城市中心紧邻地铁的超深基坑关键施工技术

周 炯

上海建工一建集团有限公司 上海 200120

随着城市经济的发展，特别是“十三五”规划以来，地下空间的开发越来越成为城市建设的重点，基坑施工逐渐向着更复杂的位置、更大的深度探索，对变形控制要求也越来越高。

尽管有很多学者对深基坑变形特性进行了大量的研究，但对于深度30 m以上的超深基坑施工关键技术的研究较少。本文通过对杭州中心B1区基坑施工过程的研究，提炼超深基坑施工的各项关键技术，为类似项目超深基坑施工提供依据。

1 工程背景

1.1 工程概况

杭州中心项目位于浙江省杭州市下城区武林广场东北角，中山北路与环城北路交叉口。工程总占地面积22 566 m2，包括2栋高130 m主楼和高50 m的裙房，塔楼为框架-核心筒结构体系，裙楼为框架结构。

A塔楼地上26层，B塔楼地上28层，裙房地上9层，地下室为6层，近地铁区域为1～3层，总建筑面积244 202.30 m2，其中地上建筑面积154 597.21 m2，地下建筑面积89 605.09 m2（图1）。

图1 工程效果图

1.2 围护概况

基坑面积约为16 460 m2（其中B1区基坑面积约4 735 m2），沿基坑周边总周长549 m延长米，分为A1、A2、B1、B2、D共5个区域（图2）；B1、B2区基坑挖深约31.2 m，A2区基坑挖深约16.95 m，A1、D区基坑挖深约6.95 m；总土方量约436 000 m3。基坑施工顺序为B2→B1→A2、D→A1，前一区块±0 m结构施工完成后，方可进行下一个区块的土方开挖作业。围护结构采用厚1 200 mm的地下连续墙，坑内分隔墙采用厚1 000 mm地下连续墙，地下连续墙接缝采用十字钢板接头。支撑体系根据地下室结构深度设置，B1、B2区基坑为地下6层结构，采用6道钢筋混凝土支撑；A2区基坑为地下3层结构，采用3道钢筋混凝土支撑；近地铁区间隧道的A1、D区基坑为地下1层结构，采用1道钢筋混凝土支撑。

图2 基坑围护概况

基坑加固主要采用三轴搅拌桩和高压旋喷桩；槽壁加固采用φ850 mm@600 mm三轴搅拌桩，B1、B2、D区内裙边加固采用φ850 mm@600 mm三轴搅拌桩，A1、A2区内加固采用φ800 mm高压旋喷桩（图3）。

图3 基坑加固概况

B1区开挖阶段，围护墙变形报警值为50 mm，近地铁侧为24 mm，地铁隧道沉降报警值为5 mm，收敛报警值为5 mm。

1.3 水文地质条件

拟建场区位于浙北平原区，为海积平原地貌单元，地貌形态单一。基坑开挖深度为30.2 m，基底土层为粉质黏土，开挖范围内近20 m深度为淤泥质土层，含水量高，土质软弱，压缩性高，具有高灵敏度、低强度的特点。

地下水主要为第四系松散岩类孔隙承压水和深部基岩裂隙水。孔隙潜水水位埋深1.2～1.7 m，对应高程为4.13～5.22 m；承压含水层顶板埋深35.90～38.90 m，顶板高程为－32.62～－29.51 m；承压水头埋深在地表下5.14 m，相应高程为1.28 m。

2 周边环境

项目地处浙江省杭州市核心区域武林广场东北角，东邻中山北路，南侧为6层浅基础住宅小区（距B2地下连续墙约12 m），西南侧为电信大楼（15层，框架结构，距B2区地下连续墙约30 m），西侧为浙江省科协大楼（21层，框架结构，距B1、B2区基坑10～15 m），西北侧为杭州地铁1/3号线武林广场站及区间隧道（1号线已运营，隧道状况极差，距A1区3.5 m、B1区15.0 m），北侧为环城北路。道路下方布设有各类管线，特别是环城北路下方有110 kV电力管线、DN1 600污水管线等城市主要管线（图4）。

图4 周边环境示意

3 超深基坑施工关键技术

3.1 围护结构优化

1）本工程内支撑原为中间开大洞的形式。该方案有利于2～3层土方开挖，但刚度不足，不利于围护结构变形控制，可能会在开挖过程中发生较大的基坑变形。考虑地铁保护等级要求较高，基坑深度较大，借鉴类似工程并与基坑围护设计协商后，将第2～6道支撑中间大洞取消，调整为拉通井格支撑的形式，并将基坑跨中部位第4～6道支撑的主撑截面由1 200 mm×1 100 mm调整为1 600 mm×1 100 mm，围檩截面由1 300 mm×1 100 mm调整为1 600 mm×1 100 mm，大大提高了支撑的刚度。

