城市狭窄空间复杂条件下的深基坑施工技术研究

朱 健

中铁建工集团有限公司 上海 200331

城市狭窄空间内的深基坑工程施工因其特殊的地理位置和复杂的地质条件，无一不面临着外部交通协调、周边建筑变形稳定监控、内部狭窄空间合理布局和整体基坑支护围护体系方案选择等众多难题。因此，如何实现上述问题的统一协调就显得尤其重要。

本文通过对新建南昌铁路调度所基坑工程中所采用的狭窄空间复杂深基坑快速施工技术、BIM基坑工程信息化和超深砂性土层止降水技术等进行的研究总结，在确保复杂深基坑安全的前提下，实现质量、安全、成本、进度的协调管控，达到高效优质施工的目标[1-3]。

基坑北侧为南昌局集团公司科技楼、新天地宾馆（17层，桩基础），距基坑围护结构最近距离4.5 m，基坑边存在大量铁路通信、信号电缆以及给排水等管线；基坑南侧为6层砖混结构居民住宅楼；东侧为老城区进入南昌火车站主干道的二七南路；西侧为4层浅基础砖混结构幼儿园，距基坑围护最近处仅为1.7 m，基坑开挖对其变形影响较大，开挖前对其进行了安全评估（图1）。

图1 基坑周边环境示意

1 工程概况

中国铁路总公司南昌局集团公司新建铁路调度所工程位于南昌市二七南路南昌局集团公司大院内，工程占地面积7 047 m2，地上9层，地下2层（局部3层），总建筑面积28 619.2 m2，基坑工程属于一级深基坑，开挖深度14.1 m，局部开挖深度16.4 m，基坑面积5 240 m2。

基坑围护采用外围三轴搅拌桩止水帷幕止水，内侧钻孔灌注围护桩结合＋2道混凝土内支撑方案，止水帷幕采用φ850 mm@600 mm三轴搅拌桩，围护桩采用φ1 000 mm@1 200 mm钻孔灌注桩，标高－1.9 m处设1道围檩，围檩尺寸1 200 mm×600 mm；标高－9.0 m处设置第2道钢筋混凝土内支撑，第2道混凝土支撑通过1 200 mm×800 mm腰梁与围护桩连接。

2 关键技术

2.1 狭窄空间复杂深基坑快速施工技术

2.1.1 基坑围护设计优化

1）在基坑北侧，利用原设计基坑围护桩、内支撑梁以及格构柱，在其之上增加梁板式栈桥，利用栈桥作为基坑施工阶段土方开挖收口、结构混凝土浇筑汽车泵停靠点、材料转运平台以及周边建筑消防通道。

2）将原设计第2道支撑及腰梁整体上调30 cm（调整后支撑梁底标高－9.1 m），使得配套停车库区域地下3层顶板施工时，无须拆除第2道支撑，延长第2道支撑作业时间，减少基坑及周边建筑变形。

2.1.2 方案优化

1）平面布置优化。在基坑围护、土方开挖、内支撑施工、结构底板和地下结构施工阶段，提前策划平面布置，实现不同施工阶段、不同工况平面布局的无缝衔接，保证现场安全文明施工和实现快速施工。

2）土方开挖优化。利用BIM技术对土方开挖流程进行施工模拟，确定土方开挖总体思路：基坑土方开挖采取先表层土开挖→抽槽施工第1道支撑→2层土方开挖（南、北两侧设置2个出土口，出土口处预留土平台用于渣土车回转，东西两侧向堆土平台倒土）→抽槽施工第2道支撑→3层土方开挖（从南侧向北侧整体倒土）。

3）基础及地下室结构立体跳仓施工。本工程地下室底板及地下室结构原设计通过沉降后浇带和温度后浇带分为A、B、C、D共4个区（图2），4个区两两相连，只能流水施工，施工周期较长，无法达到快速施工的目的，底板长期无法快速封闭，对深基坑变形影响较大。

通过对整体施工区域分隔优化，将原设计温度后浇带调整为加强带，沉降后浇带拉直，将原设计D区通过施工缝加强带分为D、F共2个区，从而将整个基础底板分为5个区（图3）。根据本工程关键线路安排，配套区域的2个区A、B为地下3层，主楼区域的3个区C、D、F为地下2层。底板结构施工时先施工B区，后同时施工A区、C区；接着再施工D区，最后施工F区。

底板结构施工完成后，根据工程总体施工部署和施工关键线路，需保证主楼区域尽快出±0 m，故将主楼分为Ⅰ、Ⅱ共2个区，通过增加施工缝，先施工支撑梁不影响的区域，再利用拆撑的时间差进行整个地下室结构的立体跳仓施工。

图2 原设计基础底板分区

图3 调整后基础底板分区

2.2 深基坑BIM信息化施工技术

2.2.1 基坑监测信息实时查看

传统基坑监测信息需每天由专人收集、整理分析，基坑监测是一个动态的过程，随着基坑工程的施工，监测信息各项数据的分析、对比工作日趋繁重。通过BIM信息化技术，将监测信息与深基坑模型进行关联，在Revit软件中于围护桩、支撑梁、坑外土体等构件的对象特性中附加额外基坑监测信息，将基坑监测信息与基坑BIM模型进行关联，实现基坑监测与模型工况同步。另外还可实现现场各方对基坑监测数据的共享，实时查看基坑监测数据，并且方便现场施工人员快速、准确地找出应力、变形速率变化和累计变化最大点。

