大型综合体深基坑分期开挖关键技术

孙浩林

(中铁十一局集团有限公司 湖北武汉 430061）

1 工程背景

武汉市轨道交通2号线南延线工程同步建设光谷广场综合体配套工程，该综合体位于武汉东湖高新区既有光谷广场下方，设计有3条地铁线路(2、9、11号线）和2条市政通道(珞喻路市政隧道、鲁磨路市政隧道），是集轨道交通工程、市政工程、地下公共空间于一体的综合项目，见图1。工程采用地下三层多跨框架结构，覆土1.0～1.7 m。地下一层底板埋深约14 m，地下二层底板埋深约21 m，局部地下三层11号线底板埋深约34 m，工程采用钻孔灌注桩支护，明挖法施工，明挖基坑直径200 m[1]。

本工程5线相互交叉分隔，立体关系复杂；同时，工程规模大，现状地面交通量大，地下管线繁多复杂[2]。如何保证该大型综合体工程多层深基坑开挖过程中的支护结构稳定、地表建筑物沉降安全、既有枢纽交通不中断、地下复杂管线迁改、市区施工环保要求达标并提升工效，是本工程要解决的重大难题。

图1 光谷广场综合体工程各线路位置平面图

2 分期分区原则

支护稳定:降低200 m直径大型基坑一次开挖支护风险，同时保证综合体多作业面施工，满足工期要求。在保证不出现失稳的条件下，控制位移量满足规范要求，不影响周边建筑物的安全使用。

场地布置:合理紧凑，尽量减少施工用地，利于现场施工作业，方便材料堆放加工，并满足各子项目交叉作业。

交通分流:以满足周边区域内的生产生活、保障综合体工程施工顺利进行，行人与非机动车和公交车辆优先通行，坚持“占一还一”诱导为主，管制为辅兼顾科学性和可行性原则[3]。

管线迁改:在不影响市民正常生活的情况下，安全、高效且保质保量地完成管线迁改工作；先采取临时迁改方式，待主体结构完成后，再采用正式迁改方式进行管线迁改[4]。

统筹考虑:充分糅合现场环境因素与施工质量、安全、进度需求，合理划分施工区块并在不中断交通前提下分期实施，并兼顾市区环保要求。

为此，在综合上述诸多条件后，将直径200 m的综合体工程基坑，按南、北、中分为三个区，先中区后南北区实施。圆盘中区施工，利用南北区提供施工场地，同样，南北区施工时，利用已完成中区顶板做临时场地，解决了场地紧张问题。同时，将综合体工程多维接驳接口(下沉庭院出入口及既有车站连接通道、市政隧道对接段）根据结构形式分期实施[5]。

最终确定，分期分区实施步骤如下(见图2）:

一期基坑分为广场中区(1-A）、广场东区(1-B）、明挖区间(1-C）、珞瑜路站(1-D）、广场西区(1-E），均为地下二～三层。

二期基坑分为广场北区(2-A）、广场南区(2-B）、珞瑜路通道西段(2-C）、珞瑜路通道段(2-D），均为地下一层。

三期基坑为11号线南端头(3-A）、鲁磨路通道及9号线北段(3-B）、鲁磨路通道及9号线南段(3-C）。

四期基坑为广场西侧公共(4-A）及其他附属风亭、出口。

图2 分期分区示意

3 关键技术

3.1 多层深基坑分期分区可视化交底

由于光谷广场综合体多条线路立体交叉、结构空间层次复杂，每个视角看到的车站结构都大不相同。为此，通过组合施工组织方案，利用BIM技术制作三维立体模型，将现场施工的每道工序衔接通过BIM技术逐一推演，提前模拟了综合体工程的围护结构施工、土方开挖运输等施工动态，更好地指导了现场施工，见图3。而且，在面对地下繁复的管线迁改难题，提前建立三维管线模型，进行了现状管网的可视化交底及搬迁模拟，及新建管网的虚拟布管和设计优化，并结合物探技术，有效地解决了在建设过程中的复杂管线迁改问题，节省了施工成本和工期[6]。

图3 利用BIM技术进行中区支护可视化交底

3.2 多层深基坑围护桩干法灌注技术

针对多层深基坑围护桩结构施工，围护桩桩身上部采用旋挖钻机干法缓慢钻进成孔并挤密孔壁，利用土体自稳性保持孔壁的稳定，以穿过桩身上部裂隙、虫孔、湿陷发育区，进入桩身下部易塌区后采用泥浆静态护壁，并钻进至孔底。而后，采用机械连接快速安装钢筋笼和大直径导管，吹底翻渣使孔底沉渣悬浮于泥浆中，注浆稀释泥浆，大埋深快速灌注桩身混凝土完成围护桩施工。

