复杂环境下超长车站的基坑设计与研究

陈春燕

（北京城建设计发展集团股份有限公司上海分公司，上海 200233）

1 工程概况

1.1 站址情况

张江路站为上海13 号线三期的终点站，车站中心位于中科路与张江路的交叉路口下，沿中科路东西向布置。张江路为南北向的交通主干道，红线宽度为32m；中科路为城市次干道，红线宽度约为24m。车站周边均为商住用地为主。车站中部有一条约30m 宽的横沔港河横穿车站主体上方，并将车站站厅层分隔为东、西两部分。

本站为地下二层岛式车站，其中地下一层为站厅层，地下二层为站台层。车站外包总长491.0m、总宽20.9m，站台计算长度为140m。车站设置站后双停车折返线。车站主体为明挖法施工，左端区间为盾构法施工，左端为盾构接收[1]。

1.2 周边环境条件

1.2.1 周边建（构）筑物

车站西北角、西南角为已建成的川杨新苑小区，小区内为多幢地面六层砖混结构，基础形式为φ400mm 预应力管桩，桩长20m，距西端头井基坑最近约16.9m。

车站北侧为在建中的张江市民中心，为地面二层建筑，基础形式为300mm×300mm 先张法预应力混凝土空心方桩，桩长28m，距标准段基坑最近约11.1m。车站南侧为在建中的张江二号动迁基地配套幼儿园，为地面三层建筑，基础形式为400mm×400mm 先张法预应力混凝土空心方桩，桩长27m，距标准段基坑最近约10.6m。预计车站开工时建筑物均已建成，车站基坑开挖需要对其进行保护。

车站中部下穿宽度为30m 的横沔港，并与横沔港上的横沔港桥合建，车站施工期间横沔港拟断航不断流，故基坑施工需考虑河道临时绕流并设置围堰。

车站东部为已建成的张江动迁基地小区，东部南侧基坑紧邻小区的沿街商铺，为地面三层砖混结构建筑，基础形式为φ400mm 预应力管桩，桩长22m，距标准段基坑最近约6.5m。

1.2.2 周边管线

车站主体基坑上方主要管线有φ600mm 混凝土雨水管、φ300mm 混凝土污水管、φ800mm 混凝土雨水管、φ200mm PE 天然气管、信息36 孔/非开挖光纤、φ500mm 铸铁上水管、27 孔电力管等，在车站主体结构施工期间，中科路东西向布置管线往车站主体基坑南北两侧迁改临排，待完成主体结构施工后复位；张江路南北向布置管线需进行迁改临排，有1 根DN300mm 污水管（混凝土）（管内底标高约为2.47m）规划管线在车站顶板上方，车站局部顶板落低处理。

1.3 地质情况

根据详勘揭露，拟建场地在勘察揭露的60.45m 深度范围内，均为第四纪松散沉积物，属第四系河口、滨海、浅海、沼泽相沉积层，主要由饱和粘性土、粉性土以及砂土组成，一般具有成层分布特点。

本工程范围土层分别为①1 杂填土、②粉质粘土、③淤泥质粉质粘土、④淤泥质粘土、⑤1 粘土、⑤3-1 粉质粘土、⑤3t 粉质粘土夹粘质粉土、⑤4粉质粘土、⑦1 粉砂、⑦2 粉砂层。其中⑤3t 层为微承压水层，⑦2 层为承压水层。车站标准段底板位于④灰色淤泥质粘土，端头井底板位于⑤1 粘土。

2 实施难点分析

2.1 车站周边环境的影响

车站基坑周边环境较复杂，③西号坑南侧为距离标准段基坑南侧约10.6m 的张江二号动迁基地配套幼儿园，北侧为张江市民中心广场，广场上的二层张江市民中心活动厅距离标准段基坑北侧约11.8m；车站⑤号基坑南侧为三层商铺，最近的距基坑约6m；车站①号坑西侧为已建成的川杨新苑小区，车站西端头井端部距小区建筑最小距离约为16.9m；道路下方管线均贴车站基坑进行临迁。且车站基坑总长491m，属于长基坑，如何合理的进行基坑分坑、工程筹划安排，对减小基坑开挖对环境的影响至关重要[2]。

2.2 远期规划线网的布置及交通、管线的限制

张江路道路红线32m，路口段车站最宽处达28m，车站基坑基本占据了张江路路幅，且在张江路下方拟预留与远期24 号线通道换乘的条件，车站施工期间张江路的交通和管线、张江路路口的临时封堵墙设置为车站基坑设计难题。