2.2.2 进度管控

将Project横道图导入至Navisworks基坑BIM模型中，实现进度计划与BIM模型双向关联，生成BIM 4D模型，模型根据进度计划自动生成动画视频，并高亮显示关键工序、关键线路，对进度计划中逻辑错误点可直观显示。根据工程进展，将实际工程进度录入至模型中进行挂接，利用BIM 4D模型进行计划时间形象进度与实际形象进度三维可视化对比，模型自动分析各道工序的实际进度偏差值，实现进度偏差可视化分析，预判进度风险。

2.2.3 BIM 5D平台协同作业

在BIM 5D平台上通过手机APP移动端、电脑客户端、云端进行基坑工程的质量、安全、材料、资金投入的协同作业。现场管理人员在基坑工程日常施工过程中发现的质量、安全等问题，采用手机拍照、录视频等形式，将发现的问题录入手机APP移动端，平台立即将该问题以手机短信任务的形式推送给责任人，项目管理人员可在任意电脑网页客户端进行远程跟踪，实现闭环销号管理。

同时基于BIM 5D平台，将深基坑施工阶段物资总控计划量、实际进场量、现场盘点量以及资金计划与BIM模型进行挂接，根据现场实际，利用移动端实时录入现场照片、供需计划，客户端同步云端，云端远程即可查看现场物资使用、资金投入情况，实现企业后台管理。

2.3 超深砂性土层止水、降水施工技术

本工程基坑开挖范围内上层滞水，主要赋存于上部杂填土中，粉质黏土为其相对隔水层底板。第四系松散岩类孔隙潜水主要赋存于砂砾层中，稳定水位埋深5.90～6.80 m，由于离赣江较近，丰水期地下水主要接受赣江的侧向补给，枯水期向赣江排泄，基坑底部为近20 m砂层，含水量丰富。

2.3.1 降水方案

本工程降水方案采取基坑外设止水帷幕＋坑内设降水井的方式进行降水。降水井采用深井降水，基坑内共布置20口降水井（含4口备用井），坑外设置12口备用降水井，兼作坑外观测井。

降水井开孔孔径600 mm，井管采用φ273 mm×3 mm钢管；滤管为与井管同规格的桥式滤水管，外包80目锦纶滤网，滤料采用粗中砂回填至初始地下水位附近，其上采用钻渣或场地土回填固井。

本次采用的桥式滤水管是一种有桥形孔眼的滤水器材，由于桥式滤水管通过桥高来控制进水断面，管材基本没有损失，滤水管的强度基本没有降低，其孔隙率能达到25%以上，回填滤料后，孔隙率只降低5%左右。同时，该管材能有效防止地层中的细颗粒流失，在砂性地层降水中得到广泛的使用。

2.3.2 降水信息监测

本工程基坑降水采用全自动水位监测系统对基坑内外水位进行监控，该系统由微功耗测控终端、监控中心、通信网络、测控设备、计量/测量仪表组成。其主要功能为通过井内水位计自动采集降水井内水位、累计流量，自动开启水泵，通过GPRS或短信方式实时上报坑内水位，现场施工人员可通过手机APP对坑内水位情况进行实时监控[4-6]。

2.3.3 降水井封井方案

1）封井时间。坑内降水井封井主要分为3个阶段：

① 底板施工前，对部分坑内降水井（备用井）可以先进行封井，在浇筑底板时直接采用混凝土回填，不穿过底板，剩余降水井应能保证地下水位控制在基坑底板以下。

② 底板完成并达到设计强度后，考虑基坑的抗浮要求，留部分坑内降水井抽水，其余坑内降水井进行封井。

③ 基坑满足抗浮要求后，对剩余降水井进行封井。

第2、第3阶段封堵的降水井需要穿过底板，在底板施工时，需要考虑井管外底板防水问题，需在井管外焊接止水钢板。

2）封井工艺。除第1阶段封堵的降水井直接采用混凝土回填外，第2、第3阶段封堵的降水井需采用注浆工艺封堵，特别是第3阶段封井时，需在静水状态下进行，即所有降水井均停止抽水，使井管内水位上升至静止状态（图4）。

图4 降水井封井示意

3 结语

本工程通过对以上技术的研究与应用，在保证安全、质量的情况下，大大提高了施工工效、节约施工工期、降低安全风险、减少安全措施费支出，基坑工程节约工期32 d，节约成本约300万元。

另外，本工程深基坑施工中采用的BIM技术应用先后荣获了第二届中国建筑业协会中国建设工程BIM大赛一等奖、第三届上海市建筑施工行业BIM技术应用大赛一等奖。科研小组研制的“钻孔灌注桩钢筋笼吊筋”获得实用新型专利，编写的“钢筋混凝土支撑拆除——绳锯切割施工工法”成为集团级工法，“城市狭窄空间复杂深基坑施工技术研究”科研总结获集团公司科技进步奖。