长江漫滩非对称异形基坑群创新技术应用

李 兵

(中铁十四局集团大盾构工程有限公司，江苏南京 325000)

南京梅子洲过江通道连接线-青奥轴线地下交通系统建设工程地处长江漫滩，总体呈“T”字型布置，为国内罕见的超大超深长江漫滩基坑群，面临地质条件多变、水文条件复杂、施工风险高、工程设计与周边建筑物融入要求高、非对称异形超大超深基坑群设计与施工无参考经验等技术挑战。针对此类大型非对称异形基坑群，已经有很多学者开展过相关研究，包括异形基坑支护结构的变形和受力分析[1-5]，基于试验和数值模拟的变形和稳定分析[6-7]，施工风险评价和风险控制研究[8]。然而，关于长江漫滩超大超深非对称异形基坑群，新型基坑围护结构、降水技术、开挖技术、工程设计与周边建构筑物的融合设计等成套技术的研究鲜有报道。

本文系统解决了长江漫滩超大超深非对称异形基坑群设计与施工等一系列技术难题，形成了成套创新技术，具有重要的工程实践意义。

1 工程概况

南京梅子洲过江通道连接线-青奥轴线地下交通系统建设工程由梅子洲过江通道连接线、青奥轴线地下交通系统及青奥轴线地下空间三部分组成。梅子洲过江通道连接线设计速度80 km/h，双向六车道，道路等级为一级公路兼顾城市快速路，主线隧道长1 668 m，并设置6条匝道与地面道路相连，匝道全长1 548 m。青奥轴线地下交通系统为下穿青奥广场及青年公园的地下市政隧道，设计速度60 km/h、双向六车道。其中，滨江大道下穿通道长1 260 m，并设置5条匝道与梅子洲主线隧道及青奥会议中心地下车库相连，匝道全长1 293 m。青奥轴线地下空间主要包括青奥博物馆和地下停车场两部分，总开发面积约23 591 m2，地下空间与两侧的青奥会议中心、国际风情街通过通道直接相连。

工程距离长江大堤仅约100 m，地处长江漫滩地区强透水地质，基坑最大开挖深度27.5 m，地下连续墙最深53.5 m，底部嵌入岩层2 m，核心区异型基坑开挖面积约3.4×104m2。总体格局是毫无规则的基坑内分布着数条形状各异的坑中坑，且深度方向极度不对称。核心区基坑最大宽度154 m，最大深度27.5 m，隧道结构最大宽度69 m。

2 主要科技创新内容

2.1 力学试验创新

如图1所示，首次通过非对称异形深基坑围护结构比例模型离心力学试验，揭示了其力学特征与变形机理，建立了针对本工程特点的拉锚式双排桩和桩墙组合支护结构简化计算模型，提出了现有模型的修正模型，有利于优化设计和降低造价。

(a) 试验布置

(b) 土工离心机图1 非对称异形基坑离心模型试验

2.2 施工技术创新

2.2.1 新型变刚度地下连续墙结构设计及施工技术

如图2所示，研发了上部“工”字型、下部板型的新型变刚度地下连续墙围护结构，解决了坑中坑围护结构选型与快速施工难题。

(a) 结构图

(b) 力学分析图2 新型变刚度地下连续墙

2.2.2 长江漫滩高承压水超深格栅地连墙施工技术

长江漫滩大型地下交通枢纽基坑常采用上部大面积放坡开挖，下部为直立开挖的坑中坑形式，由于基坑上部宽度大，基坑内无法支设横向支撑，地连墙处于悬臂状态，传统超深一字型地连墙因无内支撑抗弯刚度不能满足需要。如图3所示，本工程研发了长江漫滩高承压水超深格栅地连墙施工技术，在T形墙段和和倒T形墙段采用王字型钢接头，提高了超深格栅地连墙的连接强度，增强了新型超深格栅地连墙的整体强度，解决了非对称异形基坑内支撑无法正常设置问题。

