高敏感环境下紧邻运营航站楼的深基坑施工技术

高卫明

上海建工四建集团有限公司 上海 201103

1 工程概况

1.1 工程概述及周边环境

上海虹桥机场T1航站楼陆侧原交通换乘区新建交通中心工程项目由地下2层车库和地上换乘大厅组成，总建筑面积71 901 m2，其中地下建筑面积65 799 m2、地上建筑面积6 102 m2。

项目周边环境极其复杂，基坑西侧距航站楼B楼及楼前高架仅4.9 m；南侧紧邻机场迎宾一路；西南侧紧贴航站楼楼前高架下引桥，部分下引桥柱基础落于基坑内；东侧7.1 m处地面下埋设有机场航油管线；北侧为改建中的T1航站楼A楼和在建的新建能源中心。整个施工场地毗邻航站楼B楼楼前高架，施工期间机场不停航运营、楼前高架上引桥同步实施改造，如图1所示。

图1 工程周边环境示意

1.2 基坑概况

本工程基坑开挖面积约38 400 m2，基坑长约260 m，宽约170 m，开挖深度为10.35 m（局部挖深6.25 m）。基坑支护结构为灌注桩，基坑止水帷幕采用三轴水泥土搅拌桩，被动区土体加固采用高压旋喷桩，围护体内设置2道水平支撑。

1.3 工程地质条件

本工程基坑涉及的土层有：①填土、②黏土、③淤泥质粉质黏土、④淤泥质黏土（基坑坑底）、⑤1-1淤泥质粉质黏土、⑤1-2粉质黏土、⑤2-2粉砂，缺失第⑥层暗绿色硬土层，基坑开挖主要处于第③、④层软弱黏性土层，此层土体易触变及流变，受扰动后强度极易降低，对基坑变形及周边环境容易产生不利影响。

2 工程特点及难点

2.1 基坑规模大，可利用场地小且须满足不停航运营下的交通组织需求

工程红线内用地面积约为40 000 m²，基坑面积约为38 400 m²，占总场地的96%。除满足必需的施工场布外，场地内还需提供机场旅客陆侧交通换乘区以及连接楼前高架的临时上引桥所需场地，以保障机场的正常运营，对基坑围护选型设计和有序施工组织提出了极高的要求。

2.2 基坑毗邻航站楼楼前高架，施工期间机场不停航运营

工程正对虹桥机场T1航站楼B楼，施工期间航站楼正常运营，机场作为城市对外的一个窗口，现场文明施工要求高，对常规的防尘、防噪声等方面有着严格的控制要求。需要从前期方案设计、施工方案制定、施工组织管理等多方面精心策划，践行绿色、安全、文明施工理念。

2.3 基坑周边环境复杂，保护对象比较特殊

基坑东侧紧邻机场航油管，最短距离仅7.1 m；施工期间航油管为机场正常运营提供燃油保障，不得中断；基坑西、南、北三侧紧靠航站楼楼前高架，楼前高架作为社会车辆进出航站楼的唯一通道，施工期间保持正常通行。复杂的周边环境，对基坑变形控制和周边环境保护提出严峻的挑战。

3 基坑围护选型及布设优化

基于场地内可利用场地面积小但利用需求大、周边环境复杂且保护要求高等特点，根据基坑变形控制需要，从围护选型着手，提出了“排桩＋三轴止水”或地下连续墙作围护体的顺作增设支撑栈桥和逆作利用顶板支撑等几种不同形式的围护设计和施工方案。结合基坑施工场地内社会车辆通行、进出港旅客换乘组织实施，从技术可行性、施工工期和总造价等方面对上述不同形式的围护设计方案进行了比对、分析和优化，确定了“排桩＋三轴止水”作围护体，利用结构梁板作为水平永久支撑的逆作施工围护设计方案。较常规临时支撑，提高了围护体水平支撑刚度，避免了临时支撑拆除导致的围护体变形，且能降低建造成本。同时，利用已形成的地下室顶板，增加场地利用面积，满足旅客换乘和社会车辆交通组织需要。图2为兼做基坑支撑的首层结构平面布置示意。

图2 基坑首层结构平面示意

基于逆作施工出土和施工组织考虑，结合地下室设计方案和旅客换乘交通组织流线，对逆作施工取土口进行优化设计，充分利用地下室中部大型采光天井作为基坑天然主取土口，结合地下室四周楼梯通道、局部周边结构预留洞口等设置辅助取土口，缩短基坑边侧取土距离，提高机械利用率，加快出土速度，减小基坑变形[1-4]。

4 围护桩基新工艺施工

本工程基坑围护体采用灌注桩，桩径700～1 000 mm，桩长14.30～27.55 m。根据土层分布情况及土性特点，常规钻孔灌注桩的施工质量较难满足逆作法需求，且易产生大量泥浆，施工噪声较大，对机场不停航运营有一定的影响。为降低因桩基施工质量造成的基坑风险，满足文明施工要求，采用钢筋混凝土压灌桩施工工艺，即先利用钢护筒旋转护壁，再通过专用螺旋钻钻至桩底设计深度成孔，然后从钻具中空管道由底向上连续高压泵注混凝土至桩顶，形成素混凝土桩，利用螺旋叶片原状取出置换土，最后“送筋杆”振捣，将整节钢筋笼插入桩体中，形成钢筋混凝土灌注桩。压灌桩施工按照“施一跳二”的方式间隔施工，待48 h后再折返补缺。利用压灌桩新工艺施工，成桩质量可靠，现场无泥浆排放，节约大量施工用水，同时施工工效大幅提高。

