外环隧道浦西连接井特大型深基坑的变形控制

第１期（总第９６期）　中国市政工程　２ＯＯ２年３月２５　Ｅｌ　外环隧道浦西连接井特大型深基坑的变形控制　黄忠辉（上海市黄浦江大桥工程建设处，上海２ＯＯＯ９０）　摘要：介绍上海外环隧道浦西连接井超深超宽特大型深基坑变形控制的标准确定、施工措施　（如深井泵井点降水）、基坑施工的监疆ｌＩ厦结果分析。　关键词：基坑特大型变形控制　Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　Ｓｕｐｅｒ－ｌａｒｇｅ　Ｄｅｅｐ　Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　Ｐｉｔ　ｆｏｒ　Ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ　Ｓｈａｆｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｏｕｔｅｒ　Ｒｉｎｇ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｈｚ，￣ｎｇ　ｚｔｍ，￣ｈｕｉ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｅｒｅｂｙ　ｄ，￣，ｅｆｉｂｅｄ　ｉｓ山ｅ　ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｒｉｔｅｒｉａ　ｆｏｒ　ｄｅｆｏｒｍａｄ￣ａ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｈａｆｔ　０１＂１　Ｐｕｘｉ．　￣ｈ／ｅｈ　ｉｓ　ｅｘｃｅｓｓｉｖｅｌｙ　ｌａｒｇｅ，ｄｅｅｐ　ａｎｄ　ｗｉｄｅ，ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ　ｔｈｅ　Ｏｕｔｅｒ　Ｒ　Ｔｕｎｎｅｌ　ｉｎ　ｓｈａ｜ｌ　ｉＪ１ｇ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｄａｔａ　ａｎａｌｙｓｉｓ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ；ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ；￣－Ｉａｒｇｅ；ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｃｏｎｔｒｏｌ　，ｉｎｃｌｕｄｉｒｇ　ｄｅｗａｔｅｒ－　１工程概况　２工程地质　上海外环沉管隧道位于距吴淞口约２ｋｍ的吴淞　公园附近，是外环线北环中连接浦东、浦西的重要节　点工程，全长２８８２ｍ。浦西连接井（Ｐ）（２７一ＰＸ２６包括　风井）里程Ｋ０＋６４２．２～Ｋ０＋７４２．７５，基坑宽４２．２ｍ，开　浦西连接井位于黄浦江下游北湾嘴弯道处，凹　岸深槽紧逼，地质特征为具有多层孔隙含水结构，含　水介质为粉性土。地基土自上而下为：①　层人工　填土，层厚Ｏ．Ｏ０—４．ＯＯｍ；②．层褐黄色粉质粘土，层　厚０．Ｏ０～２．１Ｏｍ；②　层灰黄色粉质粘土，层厚０．Ｏ０　—挖深度最深达３０ｍ左右，基坑东侧距黄浦江边仅１８ｍ　左右。