图3 超深格栅地连墙结构

2.2.3 长江漫滩高承压水大型基坑内套直立开挖基坑施工技术

如图4所示，本工程形成了多通道多梯度的大型基坑内套直立开挖基坑的“坑中坑”结构形式，研发了适合长江漫滩地区地质条件下的基坑内套直立开挖基坑施工方法，通过在基坑交汇处留置核心土，优化出土顺序、利用基坑边坡设置临时出土便道，利用临时支撑设置开挖通道等方式实现了长江漫滩地区超大超深基坑群土方开挖的高效安全施工。

图4 大型基坑内套直立开挖基坑施工示意

2.2.4 高承压水大型超深基坑群分区组合式降水设计

本工程提出“自凝灰浆墙分区降水+限排”相结合的降水方式，采用超深自凝灰浆墙作为隔水帷幕进行降水分区，最大深度达53.4 m。如图5所示，确定了自凝灰浆墙槽开挖方式、槽壁稳定控制措施、自凝灰浆配比和配置以及自凝灰浆灌注方式，实现了长江漫滩高承压水超深自凝灰浆墙的高质量和高效率施工。

图5 长江漫滩高承压水超深自凝灰浆墙

2.3 运营组织条件创新

2.3.1 地下三层立交分区独立排烟技术

针对地下三层立交系统地下匝道众多、交通组织复杂、运营安全要求高的特点，为避免火灾发生时，主线隧道与匝道相互干扰，设计创造性的提出匝道独立分区的排烟技术，增强了隧道在灾害条件下的逃生救援能力。

2.3.2 不同深度地下结构抗浮变形协调技术

由于异形结构深浅不一，因而在不同水位下的浮力及上浮变形不一致，容易使变形缝部件产生破坏。本项目设计时提出了一种考虑不同水位对上浮变形影响的抗拔桩布设方法，从而确保在不同水压力作用下，异形结构上浮的变形协调(图6)。

图6 异形结构抗拔桩变形与水压耦合设计示意

2.3.3 复杂异形结构喷膜防水技术

本工程临近长江，工程周边地表水丰富，基坑开挖涉及两层承压水，工程防水等级高，为确保本工程实现不渗不漏，达到无湿渍一级防水要求，研发了一种地下空间主体结构侧墙复合防水施工技术，对基坑异形结构及基坑拐角、预留接缝等变形大的部位采用如图7所示的喷膜防水，保证了变形部分的防水效果。

图7 喷膜防水施工

2.4 地下空间开发创新

(1)地下立交与周边地下空间的衔接技术。充分利用地下立交隧道上方开挖空间，在其上部布置地下车库、青奥博物馆及隧道设备房等，既满足工程本身运行需要，又确保了工程与周边环境的巧妙结合，单从空间利用率上讲，直接节约土地约0.87 ha。

(2)闲余基坑地下空间开发技术。采用侧式悬挂方式解决了排风射流机放置位置与隧道净高冲突问题，通过将排风射流机放置在隧道侧边，既满足了隧道射流机安装需要，又不占用隧道净高，充分利用了地下空间。

(3)“剪刀叉”型地下匝道群布设技术。隧道主线与各匝道交叉路口采用剪刀叉结构设计形式，将隧道主线与地面道路联系起来，极大地发挥快速路的作用，有效地疏解了地面上及隧道内各交叉路口的交通压力。

3 结论

作为国内首个超大超深异形非对称地下三层立交枢纽工程，以南京梅子洲过江通道连接线-青奥轴线地下交通系统工程为依托，攻克了长江漫滩超深、超大非对称异形基坑群设计及施工难题，形成了新型变刚度地下连续墙结构设计及施工技术、大型基坑内套直立开挖基坑施工技术、分区组合式降水施工技术和超深自凝灰浆墙施工技术，创新开发了“剪刀叉”型地下匝道群和雨花石仿真光过渡段技术，实现了工程交通功能与周边景观的融合。通过创新研究，有力保障了长江漫滩地区强透水等不良地质条件下超大超深非对称异形基坑的建设安全，培养一批高层次工程技术人员，推动了我国长江漫滩地区地下空间建造技术的发展。