复杂环境条件下坑中坑快速施工方案的优化及其对已建结构保护技术研究

上海鼎通房地产开发有限公司 上海 200020

0 前言

超深轨道交通车站围护模式的建设要突破原有独立车站的狭长基坑以单向对撑为主的围护模式，在充分考虑地铁车站的功能和超深车站施工特点的基础上，研究适应基坑群与轨交共建的新的支撑体系。

同时，通过研究解决轨道交通建设与地下空间及整个地块开发在工序、流程、进度上的矛盾。在兼顾2 种不同类型的项目的各自建设特点的基础上，寻求基坑群与车站建设上的统一，在结构受力、建筑功能与防水等方面开展研究，从而建立基坑群与轨交共建建造的施工组织技术体系。

1 工程概况

上海轨道交通9号线二期打浦桥站的基坑工程与上海黄浦区第55街坊工程2 个项目的设计施工紧密结合，工程总占地面积约为44 000 m2，建筑总面积约为31万 m2，上部建筑包括1 座高139 m和2 座高99 m的办公楼、地下2层到地上5层为商业裙房、地下3层为地下车库，地下4层局部与上海轨道交通9号线打浦桥站地下车站连通用作站台层。

2 工程原施工方案

在充分考虑了轨交9号线盾构施工和铺轨时间节点的具体要求后，经上海申通公司（轨道交通主管部门）及项目公司在工程前期多次筹划后，确定了整个大基坑开挖围护方案。

将工程划分2 段，先施工轨道交通地下站东西端头井及建筑裙房基坑，再对大基坑及车站中间段同时开挖。为保证在指定工期前完成车站结构，再将用于地铁分隔的地下连续墙升至大基坑第3道支撑下，在大基坑开挖并施工第3道支撑后，跟进开挖地下站基坑中间段，待地下车站结构完成后，再继续开挖施工建筑大基坑。具体施工流程见图1。

图1 原方案施工流程

3 优化后施工流程

根据工程进展即时的状况，原方案最大的不足，就是地下站铺轨时间可能延期。因此，在保证地铁施工进度节点的前提下，我们决定在大基坑围护施工已完毕的情况下，可选择先行完成大基坑的垫层，紧接着即开挖地下站部分。优化后施工流程见图2。

图2 优化后施工流程

优化后的施工工况大致可视为坑中坑施工，具体可分为以下5 种工况：

工况1：施工建筑大基坑及轨交地下站基坑的工程桩、地下连续墙、立柱桩及土体加固，开挖前做好预降水；

工况2：先开挖大基坑，逐层开挖施工4 道混凝土支撑及围檩，开挖到基坑底，浇筑垫层；

工况3：大基坑开始施工大底板；轨交地下站标准段基坑开始开挖，逐层安装支撑，之后施工轨交地下站底板；

工况4：施工地铁车站站台层时，将其顶板与大基坑底板相连接；

工况5：依次施工大基坑地下B3、B2、B1、B0层板。

4 施工节点调整与保证工期措施[1]

该调整方案仅调整基坑开挖顺序，不影响地铁车站内结构建筑设计，不影响区间盾构施工。整个车站结构完成时间提前，可满足铺轨时间进度要求。为确保该节点完成，还采取了如下保证措施。

4.1 保证基坑开挖开始时间的措施

取消了多个独立的深坑加固及夹心加固，采用其他施工措施替代；优化了桩及土体加固收尾工序；一部分土体加固和深井在完成支撑后再施工。

4.2 保证开挖进度的措施

根据本工程第3道支撑以上平均每天3 000 m3以上的出土要求，设计了与之对应的17 000 m2的栈桥。并开设5 扇可以出土的大门，如夜间出土不能满足要求，则白天出土补足。挖土流程、机械安排尽最大可能进行优化。

4.3 轨交地下站结构施工进度控制

根据已完成轨交东端头井地下4层施工经验，完成地下车站结构施工工期把握很大，只要把劳动力安排和机械优先满足就可以完成，届时还可在裙房基坑搭设可住600 人以上的宿舍，确保整个结构阶段劳动力有保证。

5 优化方案的优势[2-5]

施工方案进行优化后，在不影响周边环境的情况下，比原方案更加节约了成本，并且加快了工程进度。通过专家评审，该 优化方案相比原方案具有以下三方面优势。

5.1 工期优势

可以减少约3 个半月的大基坑施工等待时间，使大基坑完成时间提前，轨交地下站结构全面完成时间也能提前45 d左右。只要满足地铁铺轨时间节点，调整后的几个方案都是常规坑中坑施工方案，完成计划把握最大。