2.3 横跨车站河道的导流

车站中部有一条约30m 宽的横沔港河横穿车站主体上方，由于横沔港是浦东新区中部的主要引排水河道，根据地区防汛除涝要求不允许断流施工，基坑开挖期间如何合理的基坑分坑，对确保整个水系的连通至关重要[3]。

3 车站基坑开挖时序设计

3.1 合理分坑，分块化施工，减小基坑开挖对周边建筑物及管线的影响

由于车站较长，场地较大，方案首先确立将张江路交通向道路东侧的②号基坑进行导改，管线同步向道路东侧进行改移。在张江路路中设置1 号封堵墙，先行实施1 号封堵墙西侧的①号坑，既能满足张江路的交通及管线需求，又能满足车站西端头井为接收井的节点要求。

满足横沔港东侧导流河的预留条件，导流河东侧设置5 号封堵墙，划分出的⑤号坑现场具备条件先行实施。

为保证施工节点的要求，尽量缩小二期基坑的布置，在②号坑东侧设置2 号封堵墙，④号坑西侧设置4 号封堵墙；为减小基坑开挖期间对基坑南侧的张江二号动迁基地配套幼儿园的影响，将③号坑划分为③西、③东号坑两个基坑实施，在③号坑中间设置3 号封堵墙。张江路站分坑总平布置图见图1。

图1 张江路站分坑总平布置图

3.2 合理设置路口基坑分坑，解决张江路交通、管线及远期预留难题

沿张江路平行布置的远期规划24 号线下穿张江路站，与车站非垂直布置，存在约76°的夹角，综合比较了地下连续墙、钻孔灌注桩、SMW 工法等工法，最终确定了预留远期盾构下穿条件的换乘节点处基坑采用800mm 厚地墙作为基坑围护结构，盾构穿越段地墙钢筋采用玻璃纤维加强筋（GFRP筋），地墙垂直于规划线路布置。路中处临时封堵墙平行张江路设置，分坑以满足张江路交通导改及管线迁改。

①号坑实施完成后，先行实施①号坑南北两侧2 号风亭4 号出入口及3号出入口局部逆做顶板，将原导改至②号坑的管线永迁至已完成的主体①号坑及逆做顶板上方，以减少管线的多次改移，缩短施工工期，降低造价。

3.3 临时导流河设置，实现水系连通，保障横沔港区域防汛除涝安全畅通

为满足地区防汛除涝要求，基坑开挖期间横沔港“断航不断流”，施工车站施工期间需对横穿的横沔港河进行导流，在车站两侧约30m 处的河道范围设置围堰，围堰与车站范围进行粘土回填，并压实处理，作为施工便道及施工场地。考虑车站③东号坑开挖时支撑的后靠，在距④号坑月8m 处，设置宽10m 临时导流河。待③东号坑实施完成河道恢复后，④号坑开挖前需对临时导流河粘土回填，并压实处理。由于车站位于道路下方，穿越横沔港时与规划道路合建，结合地下车站与桥梁的关系及结构特点，经过综合比选，地铁车站和桥梁结构设置为合建的结构体系，以满足后期的使用功能。

3.4 基坑上方设置临时栈桥，减少围挡与幼儿园之间的距离

车站标准段基坑南侧距离张江二号动迁基地配套幼儿园最近约10.6m，考虑车站开挖期间尽量减小对幼儿园建筑物及课间的影响，施工围挡尽可能远离幼儿园布置，车站基坑上方设置临时路面系统以供场地内交通使用，同时为满足幼儿园提出的保证儿童上课和休息噪音的影响，在场地交界处挡墙上增设声屏障。

4 车站基坑开挖工况设计

标准段基坑深约为16.2～17.1m，坑底位于⑤1 层粘土层，局部为④淤泥质土层，采用800mm 厚地下连续墙+400mm 厚双层衬砌结构，墙长40m（含10m 绕流段地墙）。西端头井基坑深为17.8m，坑底位于⑤1 层粘土层，采用800mm 厚地下连续墙+600mm 厚双层衬砌结构，墙长40m（含8m 绕流段地墙）。

车站标准段基坑沿基坑深度方向设置五道支撑，第一道为钢筋混凝土支撑其余为φ609mm，t=16mm 钢支撑。

考虑到本工程基坑底面下为第④、⑤1 层软粘性土，该层土具较明显触变及流变特性，在动力作用下土体强度极易降低。深基坑开挖后土体会有一定的回弹，对基坑支护结构、周围邻近已有建（构）筑物、地下管线等产生不利影响。因此标准段坑内采用三重管高压旋喷桩进行抽条地基加固，加固间隔3m、宽度3m、深度为3m。