此外，经与设计协商，基础底板规模化采用独具一格的“劲性耦合”群桩承台，承台中心桩采用钻孔灌注桩，周边桩采用预制管桩（竹节桩），通过不同桩型的抗压及抗拔、抗水平荷载等互补耦合效应来满足桩承载力以及逆作法所需的“一柱一桩”，同时提高施工效率、减少污染。预制管桩采用新型预应力混凝土异形截面桩，侧壁设置横向或纵向肋增强摩擦力，上下节桩通过卡扣机械连接和专用材料密封形成连续的整体。

5 土体开挖

由于基坑开挖面大、开挖较深，并且临近运营中航站楼及楼前高架，基坑开挖遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、限时开挖、严禁超挖”的原则，做到“分层、分区、分块、对称、平衡”，严格控制基坑围护体变形，确保基坑稳定和周边环境安全。

基坑土方按“顶板、中楼板、底板”分3层进行开挖。首层土明挖，挖深-3.935～-2.935 m，满足搭设顶板排架的最低净空要求。基于顶板提供通往楼前高架的临时钢便桥基础，同时作为旅客换乘场地，结合车辆通行和旅客换乘组织流线，将土方开挖分为4个分区，由西向东依次退挖并浇筑形成顶板，如图3所示。

待顶板形成整体并达到强度后，再进行第2层土开挖，第2、3层土采用盆式暗挖。先盆式开挖1区土，形成中楼板，将基坑化大为小并有效减小基坑长边，然后同步开挖2区、3区土方，如图4所示。

图3 首层土方开挖分区平面示意

图4 第2、3层土方分区平面示意

中楼板形成后，按照相同的方式进行第3层暗挖。开挖期间确保边坡留土不小于15 m，垫层浇筑12 h内快速形成，减小围护桩变形和坑外土体侧移，保证基坑施工安全与稳定。

暗挖逆作法可有效隔绝土方开挖机械设备的噪声和挖土中的扬尘，减轻挖土作业对周边环境影响；同时通过在施工密闭空间内布设应急照明系统和通风排气设备，确保封闭状态下现场正常施工，便于加快土方开挖进度，提高基坑施工效率。

6 重要管线及通道的主、被动保护

6.1 航油管保护

基坑东侧绿化区域内分布有1根DN450 mm航油管线，为机场提供燃料动力。航油管南北走向，与基坑边线平行，与基坑最近距离仅7.1 m，管线埋置深度-1.97 m。为确保机场不停航运营，航油管需正常供油，故施工期间须严格控制航油管变形，保护航油管的安全。

施工前，对航油管进行预加固，即在航油管四周设置钢筋混凝土基础箱涵，加设盖板并对航油管进行敷土保护，主动应对基坑开挖中土体变形导致的航油管线变形，同时优化围护桩基施工流程和土方开挖工艺，尽可能减小土体变形影响，确保对航油管的影响最低。施工期间，实时监测航油管线的变形，结合航油管沉降监测，分阶段实施被动控制措施，即当航油管变形达到预警值，对航油管箱涵两侧土体进行双液注浆加固，提高箱涵底部及两侧土体强度，减缓或控制住航油管沉降变形；当航油管变形沉降接近临界值，对航油管进行悬吊保护，通过在原钢筋混凝土箱涵上架设钢梁，利用钢丝绳悬吊航油管线，动态控制航油管变形。

6.2 楼前高架下引桥基础保护

楼前高架由上引桥、直行段、下引桥3个部分组成，社会车辆通过高架桥进出航站楼接送旅客。高架环绕基坑三面，其中4根下引桥柱基础落于基坑内；为保证基坑施工，原高架桥柱基础需要凿除，但出于对航站楼不停航运营的需要，楼前高架需正常通行，施工期间需对楼前高架进行保护。

结合基坑施工需要，对受影响高架正常运营下的柱基础进行二次托换保护，如图7所示。施工前，采用钢立柱桩托换原有高架柱基础，将高架荷载托换到临时钢立柱桩上，并凿除高架桥柱基础；待基坑施工完成、主体结构达到强度后，利用结构顶板梁作为高架桥柱永久基础，在结构顶板梁上重新建高架柱，并对高架桥二次托换，将高架桥荷载转移到新建高架柱上。托换过程中，结合有限元模拟分析以及现场高架桥动态监测，不断修正和完善托换方案及保护措施，确保基坑施工过程中楼前高架结构稳定和通行安全。

图7 下引桥高架两次托换示意

7 结语

在变形高敏感区、不停航施工前提下，通过对基坑围护设计优化，在确保基坑稳定的同时，满足楼前高架通行要求及旅客换乘场地需要。通过采用新型围护桩基施工工艺，在保证承载力、成桩质量可靠的同时，实现绿色、环保、高效作业。通过优化土体开挖工艺、强化基坑侧航油管的主、被动保护以及楼前高架柱的临时托换技术，保证了基坑施工及周边环境的安全与稳定，满足了基坑施工期间机场不停航运营需求，同时也树立了文明标杆施工形象，为特殊环境、特定需求下的深基坑施工提供了借鉴。