上海外滩通道工程跨延安路隧道段深基坑设计方案分析

2011-10-30张英新上海市政工程设计研究总院集团有限公司上海200092

中国科技信息 2011年11期

张英新上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海 200092

张英新上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海 200092

上海外滩通道工程是近年来上海地区规模较大的地下工程，其中的跨延安路隧道段因与正常运行的延安路隧道距离较近，造成其深基坑工程设计施工要求高，难度大。本文对此深基坑设计方案及计算结果进行解析，证明本工程所采用设计方案的合理性及计算方法的有效性。

深基坑；隧道保护；基坑围护；基坑设计

1.工程概况

外滩通道工程位于黄浦区、虹口区，是上海中心城区规划的三条南北向主干道之一的东线重要组成部分，为双向四～六车道地下通道，总体呈南北走向，全长3720m。

本次深基坑设计范围为外滩通道跨延安路隧道段，本段外滩通道结构形式为上下双层单跨钢筋混凝土箱涵结构，基坑宽度约为11m，长约76m，深度约为10.0～10.7m。

通道下方为延安路南北线隧道，穿越黄浦江的圆形隧道长1470m，与外滩通道相交的延安路隧道盾构顶标高分别为-14.1m，-12.3m，距外滩通道基坑底距离分别为6.99m，5.24m。

2.工程地质与水文地质

拟建工程沿线场地属长江三角洲下游滨海平原地貌，沿线场地标高范围内土层由第四系全新统至上更新统沉积地层组成。各土层均符合上海地区典型的土性特征，在此不进行详细描述。

3.基坑围护设计

3.1 设计原则与标准

3.1.1 设计原则

（1）根据周围环境条件、基坑开挖深度、工程地质及水文地质条件、支护结构的功能等确定基坑工程等级，采用合理的支护体系。

（2）基坑支护结构的选型根据基坑深度、环境要求、工程地质、场地条件及结构类型等综合确定，力求做到技术成熟、施工安全、经济合理、方便施工。

（3）基坑支护结构设计根据采用的施工方法、结构受力特点，选择合理的结构模型及计算方法，模拟实际施工过程，分施工阶段、使用阶段按最不利荷载组合对支护结构进行稳定性、承载能力、变形、抗裂等方面的计算和验算。

3.1.2 设计标准

本次设计范围基坑深度10.0～10.7m，下方延安路隧道距基坑底部5～7m，东侧天文台距基坑边约8m，基坑保护等级确定为一级，周边地面沉降＜0.1%H，围护结构水平位移＜0.14%H（H为基坑开挖深度）。

3.2 围护结构设计方案

3.2.1 施工分区

为保护延安路隧道，本段基坑采用划大为小的原则，将通道基坑分为五个施工区，由南向北分别为4A、4B1、4B2、4B3、4B4，其中延安东路隧道南线、北线分别位于4B1、4B3区，施工顺序筹划为4B2→4A→4B4→4B1→4B3。设计要求在上期基坑内部结构施工完成后，方可进行下期基坑的开挖。本工程设计中，重点难点为4B1、4B2、4B3区。4B1长约20m，4B2长约36m，4B3长约20m，各分区间采用Φ800@950钻孔灌注桩+双排Φ 650@450三轴搅拌桩隔断墙。

图1 施工分区及延安路隧道平面位置示意图

3.2.2 围护结构方案

本段基坑采用明挖顺做施工。围护结构形式经对地下连续墙、钻孔灌注桩＋搅拌桩截水帷幕、SMW工法桩、钻孔咬合桩围护等多种方式综合比较认为：地下连续墙因分幅较宽，难以与圆形隧道顶形成较好吻合，不能尽快加大围护结构插入深度，且施工对地层扰动大，对保护延安路隧道不利； SMW 工法桩围护结构刚度小，不易达到基坑保护等级一级要求；钻孔咬合桩对工艺要求高，其施工质量受施工机具与工艺水平影响较大，在本段地层条件较复杂的情况下不宜采用；最终采用钻孔灌注桩＋三轴搅拌桩截水帷幕方案。