5.2 节约资源

可以避免夹心土体的加固、厚300 mm混凝土垫层的施工等，可以节约大量资源。因为这些措施本来仅是为可能的停工而设置的。

5.3 环境保护

在大基坑围护方案专家评审会议上，各位专家都认为原方案中有一段长达数月的停工时间将对周边安全带来隐患，因为大基坑周边有大量老式居民住宅，人行天桥，众多管线，产生位移不可避免。而且基坑面积达40 000 m2，对自身的安全也影响很大，不宜长期停工。

6 快速施工阶段对已建结构的影响及其保护措施[6-8]

6.1 挖土时对车站已建结构的保护

本工程占地面积大，2 个基坑一体化设计施工，施工时遂采用平面分区法，将平面基坑按要求分成几个区域，分期进行施工。其中地铁车站所属的东、西2 个端头井先行独立施工，以保证盾构施工的时间节点。

轨交地下站基坑位于综合体基坑内部，在大基坑开挖前即已先行施工东、西2 个端头井结构，大基坑的两侧开挖深度为17 m，已完成的地铁结构受到的侧向土体压力是非常巨大的。

在进行大基坑挖土及混凝土支撑施工时，为防止两侧已建地铁车站结构产生位移、变形和不均匀沉降等影响，需做相应的保护措施。

首先，大基坑开挖及支撑的施工应遵循分区、分块、对称、平衡的原则，基坑的水平支撑应确保快速完成，从而起到保护邻近建筑的目的。

此外，在已完成的结构上布置监测点，在整个基坑开挖施工过程中对各结构体进行实时检测，重点检测围护墙、结构楼板的平面位移、不均匀的沉降或隆起等。

6.2 施工机械选择

对复杂的大型基坑挖土施工来说，挖土机械的合理选择和配置直接关系到挖土的速度，也直接影响到基坑自身的安全。若挖土速度慢，支撑形成的时间就慢，无支撑暴露的时间就长，基坑的变形会随时间的增长而变大。同时由于受支撑及栈桥布置形式的影响，挖土机械的选择还必须根据工程实际，进行必要的技术经济比较后综合确定。

为了确保机械化挖土的顺利实施，我们经多次调查后，最终确定：每个取土点配备1 台1 m3长臂挖机和2 台0.25 m3小挖机。长臂挖机位于栈桥之上，先由2 台小型挖机下到坑内支撑下进行掏土，并将土驳运至取土点堆成堆，再由长臂挖机取土后直接装车；挖最后一层土时将长臂挖机换为抓斗挖机。对盆边土挖土时采用对撑抽条，分区分块施工。

6.3 基坑开挖的技术要求

基坑开挖应注意按照总体原则进行施工，以及做好相应的降水工作。

（a）大基坑开挖时应按“分层、分区、分块”的原则，利用土体的“时空效应”原理，限时、对称、平行开挖。

（b）土方开挖前做好预降水工作，确保坑内水位降到挖土面以下1 m，并待地下连续墙及墙顶混凝土围檩达到设计强度后才可开挖。

（c）地铁围护墙边土体必须采用对称抽条的方式进行，盆边土留坡宽度20 m。针对地铁端头井须平衡受力，以保证地铁车站及基坑周边安全，我们在盆边土开挖及支撑形成次序上也作出严格规定，并要求分块挖土及支撑总时间须在24 h内完成。

（d）挖土分区及分块的要求：按先挖盆心土再挖盆边土的原则进行坑内挖土，盆边土留土宽度20 m，进行对称、抽条开挖，分块原则见图3。

6.4 信息化施工

本工程基坑开挖的安全等级为一级，因此开挖过程中基坑变形、环境变化的把握应全面满足一级控制保护要求。

在基坑开挖段整个开挖施工中，我们通过与工程监测单位的配合，随基坑开挖及支撑施工跟进监测，通过监测数据及时、准确地了解实际情况，以信息化指导施工，确保在整个施工过程中基坑围护、支护体系和地下管线、周边道路及周边建筑物的安全，使整个地下基坑施工得以顺利进行。

图3 挖土分区

根据以往的施工经验，基坑开挖影响范围一般在1.5 倍开挖深度，在该范围内的构筑物、市政设施和道路管线均应是重点观察和保护对象。对市政管线的保护措施主要是观察监测，若发现有超过警戒值或其他异常情况时，采取暴露管线悬吊及跟踪注浆等方式，此外也可采取分层注浆的方法将管线下方沉陷的地基控制在安全范围内。

7 结语

复杂环境下的坑中坑快速施工及其对已建结构的保护技术研究，是建筑基坑与地下工程共建组合群坑工程中的一次技术创新。本工程在不影响环境的基础上加快了工程进度，保证了工期。为未来与地下工程共建组合群的施工提供了可资借鉴的经验。