宋建禹

(中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430056)

0 引言

在我國(guó)濱?；蚺R江地區(qū)，普遍發(fā)育著多層厚度穩(wěn)定的承壓含水層。隨著城市軌道交通的不斷發(fā)展，尤其是跨江越河水下隧道的興建，必然出現(xiàn)在承壓水頭高、水量豐富的臨江地區(qū)開(kāi)挖基坑的現(xiàn)象，而對(duì)臨江高承壓水基坑選擇合理可行的支護(hù)方案一直是工程建設(shè)中的難點(diǎn)與關(guān)鍵點(diǎn)。

工程實(shí)踐中對(duì)承壓含水層基坑開(kāi)挖所采取的措施包括隔水、降壓或坑底加固封底等技術(shù)措施[1-9]。上述廣泛采用的3種承壓水處理措施對(duì)開(kāi)挖深度較小、隔水帷幕能完全穿透承壓含水層的基坑工程是適用的，但對(duì)高承壓含水層、基坑開(kāi)挖深度大的復(fù)雜基坑工程，則存在著一定的局限性。杭州市穿越錢塘江的過(guò)江隧道工作井施工中，因?qū)β咽A礫層承壓含水層性質(zhì)沒(méi)有充分地認(rèn)識(shí)，最后導(dǎo)致以減壓降水為主的技術(shù)路線無(wú)法實(shí)施，基坑工程施工被迫改變圍護(hù)設(shè)計(jì)方案[10]；日本東京新豐洲500 kV 地下變電站對(duì)其開(kāi)挖深度約29.2 m的基坑采用了加深地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)來(lái)完全隔斷承壓含水層坑內(nèi)外水力聯(lián)系的辦法[11]；封底措施主要通過(guò)對(duì)坑底一定深度范圍內(nèi)的土體進(jìn)行加固以提高土體重度及抗剪強(qiáng)度以抵抗承壓水壓力的目的，但由于目前采用的土體加固措施對(duì)土體重度及抗剪強(qiáng)度等的改善程度極為有限，故在實(shí)際工程中很少采用。

針對(duì)高承壓水超深基坑開(kāi)挖的情況，國(guó)外一般采取隔斷或降水+回灌的方法，2000年，東京營(yíng)團(tuán)地鐵半藏門線住吉站的高承壓含水層開(kāi)挖采用了“降水+回灌”的方法，成功完成了基坑深度達(dá)37 m的地鐵基坑實(shí)施開(kāi)挖施工。結(jié)合隔斷或降水+回灌的思路[12-16]，本文以福州地鐵2號(hào)線厚庭站—桔園洲站區(qū)間風(fēng)井為依托，針對(duì)高承壓水給臨江超深基坑帶來(lái)的設(shè)計(jì)和施工風(fēng)險(xiǎn)，提出將基坑分2級(jí)開(kāi)挖，其中第1級(jí)基坑采用常規(guī)隔水干開(kāi)挖、第二級(jí)基坑采用水下開(kāi)挖及水下素混凝土封底的技術(shù)方案，并對(duì)該方案實(shí)施方法進(jìn)行理論及實(shí)測(cè)分析，以期為今后類似工程的設(shè)計(jì)提供借鑒。

1 工程概況

福州市地鐵2號(hào)線厚庭站—桔園洲站區(qū)間中間風(fēng)井位于閩江南港東岸防洪堤與三環(huán)快速路之間(見(jiàn)圖1)。風(fēng)井基坑為矩形，長(zhǎng)24.2 m，寬16.3 m，深約41.6 m。風(fēng)井北側(cè)有金山區(qū)燃?xì)庵修D(zhuǎn)站1座，風(fēng)井圍護(hù)外緣離防洪堤約3 m，距離煤氣中轉(zhuǎn)站約36 m，距離DN400次高壓煤氣管約14.11 m。

圖1 風(fēng)井位置示意(單位：m)Fig.1 Sketch of ventilation shaft location (unit: m)