本工程围护采用Φ 800@950钻孔灌注桩+双排Φ 650@450三轴搅拌桩，钻孔桩桩顶设置钢筋混凝土圈梁，基坑内部竖向设置一道800×800钢筋砼支撑及二道φ 609、t=16mm钢管支撑，砼支撑水平间距约6～7m，钢管支撑水平间距约3.6m，围囹体系采用双拼H400×400×13×21型钢，止水帷幕采用双排Φ 650三轴搅拌桩。

受基坑下延安路隧道的限制，南北线隧道上方围护结构底部设于延安路隧道顶0.5m，桩底位于④层灰色淤泥质黏土及⑤1层灰色黏土中，插入比小于0.5。隧道范围外围护桩桩底标高-17.00，位于⑤3层灰绿色粉质黏土中，围护桩入土比大于1.0。

为减少相邻基坑开挖对延安路隧道的影响，各分区间隔断桩桩底位于延安路隧道底以下2.5～3.5m，底标高-27.00m，并为满足隧道上方通道抗浮要求，在隔断桩内部分加长至-40.00m。

围护结构典型断面见图2。

图2 基坑支护结构典型断面图

3.2.3 支撑设置与拆除本段基坑内部设置三道支撑，第一道采用钢筋混凝土支撑，其余均为φ609钢管支撑，以加快基坑施工速度。第一道支撑位于地面下1.0m，第二道支撑距第一道支撑2.9～3.5m，第三道支撑距基坑底约3m。

本段支撑拆除工况为：底板浇筑并达到设计强度后，拆除第三道钢支撑；浇筑中板及侧墙，待其达到设计强度后拆除第二道钢支撑；浇注侧墙至第一道钢筋混凝土支撑下后，设置一道换撑，拆除第一道支撑并浇筑顶板，待顶板达到设计强度后，拆除换撑。

4.基坑围护结构计算

4.1 计算模型

围护结构的计算沿基坑纵向取单位长度，采用竖向弹性地基梁杆系有限元法进行受力分析，并考虑基坑开挖、支撑安装、主体结构砼浇筑等施工过程的特点，按“先变形、后支撑”的原则模拟实际施工工况，分步进行计算分析。

本段基坑变形保护等级为一级，基坑深度10～11m，选取延安东路隧道北线上方断面及两隧道间断面进行支护结构计算。

（1）北线上方断面

最终计算结果：钻孔灌注桩最大弯矩322.4kN*m，最大剪力181.1kN，满足强度要求；钢支撑最大轴力1300kN，满足强度与稳定性要求；围护结构水平位移为13.6mm＜0.14%×10.14m＝14.2mm，基坑周边地表最大沉降8.2mm＜0.1%×10.14mm=10.14mm，满足一级变形保护等级要求。

本段基坑围护结构各项稳定性系数如下：

整体稳定性验算： Kz=1.57＞1.25

抗隆起稳定性验算：Kl=2.57＞2.5

墙底地基承载力验算：Kwz=2.72＞2.5

带支撑抗倾覆验算：KQ=2.71＞1.2

抗承压水稳定验算：Ky=1.45＞1.05（按揭示土层及最高水位）

各项稳定性满足规范要求。

(2) 两隧道间断面

最终计算结果：钻孔灌注桩最大弯矩318.6kN*m，最大剪力237.6kN，满足强度要求；钢支撑最大轴力1185kN，满足强度与稳定性要求；围护结构水平位移为12.1mm＜0.14%×10.03m＝14.0mm，基坑周边地表最大沉降9mm＜0.1%×10.03m＝10.03mm，满足一级变形保护等级要求。

本段基坑围护结构各项稳定性系数如下：

整体稳定性验算：Kz=1.49＞1.25

抗隆起稳定性验算：Kl=2.52＞2.5

墙底地基承载力验算：Kwz=2.51＞2.5

带支撑抗倾覆验算：KQ=2.8＞1.2

抗承压水稳定验算：Ky=1.45＞1.05（按最高水位）

各项稳定性满足规范要求。