复杂环境条件下的群坑开挖技术与基坑变形分析

凌 晨

1. 上海建工二建集团有限公司 上海 200080；2. 上海建筑工程逆作法工程技术研究中心 上海 200080

1 研究方向

随着城市功能的扩展、轨道交通的迅速发展、中心城区用地逐渐减少，组合多种城市功能的区域性超大型基坑越来越多，且这些基坑往往与轨交基坑伴生或上下套叠。基坑开挖会导致地层移动，从而使得周边的建筑物以及地面道路发生附加变形，当附加变形过大时，会引起结构的开裂和破坏。群坑工程中此问题更加突出，因为不同部位基坑的开挖分别引起周边多层地层的移动，周边建（构）筑物、道路等要受到多次移动的叠加作用，这样开挖引起的环境耦合效应使得周边环境保护的问题更加突出。群坑的安全隐患主要存在于基坑内部后开挖基坑对先开挖基坑的内部环境的影响，以及两部分基坑共同对外部环境的影响。对内影响主要为对围护结构、支撑体系的影响，而对外影响主要为土体的沉降变形以及差异沉降对周边建（构）筑物的影响。通过对比分析，不难发现基坑及周边环境变形与群坑间距成反比，与基坑开挖深度成正比[1,2]。

2 工程介绍

2.1 工程一：上海自然博物馆综合体工程

2.1.1 工程概况

上海自然博物馆综合体工程包括自然博物馆工程、轨交13号线1期9标段自然博物馆站工程、静安60#地块工程3个大型工程。自然博物馆工程位于整个场区南侧，开挖面积约15 240 m2，最大开挖长度（南北向）为150 m，最大开挖宽度（东西向）为100 m，开挖深度为13 m。

周边建筑物离基坑最近处为10m，且存在大量地下管线，周边环境复杂。轨交13号线自然博物馆站南端头井嵌套于自然博物馆南侧外墙，即自然博物馆外墙在车站南端头井中穿越。该工程与轨交工程共建，轨交13号线自然博物馆站区间段在自然博物馆大基坑底板下方，南北向穿越。静安60#地块基坑与自然博物馆基坑仅隔着一条山海关路，间距在20～30 m之间。

2.1.2 围护概况

工程桩基均采用钻孔灌注桩，基坑围护采用厚1 000 mm、厚800 mm的“两墙合一”地下连续墙作为主体结构地下室外墙的一部分。工程局部围护墙边的加固采用φ850 mm的SMW三轴搅拌桩，局部深坑的加固采用高压旋喷桩，基坑支撑采用竖向4道钢筋混凝土支撑体系。

2.1.3 基坑施工流程

由于整个轨交区间基坑全部包含在自然博物馆工程的大基坑中，车站南段与自然博物馆同期施工，因此，相邻基坑施工需根据挖深及基坑面积等因素先后进行施工。根据现场实际施工情况，车站南段基坑与自然博物馆基坑围护体系可视为共坑开挖，按共坑同时进行支撑设置，2个基坑开挖时，需相对平衡地进行开挖，每层开挖的时间必须严格保持同步。同时，在车站南段与自然博物馆基坑开挖过程中，2个基坑之间的分隔地下连续墙随现场挖土进度同步进行凿除。位于自然博物馆下部的明挖区间待自然博物馆基坑挖至底板底后再进行支撑施工及挖土施工作业，与车站南段同步进行（图1）。

图1 上海自然博物馆群坑施工划分及施工顺序示意

2.2 工程二：上海外滩国际金融服务中心项目

2.2.1 工程概况

上海外滩国际金融服务中心项目位于黄浦区繁华地段，共有南、北2个地块，枫泾路将整个地块一分为二。总用地面积为45 471.90 m2，其中南区基坑总面积21 899 m2，总周长572 m。南区总建筑面积为279 000 m2。

工程四周以道路和历史建筑为主。道路下有较多的地下管线，基地红线距离周边道路、地下管线均较近。基地西侧为城隍庙老建筑，本工程基坑北侧与北地块基坑连通，基地东侧中山东二路下为外滩地下通道和地下空间。南、北区地块之间的间距为26 m（图2）。

图2 上海外滩国际金融服务中心项目平面示意

2.2.2 围护概况

工程采用顺作法施工。工程桩采用钻孔灌注桩，采用厚1 000 mm的“两墙合一”地下连续墙作为基坑围护体，地下连续墙两侧采用三轴水泥土搅拌桩进行槽壁加固，坑内被动区采用三轴水泥土搅拌桩加固。基坑大面挖深21.30 m，局部深坑达27 m，基坑内设置5道钢筋混凝土水平支撑体系。