1.1 工程地質(zhì)條件

風(fēng)井所處場(chǎng)地土層主要以稍密—中密粗中砂和中密—密實(shí)(粒徑3～13 cm)卵石層為主。風(fēng)井基坑土層分布情況具體見(jiàn)圖2，土層物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

圖2 風(fēng)井處土層分布Fig.2 Soil distribution of ventilation shaft

表1 土層物理力學(xué)參數(shù)Table 1 Physico-mechanical parameters of soils

由圖2可以看出，基坑底以上土層自上而下依次為：〈1-2〉雜填土，平均層4.1 m；〈1-1〉素填土，平均層6.6 m；〈2-4-4〉淤泥夾砂，平均層1.7 m；〈2-5-2〉粗中砂(稍密)，平均層5.3 m；〈2-5-2〉粗中砂(中密)，平均層21.6 m。基坑底以下土層為：〈3-8〉卵石，平均層24.9 m。

1.2 水文地質(zhì)條件

風(fēng)井所處的場(chǎng)地地下水主要為第四系松散巖類孔隙潛水和基巖裂隙承壓水。其中，孔隙潛水的含水介質(zhì)為填土層，其滲透性差，含水量貧乏，埋深3.40～5.66 m，水位標(biāo)高3.40～8.13 m；水位受季節(jié)及氣候影響明顯，汛期一般發(fā)生在4—9月，較大洪水多出現(xiàn)在5—7月，主要接受大氣降水和農(nóng)田灌溉水的入滲補(bǔ)給。根據(jù)水文地質(zhì)試驗(yàn)，滲透系數(shù)0.3 m/d。

孔隙承壓水場(chǎng)地內(nèi)均有分布，含水介質(zhì)主要為粗中砂和卵石層，滲透系數(shù)達(dá)到55 m/d，滲透性及富水性好；主要接受臨近地下水補(bǔ)給，與烏龍江江水存在直接水力聯(lián)系。

1.3 支護(hù)結(jié)構(gòu)方案比選

初步設(shè)計(jì)階段，風(fēng)井基坑采用了懸掛式支護(hù)結(jié)構(gòu)+減壓降水的蓋挖法施工方案，支護(hù)形式為1.2 m地下連續(xù)墻(兼作疊合墻)+1道混凝土支撐(地面處)+1道鋼支撐(底板與中板之間)；主體為地下5層3跨框架結(jié)構(gòu),具體見(jiàn)圖3(a)。

鑒于本風(fēng)井所處的沖淤積地貌特征及場(chǎng)址地面環(huán)境因素(緊鄰烏龍江江堤、三環(huán)快速路路基以及燃?xì)庵修D(zhuǎn)站)，因此初步設(shè)計(jì)方案存在降水施工引起周邊構(gòu)筑物沉降較大的風(fēng)險(xiǎn)。施工圖階段對(duì)距離風(fēng)井約820 m處桔園洲站降水試驗(yàn)采集的水文參數(shù)如下：?jiǎn)慰子克?20 m3/h，綜合滲透系數(shù)105 m/d。綜合分析考慮本風(fēng)井距烏龍江更近(約55 m)且與江水水力聯(lián)系更為緊密，通過(guò)多次研究分析后，將風(fēng)井建筑方案由初設(shè)的地下5層調(diào)整為地面1層+地下3層，基坑分2級(jí)開(kāi)挖，第1級(jí)基坑為地面至地下3層部分，采用常規(guī)降水加內(nèi)支撐；第2級(jí)基坑為地下3層以下部分，采用水下開(kāi)挖并回填素混凝土，具體見(jiàn)圖3(b)。

(a) 方案1

(b) 方案2圖3 基坑支護(hù)和開(kāi)挖方案(單位：mm)Fig.3 Sketches of support and excavation scheme for foundation pit (unit: mm)

2 支護(hù)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

2.1 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)合風(fēng)井基坑周邊環(huán)境、地質(zhì)條件及福州地區(qū)慣用的施工方法，本風(fēng)井基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)采用1.2 m厚地下連續(xù)墻，基坑分2級(jí)開(kāi)挖。