3.3 多层深基坑抗不平衡支护技术

一期支护中的圆盘中区地下二层大基坑深约21 m，局部地下三层11号线基坑深约32.8 m，以坑中坑的形式施工。施工地下三层11号线32.8 m深基坑时，基坑左侧壁深32.8 m，右侧壁深11.8 m，基坑支护中存在极大的不平衡力。通过在三层基坑右侧支护桩后留土堆载，来平衡基坑另一侧支护不平衡土压力[7]，并在三层基坑底部施加钢抛撑用来增加抗不平衡土压力，见图4。

图4 一期支护形式

二期支护中，中区结构已完成，南北区顶第一道支撑不能再支撑到中区分期分隔桩上，需通过中区结构顶部来传递荷载，为此，通过在中区顶板上设置支墩梁，并在支墩梁下方增设钢管临时支柱，将二期第一道支撑支顶在中区结构顶板上[8]。南北区基坑开挖时，依据开挖深度不断凿除分期分隔桩，提升作业空间，实现中区南北侧分隔桩一次性拆除，在保证了支护结构稳定的同时，大大提升了作业空间及效率，见图5。

图5 二期支护形式

3.4 连通接驳预留接口施工技术

光谷广场综合体工程包含3条地铁线路，2条公路隧道，1条非机动车地下过街环道，以及综合利用隧道上部空间设计的地下公共空间工程，建成后各类入出口共计16个，充分保障了各型交通在这个国家级高新区交通节点的顺利通行。针对该地下大空间多维接驳接口施工，通过设置φ1 200@1 500 mm钻孔桩围护+浅层填土φ800 mm旋喷桩桩间止水，形成分期界面。施工至下期内容时，通过对称拆除分期界面两侧支撑，来保证分期实施的基坑稳定[9]。

3.5 围护支撑微差延期爆破拆除技术

主体结构的混凝土强度达到换撑要求时，采用“逐层分区爆破拆除”方案，将每一层内支撑划分为若干区域，依次自下至上逐层爆破拆除支撑梁。分次爆破、区域划分应考虑深基坑围护体系的时空效应，并考虑总体施工进度计划。每一区域的爆破拆除顺序为:切断支撑与围檩的接点→支撑梁→围檩的施工顺序，栈桥板在爆破前先用机械破除，然后再进行爆破施工。采用孔内高段别导爆管雷管，孔外低段别导爆管雷管接力的起爆网路。距离周边楼房、道路和管线较近的围檩及支撑采用松动爆破，爆破后采用风镐处理。在第2～4层支撑梁爆破时，在爆区上方的第1层支撑梁上均匀布设钢管架，上方铺设1层竹跳板，再铺设1～2层密目安全网。基坑中部空洞部分上方挂设1～2层密目安全网，支撑梁外沿挂设胶皮帘，形成全封闭防护[10-11]。同时，通过控制爆破药量、堵塞质量及支撑梁设置水袋、塔吊喷淋等措施，可有效降低爆破粉尘对周边环境的污染。该技术，爆破震动持续时间短、噪声小、扬尘少，无沉降及水平位移，效果非常明显，见图6。

图6 内支撑爆破拆除效果

4 结论

目前，光谷综合体地铁2号线南延线珞雄路站、光谷广场站至珞雄路站区间及配套商业区、珞喻路下穿市政通道已建成投入使用。

建设过程中，通过应用BIM技术，解决综合体下方复杂管线迁移难题，同时实现了基坑开挖的可视化交底；采用旋挖钻干法灌注技术，解决了维护桩量大带来的泥浆排放、水污染等环境问题；中区采用一侧留土堆载抵抗不平衡土压力，南北区采用支墩梁传递水平荷载至既有结构等措施，解决了多层深基坑分期分区开挖时的不平衡土压力难题；通过设置φ1 200@1 500 mm钻孔桩围护+浅层填土φ800 mm旋喷桩桩间止水，形成分期界面，并且对称拆除分期截面两侧支撑，来保证分期实施的基坑稳定，最终完成了该大型综合体工程的建设。

通过上述关键技术的应用，显著减少了基坑工程施工灾害损失，并减少施工工序，降低了基坑开挖对周边建(构）筑物的影响而造成的加固成本，产生了良好的经济效益。同时，也为今后城市地下交通枢纽综合体设计及施工积累了丰富经验，为今后城市地下立体多元化交通建设发展奠定了基础[12]，为城市地下空间开发提供了实践依据，社会效益显著。