2.2.3 基坑施工流程

整个项目南地块工程与北地块工程同步进行土方开挖，对人民路的交通将产生非常大的影响，两侧基坑同时进行土方开挖，对基坑也有不利影响。为确保基坑安全，平衡南、北基坑施工进度，应对南、北2个基坑工程做好施工协调，使南、北基坑施工进度不超过1层土方开挖。待南、北基坑地下结构完成后，再施工中间人行和车行通道。根据施工进度计划，南、北2个基坑同时进行土方开挖，预计高峰时段日均出土3 000 m3，整个工期非常紧，因此在施工过程中将与北区进行协调，合理出土并尽量往东门路出土，以保证基坑安全稳定[3-5]。

2.3 工程三：上海黄浦区596街坊商办用房项目

2.3.1 工程概况

上海黄浦区596街坊商办用房项目，工程总占地面积为118 66.70 m2。工程中部下方为轨交9号线区间隧道，南侧为复兴东路，道路下方为复兴东路隧道。S1-B、S2-B基坑边线距运营中的轨交9号线区间隧道约8 m，该隧道顶部埋深距地面25 m，φ6.50 m，且S1、S2两个基坑的连通道在隧道上方穿越。S2-A北侧距离复兴东路隧道约8 m，该隧道顶部埋深在26～31 m，φ11 m。工程共分为南、北4个基坑，南北两大基坑间距约36 m（图3）。

图3 上海市黄浦区596地块栈桥平面布置

2.3.2 围护概况

工程基坑分为S1和S2两个大基坑，采用明挖顺作法进行施工，待S1、S2基坑地下结构施工完成后进行2个连通道基坑的开挖。工程桩采用钻孔灌注桩，基坑采用“两墙合一”地下连续墙，地下连续墙成槽前采用三轴水泥土搅拌桩进行槽壁加固，连通道基坑周边围护体采用钻孔灌注桩结合外侧单排三轴水泥土搅拌桩止水帷幕。S1基坑普通区域挖深17.50 m，局部深坑挖深20.80 m；S2基坑普通区域挖深17.65 m，局部深坑挖深21.25 m。基坑内竖向设置5道支撑体系，第1道为混凝土支撑，第2～5道为钢支撑。

2.3.3 基坑施工流程

工程基坑分S1、S2两个基坑，以及东侧、西侧连通道。其中S1基坑面积约为4 600 m2，S2基坑面积约为3 200 m2，考虑到对轨交区间的保护，将S1基坑分为S1-A（面积3 690 m2）和S1-B（面积903 m2），S2基坑分为S2-A（面积2 244 m2）和S2-B（面积869 m2）。按照先大坑后小坑的顺序来实施，基坑施工先开挖S1-A区，第2道支撑全部形成并达到设计强度的80%后再开挖S2-A区；待S1-A和S2-A区地下室结构施工至±0.00 m后，再施工邻近轨交9号线和复兴东路隧道的S1-B、S2-B区。S1-B和S2-B区基坑开挖同样要求错开施工，即：待S1-B区第3道支撑全部形成后，再开挖S2-B区。S1和S2基坑地下结构施工完成后进行2个连通道基坑的开挖。

3 变形数据分析

3.1 上海自然博物馆综合体工程

地下连续墙墙体测斜：测点CX1有最大累计变化值，数值为29.46 mm。

地下连续墙墙体垂直水平位移：测点W1有最大累计变化值，数值为8.77 mm，其他测点累计变化值相对较小，没有突变情况。

坑外土体分层沉降管：测点TX10有最大累计变化值，数值为19.88 mm，其他测点累计变化值相对较小，无突变情况。基坑及周边管线测点布设如图4所示。

图4 上海自然博物馆基坑及周边管线测点布设

3.2 上海外滩国际金融服务中心项目

地下连续墙墙体测斜累计最大值在CX37点，累计位移为53.90 mm。处于中山东一路上的管线沉降测点DL26的累计最大值为45.40 mm。东门路侧大门口地表沉降点的累计最大值为64.00 mm（图5）。

图5 上海外滩金融中心部分监测点平面布置

3.3 上海黄浦区596街坊商办用房项目

地下连续墙墙体测斜累计最大值为24.13 m，土体沉降变形累计最大值为26.37 m，地表变形累计最大值为36.50 m，上水管线变形累计最大值为25.82 m，天桥沉降变形累计最大值为39.39 mm。

4 结语

基坑群与轨交共建等形式的复合群坑整合了整个城市地区的地下空间，使得各地下空间的功能和效用呈几何级数增长，带动了区域的协调发展。但由于工程本身无论是体量还是技术难度都是普通单坑工程无法比拟的，对基坑自身安全及对周边环境影响的控制也十分重要。通过对3个已成功实践项目的变形数据进行比较，发现群坑的间距、挖土深度与基坑变形量间存在着一定的关联性。当群坑间距越小、挖土深度越深，基坑变形量就越大；而当基坑间距达到挖土深度3倍及以上的坑距时，基坑围护的侧向变形、周边土体沉降、管线沉降等变化则较小，基坑变形较为稳定。通过土方开挖优化，辅以降水、监测控制，可确保群坑施工的安全。通过收集多个群坑工程的相关数据，对这一分析进行了很好的补充，为今后同类工程的发展建设提供了参考和借鉴[6,7]。