1)第1級(jí)基坑從地面開(kāi)挖至23.6 m深，采用水平封底后降水開(kāi)挖，內(nèi)支撐采用5道鋼筋混凝土，具體見(jiàn)圖4(a)。

2)第2級(jí)基坑從23.6 m深開(kāi)挖至41.6 m深，開(kāi)挖深度為18 m，采用水下分層開(kāi)挖。要求在開(kāi)挖過(guò)程中，坑內(nèi)泥漿液面(比重不得小于1.1 g/mm3)高于坑外地下水位在1.5 m以上，具體見(jiàn)圖4(b)。

(a) 第1級(jí)基坑剖面

(b) 第2級(jí)基坑剖面

圖4基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方案示意(單位：mm)
Fig.4 Profiles of foundation pit (unit: mm)

2.2 基坑封底設(shè)計(jì)

考慮附屬結(jié)構(gòu)修建過(guò)程中，第2級(jí)基坑結(jié)構(gòu)底部承受的承壓水壓力最大為416 kPa，為保證工程順利實(shí)施，通過(guò)多方案比選，采用如下措施確保附屬結(jié)構(gòu)施工的安全。

1)第1級(jí)基坑開(kāi)挖前對(duì)第2級(jí)基坑坑底8 m范圍內(nèi)的土體采用φ1 100 mm@850 mm三重超高壓旋噴樁進(jìn)行加固。

2)第2級(jí)基坑底水下澆筑4 m厚C35素混凝土，以確保施工井內(nèi)附屬結(jié)構(gòu)坑底具有足夠抵抗高承壓水的能力。

3)在C35封底混凝土至第1級(jí)基坑主體結(jié)構(gòu)底板區(qū)域采用水下分層澆筑C20素混凝土，以增加盾構(gòu)穿越過(guò)程中對(duì)地連墻的支撐作用，確保整個(gè)基坑的穩(wěn)定與安全；此外，采用C20素混凝土也可降低盾構(gòu)穿越時(shí)切削素混凝土的難度與風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 內(nèi)部結(jié)構(gòu)冷凍法設(shè)計(jì)

為保證第2級(jí)基坑內(nèi)附屬結(jié)構(gòu)施工的安全，封堵沿隧道推進(jìn)方向的滲水通道，在鑿除內(nèi)部C20素混凝土之前，需對(duì)附屬結(jié)構(gòu)與區(qū)間連接洞門處進(jìn)行凍結(jié)加固[17]，待附屬結(jié)構(gòu)施工完畢，停止凍結(jié)，凍結(jié)壁徑向有效厚度為1.2 m，縱向有效厚度為1.6 m，具體見(jiàn)圖5。

(a) A-A剖面

(b) B-B剖面

2.4 基坑施工工序設(shè)計(jì)

合理的基坑施工工序能顯著的改善支護(hù)結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)、減少支護(hù)結(jié)構(gòu)變形及由于基坑開(kāi)挖引起的地表沉降等問(wèn)題。根據(jù)區(qū)間風(fēng)井基坑的特點(diǎn)，采取了如下施工工序。

1)平整場(chǎng)地。施工盾構(gòu)進(jìn)出洞端端頭加固、連續(xù)墻槽壁加固、導(dǎo)墻、基底加固；澆筑地下連續(xù)墻并施工頂冠梁和擋土墻；在第1級(jí)基坑開(kāi)挖前施作降水井進(jìn)行疏干降水，確?？觾?nèi)水位降到第1級(jí)基坑坑底后由上而下依次分層開(kāi)挖并及時(shí)澆筑腰梁和混凝土支撐，如此循環(huán)開(kāi)挖至23.6 m處，如圖6(a)所示。

2)待第5道支撐達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，向坑內(nèi)灌泥漿；第2級(jí)基坑由上而下依次分層水下開(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高，如圖6(b)所示。