根据区域地质资料，基坑开挖期间有影响的微承压水层为⑤3t 层，第⑤3t 层微承压水水头埋深一般为3～11m，对于微承压含水⑤3t 层，主体基坑有突涌可能，需降水处理，考虑车站周边建筑物复杂且较密集，本基坑围护地墙做加长处理，将该层隔断。

标准段基坑的开挖顺序为：（1）施工导墙、地下连续墙、冠梁及立柱桩，进行地基加固；（2）实施基坑降水，开挖基坑，浇筑第一道钢筋混凝土支撑；（3）待第一道钢筋混凝土支撑达到设计强度后，随开挖随架设第二、三、四、五道钢支撑；（4）继续开挖至基坑坑底设计标高处，施工底板垫层、底板结构；（5）待底板结构达到设计强度后拆除第五道钢支撑，施工侧墙至第四道钢支撑下；（6）架设第四道钢支撑换撑，拆除第四道钢支撑，施工侧墙和中板结构；（7）拆除第二道钢支撑，第三道钢支撑，施工侧墙和顶板结构，铺设防水层；（8）拆除第四道钢支撑，回填基坑至第一道钢筋混凝土支撑下，凿除第一道钢筋混凝土支撑，恢复路面。

车站围护结构的计算软件采用同济启明星（FRWS）。地下墙和内部结构计算模型为支承在弹性地基上的平面框架结构，按平面变形问题考虑，沿结构纵向取1m 单位宽度，框架底下土抗力用土弹簧模拟。地下墙按基坑开挖、支撑、回筑内部结构、拆撑的施工过程等工况进行内力计算。围护结构开挖阶段计算时必须计入结构的先期位移值以及支撑的变形，按“先变形，后支撑”的原则进行结构分析计算[4]。车站标准段计算结果如图2 所示。

图2 车站标准段计算结果

从上图可看出，车站基坑地下墙的最大位移为19.7mm≤0.14%H=0.14%×16.24=22.7mm（H 为基坑开挖深度）；车站基坑在开挖过程中地下墙变形满足一级环境保护等级的要求[5]。

5 车站基坑开挖对既有建构筑物的影响分析

为进一步分析基坑开挖过程对周围既有建筑物的影响，在基坑开挖过程中对周边建筑物变形进行了分析，计算时采用了同济启明星软件基坑开挖环境影响分析软件JK-3E 1.0，计算结果如下。

5.1 车站西侧标准段基坑对张江二号动迁基地配套幼儿园地面三层建筑的影响

5.1.1 数据模型

采用同济启明星软件基坑开挖环境影响分析软件JK-3E 1.0 对基坑开挖对张江二号动迁基地配套幼儿园地面三层建筑的影响进行分析，预测其的变形、内力及地面沉降。张江二号动迁基地配套幼儿园地面三层建筑的基桩数据如表1 所示。

表1 基桩数据

5.1.2 计算结果。如表2 所示。

表2 计算结果汇总

5.2 东侧标准段基坑对张江动迁基地小区的沿街商铺影响

5.2.1 数据模型

采用同济启明星软件基坑开挖环境影响分析软件JK-3E 1.0 对基坑开挖对张江动迁基地小区的沿街商铺的影响进行分析，预测其基础变形、内力及地面沉降。张江动迁基地小区的沿街商铺基础数据如表3 所示。

表3 沿街商铺基础数据

5.2.2 计算结果。如表4 所示。

表4 计算结果汇总

6 结束语

通过本工程基坑与周边环境条件关系、施工顺序、工程地质、水文地质的认真分析与研究，对车站工筹及开挖时序进行梳理，结论如下：

（1）对于超长基坑，周边建筑物及管线复杂的情况，为控制基坑变形及周边建筑物沉降，结合现场筹划，需将基坑分坑实施。

（2）在车站土方开挖前需充分做好施工组织设计，力争各个环节高效衔接，缩短基坑暴露时间。对重点工序要多方案比选，并有可行的备选方案，以应对施工过程中的突发事件。

（3）设计过程中比选合适的方案，将方案由通用性转化为特有性，制定切实可行的设计方案。

（4）前期应与相关部门做好充分的沟通，充分了解各个行政部门的需求及要求，比如河道是否可断流或断航，交通疏解的要求等，尽快固化设计方案。

（5）设计单位和施工单位需密切配合，做到信息及时反馈、准确预判、及时调整。