基坑围护结构采用１２００ｎ￣ｎ厚地下连续墙，墙　深４４～４６ｍ，接头采用钢板十字抗剪接头，风井采用　钢筋混凝土接头，基坑临江边采用上部为．４０ｍ的　４．２０ｍ；③　一　层灰色砂质粘土，层厚０．Ｏ０～８．５Ｏｒｅ；　③　层灰色淤泥质粉质粘土，层厚０．Ｏ０—４．７０ｍ；④　层灰色淤泥质粘土，层厚６．Ｏ０～１０．ＯＯｍ；⑤．层灰色　粘土，层厚２．９５—６．３０ｍ；⑤：层灰色砂质粉土，层厚　１１９０钢管桩、下部为ｌＯｍ的￣１１００钻孔灌注桩作为　墙体，内设六道钢筋混凝土支撑和钢支撑，支撑立柱　采用钻孔灌注桩加钢格构柱（见图１）。基坑的超深超　宽，在同类深基坑工程中实属罕见，属特大型深基坑，　又紧靠江边，因此基坑的施工安全是本工程设计与施　工的关键技术难点之一。　２．Ｏ０—６．５０ｍ；⑥　层草黄色粉砂质粉土，层厚０．Ｏ０　～２．６０ｍ；⑦。层砂质粉土，层厚０．Ｏ０～９．５ｏｍ；⑧１层　浦西连接井基坑最终开挖面位于⑤　灰色砂质　灰色粘土，层厚１１．Ｏ０—２２．Ｏ０ｍ。　二　图１连接井（风井）围护结构平面图　（单位：衄）　３１・　维普资讯 http://www.cqvip.com

粉土及⑥　草黄色粉质粘土中，该两层的土体强度　较高。　３基坑变形控制标准的确定　结构的稳定。　１）水位降深的计算。考虑地下墙的边界作用、　计算公式如下：　目前软土地基深基坑围护结构的设计以变形控　制为主，即在基坑施工过程中既要保证其安全、不失　稳，又要保证基坑对周围环境不造成破坏性的影响，　赤舌口一　，旨）　也就是要控制基坑开挖所引起的地表沉降、基底隆　起及围护墙的水平位移。　参照上海地铁深基坑的经验，基坑变形控制标　式中：　（　音）＝　专ｅ砷［一　一击］　ｒ　ｓ　百　准分为四个保护等级见表１。　表１基坑变形控制标准　ｓ一含水层中任意点的水位降深，ｍ；ｐ。一降水　井抽出水量，　／ｄ；卜导水系数；ｓ一贮水系数；　保护　地面最大沉降量及围护水　等级　平位移控制要求　・环境保护要求　Ｂ一越流因数，ｍ　一含水层中任意点至降水井距　离，ｍ；ｎ一井数；　一降水时间，ｃｔ。　２）水位降深引起的地面沉降估算。在基坑纵　向ＫＯ＋５７０　７处对⑧　和⑤　层设置隔水帷幕及地　下连续墙不渗水的情况下，仅考虑降低⑦．层承压　地面最大沉降量≤０．１％Ｈ。　离基坑１０ｍ周围有地　特级　围护墙最大水平位移≤　铁、共同沟、煤气管、大型　０．１４％Ｈ　压力总水管等重要掏筑　・　≥２　２　物及设施，必须确保安全　・一地面最大沉降量≤０．２％Ｈ　围护墙最大水平位移≤　离基坑ｔｔ范围内设有　级　Ｏ重要干线、水管、大型在　３％Ｈ　使用的构筑物建筑物　ＫｓＩ＞２．０　－－．水引起的地面沉降。在距离基坑１０ｍ范围内，⑦，　层坑外承压水下降值不超过１０ｍ，引起的地面沉降　值六个月估算为３０—５０ｒａｍ。　３）降水方法。为减少降水对用围环境的影响，　控制地面沉降，采用分层降水的方法。第一层降水　、。地面最大沉降量≤Ｏ　５％Ｈ　圉护墙最大水平位移≤　在基坑周围Ｈ范围内　二级　０设有重要支线管道和一　－－．７％Ｈ　般建筑物　。　≥１　５　地面最大沉降量≤１％Ｈ　围护墙最大水平位移≤　在基坑周围３０ｒｏ范围　三级　１　４％Ｈ　内设有需保护建筑设施　Ｋ和管线、建筑物　ｓ≥１　２　－－至风井一１０ｍ；第二层降水至风井一１５ｍ，连接井　１８ｍ；第三层降水至风井一２０ｍ，连接井一２５ｍ。　