杭州博奥隧道工作井基坑稳定性要点分析

王国平，吴 伟，卢 彤

（杭州市钱江新城建设管理委员会，浙江 杭州 310016）

引言

随着城市建设的快速发展，越来越多的过江隧道正在建设，使得深基坑工程项目不断增多，基坑规模也不断增大[1]。盾构法隧道施工由于具有速度快、工期短、风险低等优点，被广泛应用于国内各过江通道中[2]。盾构工作井是隧道施工阶段最先开工和最后完工的部位，也是盾构组装、拆卸、始发及接受的场所[3]。由于过江通道工作井具有开挖深度大、结构复杂等特点，使得在隧道实际建设过程中工作井部位往往存在设计难度大、施工工况复杂等情况[4]。

在上海、武汉、杭州等地已建成多处超大直径盾构法道路隧道，取得了一定的技术突破[5]。杭州钱江隧道和上海长江西路隧道采用了盾构整体平移和调头的工作井设计[6]；上海北横通道工程针对超大直径小半径曲线盾构隧道的构造设计和施工控制技术等进行了研究[7]。随着工程规模的不断扩大，过江道路隧道的安全可靠性和经济合理性成为建设各方高度关注的问题，处理不当会造成巨大的经济损失和严重的社会影响[5]。

1 工程概况

杭州市博奥隧道隶属杭州市，位于钱江三桥和庆春路过江隧道之间，北起钱江新城新业路与富春路交叉口，南至钱江世纪城博奥路与平澜路交叉口，全长约2.8 km。

1.1 江北工作井概述

江北工作井位于新业路与之江路交叉口以北，主体结构起点里程为EK0+950，终点里程为EK0+971。江北工作井基坑深度26.3 m，围护结构采用深63 m、厚1 200 mm的地下连续墙，明挖段交接部位采用深63 m、厚800 mm素地下连续墙。连续墙接头采用工字钢接头，接头采用3φ800旋喷桩止水。

1.2 江南工作井概述

江南工作井位于博奥路与潮韵路交叉口附近，博奥路正下方，主体结构起点里程为EK2+650，终点里程为EK2+671。江南工作井基坑深度25.5 m，围护结构采用深63 m、厚1 200 mm的地下连续墙，后续段交接部位采用深63 m、厚800 mm素地下连续墙；后续段采用深41 m、厚1 200 mm的地下连续墙。盾构工作井围护结构纵断面见图1。

图1 盾构工作井围护结构纵断面

1.3 工程水文地质

根据地勘报告显示，工作井所在地层第四系松散岩类孔隙承压水主要赋存于土层深部的层粉细砂、层圆砾和层卵石层内，上覆⑥、⑦、⑧和⑨层黏性土，是相对隔水层，构成了含水层的承压顶板。含水层顶板标高为-31.57～-21.04 m，厚度大于25 m，透水性良好，沿线均有分布，为钱塘江古河道。

2 工作井基坑稳定性分析

2.1 盾构井围护结构设计

江南、江北盾构井基坑深度为26 m、26.464 m，均采用1.2 m厚地下连续墙围护，以江南盾构井为例介绍盾构井围护结构设计，平面布置见图2。

图2 盾构井围护结构

盾构井共采用5道钢筋混凝土支撑+1道钢支撑。江南盾构井地下连续墙围护根据基坑的稳定及受力要求，连续墙钢筋混凝土深50 m可以满足。但由于盾构井深约为26 m，基坑下部承压水层水头约24.5 m，而基坑底黏性土层形成的相对承压顶板厚度仅8 m，承压水层为圆砾层和粉砂层，很难通过敞开式降水降到位，设计拟采用隔水方案，连续墙墙底深入承压水含水层底部，下部采用素混凝土连续墙落底，进入强风化岩层不小于3 m，形成封闭隔水帷幕，再进行疏干降水。