2）基坑北侧角部各设置2道大角撑，使支撑结构形成稳定的三角形，在提高支撑结构刚度的同时，也降低了南北向对撑对B1/B2区分隔墙集中力的影响（图5）。

图5 调整前后的B1区支撑平面

3）垫层由厚150 mm素混凝土改为厚300 mmC30混凝土内配单层双向φ12 mm@250 mm×250 mm。降低了基坑开挖至设计标高后长时间暴露的风险。

3.2 限制工况调整

原设计限制工况要求B2区结构施工至±0 m后，方可开挖B1区第1道支撑以下的土方。为加快施工速度，同时最大限度地保障地铁运营，经与围护设计协商后，在原支撑结构中增加板带，将原B1区土方开挖限制工况，调整为3个小限制工况：

1）限制工况1：B2区地下5层结构完成后，方可开挖B1区第1道支撑以下的土方（图6）。

图6 限制工况1

2）限制工况2：B2区地下4层结构完成后，方可开挖B1区第3道支撑以下的土方（图7）。

图7 限制工况2

3）限制工况3：B2区地下3层北侧结构完成后，方可开挖B1区第4道支撑以下的土方（图8）。

图8 限制工况3

3.3 土方开挖方案

基坑开挖施工时，遵循“分层、分块、留土护壁、对称、限时开挖”的总原则，利用时空效应原理，减少基坑暴露时间，严格控制基坑变形[1-2]。各分区开挖完成48 h内形成支撑，同时根据与相邻基坑之间的开挖限制工况等情况，调整基坑开挖的方向。

首层土方根据桩基工程场地移交的顺序，分为4个区域（图9），由东向西、从北向南进行退挖。

图9 首层土方分区

第2、3层土方根据调整后的限制工况分为8个区域，采用盆式开挖，先开挖中部区域。为防止第2、3道支撑对B1/B2区分隔墙体的集中力对围护结构产生不利影响，周边区域由北向南进行开挖（图10）。

图10 第2、3层土方分区

第4～6层土方分为8个区域（图11），采用盆式开挖，先开挖基坑中部区域，周边区域由南向北进行开挖，重点控制地铁侧地下连续墙的变形，最大限度地保障地铁安全运营。

图11 第4～6层土方分区

第7层土方根据底板分区情况，采用盆式开挖的方式，先开挖中间区域再挖周边区域，分为4个区域收底（图12），最后开挖中部核心筒深井区域。在近地铁侧设置2个小分区，施工时快速开挖并浇筑混凝土。

3.4 淤泥质土层换填

针对基坑内淤泥质土层的流变特性，施工时利用裙边加固土体的特性，开挖时，首先开挖基坑中部区域未加固的淤泥质土方，并超挖0.5 m；然后开挖基坑周边加固土体，利用部分加固土体将中部超挖区域回填至设计标高，再施工支撑结构。采用基坑内加固土体换填后，在保障基坑开挖速度的前提下，改善了基坑中部软弱土层在支撑施工时的沉降情况。

3.5 基坑降水

本工程中大量的基坑土层为淤泥质黏土，其渗透性极差，根据抽水试验，几乎无法抽取地下潜水，因此，基坑内不考虑设置疏干井，潜水降水采用基坑内明沟排水的技术措施。

承压水涉及4层圆砾层承压水，经实测水头为8～10 m，基坑开挖深度较深，故需要采取降承压水措施。根据现场实际抽水试验情况，在B1区内设置4口减压井及1口坑内承压水观测井，基坑外各边设置1口承压水观测井。由于水量较小，降水后补给缓慢，土方开挖时根据开挖深度和承压水水头的关系计算需保持的水位，按需降水，防止因过度降水导致周边环境沉降。

3.6 底板分区施工

基础结构采用筏板基础，主楼区域板厚2.6 m，裙楼区域板厚1.8 m。开挖至基础底板时，基坑变形较快，为保护地铁及保护变形最大区域，将底板分为4个区域，1区为地下连续墙变形最大的区域，2、3区为近地铁区域，1、2、3小区优先完成并浇捣混凝土（图12）。

图12 基础底板浇捣分区

4 实施效果

B1区基坑开挖过程中，基坑变形较为平稳。基坑监测数据显示：开挖过程中，每道支撑开挖时墙体深层水平位移增加8～10 mm，至基础底板完成时，围护墙体最大深层水平位移49.7 mm，支撑最大轴力20 789.5 kN，地铁盾构隧道最大沉降4.7 mm，收敛1.1 mm，较好地做到了对地铁隧道的保护，未对地铁的运营造成影响（图13）。

图13 最大变形点第2～7层土方施工变形曲线

5 结语

对于超过30 m的深基坑施工，基坑土压力极大，应高度重视基坑变形情况。为减小因支撑压缩而增加的基坑变形，需优化支撑结构，加强支撑系统刚度，必要时应适当加密支撑间距及增大支撑截面。土方工程需根据周边环境保护以及现场出土速度等情况进行科学分块，并快速开挖，在48 h内形成支撑结构，减少基坑无撑时间。同时，施工过程中应加强监测，根据监测数据动态调整施工方案，及时优化施工组织。

随着城市化程度的提高，城市中心区域邻近地铁的30 m以上超深基坑项目将越来越多[3-4]。本文所述杭州中心项目超深基坑工程的成功实施经验可为今后类似项目提供借鉴。