一４．２随挖随撑，尽可能缩短无支撑暴露时间　在饱和含水软土地基基坑开挖时土体沿开挖面　注：１）Ｈ为基坑开挖深度，　２）　为抗隆起安全系数。　侧发生位移变形且随时间的延伸而增大，开挖后　是基坑内外变形最主要和最敏感的时期。因此需利　一浦西连接井根据周围地下管线和江边防汛墙等　用土体位移变形过程前及时加以支护，减少位移，避　免或减少时间效应。　１）土方开挖应遵循“分层、分段、对称、平行、留　土护壁、限时完成开挖与支撑”的原则，利用时空效　应理论指导基坑开挖。　２）支撑采用分段浇筑，力争在３ｄ内完成整个　支撑混凝土的施工。　３）严格控制开挖纵坡，及时排除流向土坡的水　流，以防土体滑坡。　环境条件、基坑开挖深度、支护结构功能等确定基坑　等级为二级至三级之间，即围护墙顶水平位移　≤４‰Ｈ，坑外地面最大沉降量≤４％ｏＨ，围护墙最大　水平位移≤５％ｏＨ。　４基坑变形控制的施工措施　浦西连接井内设五道钢筋混凝土支撑和～道钢　支撑，增加了基坑开挖施工的难度，为满足设计变形　控制的要求，必须在技术上和管理上采取有效措施。　４．１井点降水措施　根据工程地质资料，⑦．层中地下水为上海地　区第一承压含水层，实测的承压水位高一６　３５ｍ，　⑦．层土埋深一２８．９０～一２９．７５ｍ，水头高为２２．　５ｍ。由于基坑开挖深度达３０ｍ左右，坑底土体厚　度不能压住承压水头，为降低承压水位，采用深井　４）及时封堵地下连续墙及钢管桩接缝中的渗　漏点。　４．３信息化施工，加强科学管理　基坑开挖中，对基坑的变形设立现场管理目　标控制值，见表２，根据土方开挖引起的地面沉　降、墙体位移等情况，判断基坑的施工状态是否　安全。　泵井点降水，以提高基坑内土体的强度，增加围护　・３２・　维普资讯 http://www.cqvip.com

表２基坑变形现场管理控制值　确定的基坑安全等级，墙体最大水平位移值仍能满　足≤５％。Ｈ，说明基坑总体是稳定安全的。从表３也　可看出，测点在ＣＸ８处墙体最大水平位移速率较　大，这主要是该处是地下墙的转角幅，施工时因凿除　墙体变位　墙体变位与开　ｎ　０　２％≤Ｆ１　Ｆｌ＜０挖深度之比ｎ　＞０７％　≤Ｏ．７％　２９　．．基底隆起　隆起量与开挖　Ｆ２　０．２％≤Ｆ２　Ｆ２＜０　２呼　深度之比皿　＞０．５％　≤０，５％　地表沉降　沉降量与开挖　Ｆ＇３　０　２％≤Ｆ３　Ｆ３＜０　２Ｎ　深度之出Ｆ３　＞０　７％　－＜０．７％　地下连续墙混凝土凸出部分时间较长，使无支撑时　间较长所致。同时在２００１年８月初遇到上海百年　罕见的连续大暴雨，使墙体位移突增，测点ＣＸ６变　形３．７６ｔｒｍｆｆｄ，测点ＣＸ７变形３．２４ｔｒｍｖ＇ｄ，这也是速率　较大的原因之一，但位移速率均在３ｔｒｍｖ＇ｄ之内。　２）墙顶水平位移和沉降。根据监测资料，连接　井（ＰＸ２７一ＶＸ２６）墙顶最大位移在ＰＸ２６—６测点处为　３５ｎｍａ，此处开挖深度约２６ｍ，墙顶水平位移与开挖　深度之比为１　３％　＜４％ｏ，满足设计要求。墙体的最　大沉降在ＰＸ２６—５测点处为５８．４ｒｒｍａ，属正常范围。　３）地表沉降。在风井ＦＪ一８外的地表沉降值　最大，为１２６．３ｉｒｏｎ，此处开挖深度为２５．