3)對(duì)第2級(jí)基坑底障礙物、殘留泥砂和地連墻內(nèi)壁進(jìn)行清理，確保第2級(jí)基坑底無(wú)沉渣、地連墻內(nèi)壁無(wú)泥沙殘留。對(duì)第2級(jí)基坑底水下澆筑4 m厚C35素混凝土；待達(dá)到強(qiáng)度后，水下分層澆筑C20水下素混凝土至第1級(jí)基坑底；鋪設(shè)第1級(jí)基坑底板防水層，并由下而上施作第1級(jí)基坑內(nèi)結(jié)構(gòu)底板及內(nèi)襯墻,如圖6(c)所示。

4)盾構(gòu)切削含玻璃纖維筋的地連墻穿越風(fēng)井；待盾構(gòu)穿越后在風(fēng)井兩側(cè)沿垂直于隧道管片方向布置1圈凍結(jié)管，如圖6(d)所示。最后拆除盾構(gòu)管片并分層挖除活塞下方附屬結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)的加固素混凝土并施作第2級(jí)基坑內(nèi)的附屬結(jié)構(gòu)。

3 支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果及分析

3.1 坑底抗突涌穩(wěn)定性計(jì)算

由于第2級(jí)基坑采用水下開(kāi)挖，因此無(wú)需驗(yàn)算坑底抗突涌穩(wěn)定性；第1級(jí)基坑風(fēng)井采用常規(guī)開(kāi)挖方式且坑底處于強(qiáng)透水的粗中砂，需驗(yàn)算其抗突涌是否滿足要求。本工程在考慮一定安全儲(chǔ)備的基礎(chǔ)上偏安全地取最高潛水位為8.5 m，承壓含水層頂面至坑底的土層厚度為18 m，承壓水含水層頂面的壓力水頭高度為36 m，水的重度為10 kN/m3，承壓含水層頂面至坑底土層的天然重度為23 kN/m3，經(jīng)計(jì)算，第1級(jí)基坑抗突涌安全系數(shù)Kh=1.15，滿足要求。

(a) 開(kāi)挖至23.6 m

(b) 灌注泥漿并基坑開(kāi)挖

(c) 澆筑C20水下素混凝土

(d) 布置凍結(jié)管

3.2 風(fēng)井涌水量估算

數(shù)值法通過(guò)程序化運(yùn)算可模擬不同復(fù)雜條件下的地下水流狀況，能有效解決隔水帷幕、各類邊界等對(duì)地下水流動(dòng)造成的影響。本次借助Visual Modflow軟件進(jìn)行計(jì)算，土層參數(shù)見(jiàn)表1。考慮到基坑南側(cè)靠近烏龍江、含水層直接接受江水補(bǔ)給，為定水頭補(bǔ)給邊界，通過(guò)試算，另外三側(cè)的影響范圍可達(dá)1 500 m以上，本次計(jì)算取1 500 m為定水頭補(bǔ)給邊界，即模擬區(qū)范圍為3 000、3 000、60 m(X、Y、Z方向)?？紤]到豐水期江水位上漲，定水頭邊界值取標(biāo)高為+7.0 m。計(jì)算模型見(jiàn)圖7。

圖7 有限元網(wǎng)格剖分圖Fig.7 Meshing sketch of finite element model

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在不考慮封底加固的情況下，風(fēng)井總涌水量約16 000 m3/d，坑外水位降深小于1.0 m；考慮封底，加固體的滲透系數(shù)考慮為5 m/d，總涌水量約8 000 m3/d，坑外水位降深最大約0.5 m。結(jié)合計(jì)算結(jié)果，建議坑內(nèi)布置5口井(4口井抽水，1口井觀測(cè)備用)，單井水量2 000 m3/d。

由以上分析可以看出，由于風(fēng)井緊臨烏龍江，承壓含水層以強(qiáng)透水的粗中砂和卵石為主，地下水補(bǔ)給豐富，采用常規(guī)開(kāi)挖方式無(wú)法保證基坑開(kāi)挖的安全。

