道交通盾构区间隧道尚未推进。该工程基坑实施时，安全稳定，围护结构受力、变形、地面沉降等各项监测数据均满足设计要求。采用超短地下墙+SMW工法桩的新方案避免了常规方案潜在的施工风险，降低了工程造价。可为类似工程提供参考。

[1]DG/TJ08-61-2010，基坑工程技术规范[S].

[2]陈鸿，冯云，季应伟.预留盾构穿越超短地下墙工法桩的围护结构[J].中国市政工程，2010，（增刊）.