６ｍ，已超过　５监测与结果分析　软土地基基坑开挖由于受地质条件、荷载、材料性　质、施工条件和外界其他因素的复杂影响，基坑变形的　理论计算值往往与实际值有较大差异，需要对施工中　所引起的土体性状的变化、周围环境的变化、基坑和支　撑结构本身的安全及稳定性变化进行系统的现场监　测，确保周围环境的安全。　５．１监测内容　监测主要内容有：围护墙顶水平位移、沉降；围护　墙墙体水平位移；钢格构立柱桩沉降观测；土体水平位　确定的４％０Ｈ要求，但仍＜７‰Ｈ　此处地表沉降过　大的主要原因是挖土的大型机械（５０ｔ、１０Ｏｔ吊车）和　移（测斜）；支撑轴力；围护墙结构应力；土压力及孔隙　水压力；地下水位；坑底土体回弹；基坑周边地表沉降；　基坑周边土体分层沉降；管线沉降。同时根据周边环　境保护等级，在基坑开挖过程中设定监测报警值：地下　连续墙顶位移￣＜６０ｒｒｒａ；连续墙体最大位移≤８０ｔｒａｎ；最　大弛面沉降≤６０ｒｒｆｌｌ；连续墙墙体位移变化速率≤　３ｒｒｍｄｄ；管线累计位移ｌＯｒｍｔ，位移３ｍｍ／ｄ。　５．２实测结果分析　土方运输车常在路面上行走所致　４）钢格构立柱桩沉降。经测，立柱桩被抬起最　大值为８Ｏ．４ｉｒｏｎ，因此在浇筑素砼垫层时需要有５～　１０ｃｍ的预抛高值　５）地下水位。经测，坑内水位始终在２５ｍ以　下，坑外最大水位高程为０．０７ｍ。　６结论　根据监测资料分析如下：　ｉ）墙体水平位移。基坑开挖施工过程中主要　测点资料见表３。　表３墙体水平位移监测资料　测　点　ＣＸ５　ｏ　。　。瀑　外环隧道浦西连接井超深超宽基坑从２（１０１年２　月初开始挖土至８月底结构顺利封顶，在施工过程　中未出现对围护环境造成不良的情况，这说明基坑　施工是成功的，基本控制了基坑围护结构的变形。　因此可以得出以下结论：　１）基坑爵护结构设计是成功的，实测资料与设　计确定的设计变形控制值比较接近，基坑整体稳定．　变形控制在一定允许范围内。墙顶水平位移达到二　测点位置　玎一４　ＰＹ－２．６—４　Ｉ　ＰＸ２６—２　Ｐ磁　—３　最大水平位移值（ｍｍ）：１１８．６　９５　７１　６２．１７　ｌ０５　４８　最大求平位移点辣度（ｍ：　２２　５　最大水平位移平均速度　０（ｍｍ／ｄ）　．２３．５　０培５　２１　０　５ｌ　３５　ｔ．３Ｄ　７６　测　点　测点位置　最大求平位移值（ｕＩｎ）　黾大水平位移点深度（ｍ　ｏ　阿一９　６０　９６　ｔ９．５　ｏ－１８　Ｐｘ２６　６　１２ｏ．９５　２５．５　０．７０　ＣＸ１５　ＦＪ一１１　Ｉ２４．３５　２１．５　０　８９　级标准，墙体最大位移达到三级基坑保护等级。　２）井点降水效果明显，有效地增强了坑内土体　的强度和刚度。实践也说明在连接井处不采用注浆　加固方式，同样可达到效果　同时针对这样罕见的超深超宽深基坑在施工控　制变形时也有许多值得总结的经验，如采用钢筋混　凝土支撑，在挖土与支撑施工的关系上如何合理安　排协调，施工现场如何限制和控制重型、大型施工机　最大术平位移平均速度　（ｍｒｄｄ）　０７０　．从表３得知，在连接井（ＰＸ２７～ＶＸ２６）墙体最大　平均位移值在测点ＣＸ１８处达１２０．９５ｎｍａ，此处的基　坑开挖深度３０．３５９ｍ，风井测点ＣＸ５、ＣＸＩ５处最大水　械的连续行走等。总之，超深超宽基坑的变形控制　是个正确运用施工技术和科学管理的问题　（收到修改稿日期：２００１—１０～２６）　平位移值最大达１２４．３５ｒａｍ，此处的开挖深度为２５ｍ　左右。墙体的变位已超原来设定的报警值，但根据