2.2 盾构井围护结构计算

2.2.1 计算模式

施工阶段按“先变形、后支撑”的原则，模拟施工开挖、支撑全过程分工况进行结构计算。支护型式为多支点围护墙结构，即采用弹性支点杆系有限元法计算。围护墙在施工阶段，按施工过程进行受力计算分析，开挖期间围护结构作为支挡结构，承受全部的水土压力及路面超载引起的侧压力。结构的位移及内力采用有限元方法计算，考虑分步开挖施工各工况实际状态下的位移变化，并按弹性情况考虑。

2.2.2 计算荷载

选取EK0+900里程位置基坑作为典型断面进行计算分析，见图3。基坑深度为16.441 m，连续墙入土深度16 m，基坑宽度为23.985 m，基坑跨度方向设1排立柱，地下水位为地面以下0.5 m，考虑降水为基坑下1 m。

图3 断面计算/m

（1）内力变形结果

内力和土体抗力的计算结果为每延米墙体；支撑反力为每延米，见图4。

图4 断面地下连续墙支护结构内力包络图

（2）坑底抗隆起计算结果

坑底抗隆起计算见图5，下滑力为3 466.2 kN/m，抗滑力为6 918.7 kN/m，每延米墙体抗滑力为64.6 kN/m，安全系数为2.01，要求安全系数为1.760。

图5 坑底抗隆起计算

（3）墙底抗隆起计算结果

坑内侧向外16.5 m范围内总荷载为10 833.6 kN/m，验算断面处土体内聚力为2.7 kPa，内摩擦角为28.6°，安全系数为7.51，要求安全系数为2.200。计算结果表明，该段围护结构内力分布合理，变形可以满足要求。

3 施工监测技术与处理措施

3.1 监控量测警戒值及监测频率

监测项目的监控量应考虑到工程等级、工程基坑要求、工程各个施工阶段、周边建筑物和自然环境的变化。当监控值较为稳定时，可根据现场情况适当减少监控频率。

环境保护和基坑变形的安全等级为一级，在施工监控的过程中需满足相应的等级控制保护要求，让施工单位能够实时掌握基坑变形问题，更好地采取相关的措施和调控施工步骤，做到信息化和现场施工的充分结合，保证施工的顺利进行。各项监测的数值达到一定范围（将产生不可接受的负面影响时）要进行报警。各监测项目报警值取值见表1。

表1 监测项目报警值

3.2 量测数据分析与监测

3.2.1 数据采集

主要采集方式为现场监测的数据、结合搜集到的其他资料、记录等。一般监测项目采用的相关仪器设备多且杂，如水准仪、全站仪、测斜仪等，可将实测数据手动输入计算机，也可通过仪器自动数据采集，并将量测值自动传输到工程数据库。

3.2.2 资料整理

（1）对自身监测成果资料的整理、判断。监测后对原始资料进行校核和整理，并将检验过的数据输入计算机的工程数据库。（2）对监测成果资料的分析。采用比较法、作图法和数学、物理模型进行分析，以便对工程的安全状态和应采取的措施进行评估决策。

3.3 数据突变处理措施

（1）施工过程中如发生量测数据，立即停止开挖，采取加强支护措施。由项目技术负责人组织技术人员进行分析，制定相关措施，并将情况及时上报业主和监理、设计单位。（2）需对突变发生地表道路和建筑物等实施24 h监控。如涉及地表安全，立即请相关部门协助，采取疏解交通等有效措施，并请业主组织设计、施工、监理等部门共同制定应对措施。

4 结语

通过对杭州博奥隧道盾构工作井基坑的稳定性和施工过程中遇到的难点进行计算以及提出对应的技术要求，取得了良好的施工效果。（1）大深度工作井在施工阶段按“先变形、后支撑”的原则，模拟施工开挖、支撑全过程分工况进行结构计算。通过精确地荷载计算，盾构井围护结构内力分布合理，变形满足要求。（2）盾构隧道工作井对施工监控量测准确掌握基坑开挖过程中可能产生失稳的薄弱环节。通过对工程施工的监测，可对数据突变、突发意外等情况及时地作出处理措施，同时收集相应工程数据，为以后的工程设计、施工及规范修改提供参考和积累经验，并完善计算理论。