3.3 水下素混凝土封底板驗(yàn)算

原設(shè)計(jì)從減小基坑開(kāi)挖深度和鋼筋混凝土較素混凝土受力好2方面考慮，在第2級(jí)基坑底板采用0.5 m素混凝土+1 m鋼筋混凝土。施工階段現(xiàn)場(chǎng)反饋封底混凝土板采用鋼筋混凝土存在以下問(wèn)題：1)鋼筋籠分段沉放安裝搭接質(zhì)量無(wú)法保證；2)混凝土一次性灌注容易引起鋼筋籠上浮。因此，結(jié)合計(jì)算將底板變更為4 m厚C35素混凝土。

3.3.1 封底板彎矩驗(yàn)算

經(jīng)計(jì)算，封底素混凝土彎矩值見(jiàn)圖8。

(a) Mxx彎矩

(b) Myy彎矩

由圖8可以看出，封底素混凝土板所需承受的最大彎矩：沿垂直于x軸邊單位長(zhǎng)度彎矩Mxx=551.1×1.25=688.9 kN·m；沿垂直于y軸邊單位長(zhǎng)度彎矩Myy=1 428×1.25=1 785 kN·m。

其中，截面寬度為1 000 mm、截面高度為3 500 mm、C35素混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為0.863 5、截面抵抗矩塑性影響系數(shù)為1.201，經(jīng)計(jì)算，彎矩承載力Ms=2 118 kN·m>1 785 kN·m，封底板抗彎承載力滿足要求。

3.3.2 封底板剪力驗(yàn)算

經(jīng)計(jì)算，封底素混凝土板剪應(yīng)力值見(jiàn)圖9。

(a) τzx剪應(yīng)力

(b) τzy剪應(yīng)力

由圖9可以看出，封底混凝土板沿著xz和yz平面所承受的最大剪應(yīng)力值分別為243.8 kN/m2和437.8 kN/m2，由此可得沿著xz平面剪力τzx設(shè)計(jì)值：243.8×3.5×1.25=1 066.7 kN/m；沿著yz平面剪力τzy設(shè)計(jì)值：437.8×3.5×1.25=1 915.4 kN/m。

其中，C35混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為1.57、截面高度影響系數(shù)為0.795，經(jīng)計(jì)算抗剪承載力Vs=3 058 kN/m>1 915.4 kN/m，封底板抗剪承載力滿足要求。

3.4 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)整體受力計(jì)算

考慮到區(qū)間風(fēng)井在水下開(kāi)挖階段基坑上部豎向支撐間距較密，下部豎向無(wú)支撐的情況，因此，采用FLAC3D建立風(fēng)井基坑開(kāi)挖三維有限元模型(見(jiàn)圖10)。土體采用實(shí)體單元模擬，屈服強(qiáng)度采用Drucker-Prager原則，計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表1；結(jié)構(gòu)構(gòu)件采用板殼和梁組成的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值模擬；C35鋼筋混凝土的彈性模量E=31 GPa，重度γ=23.5 kN/m3，泊松比ν=0.18。施工階段劃分見(jiàn)表2。

圖10 風(fēng)井基坑三維有限元模型Fig.10 3D finite element model of foundation pit of ventilation shaft

表2 施工階段劃分Table 2 Division of construction stages

3.4.1 支撐受力分析

8種工況下軸力最大值及出現(xiàn)位置見(jiàn)表3。

表3 施工階段各工況最大軸力統(tǒng)計(jì)表Table 3 Statistics of maximum axial force under various working conditions at construction stage

由表3可以看出，在工況1—5，最大拉力均出現(xiàn)在第1道冠梁位置，且隨著開(kāi)挖深度的增加而增大，在工況5處達(dá)到極大值124.8 kN；隨著基坑水下開(kāi)挖的進(jìn)行，在工況6(見(jiàn)圖11(a)和(b))處第5道橫撐出現(xiàn)最大拉力11 528.6 kN，經(jīng)分析，出現(xiàn)該種情況是由于基坑灌水后圍護(hù)結(jié)構(gòu)收斂變形回彈引起的；由圖11(c)可知，在工況6下第4道支撐也出現(xiàn)受拉現(xiàn)象，最大為2 985 kN；工況1—4道支撐未見(jiàn)受拉現(xiàn)象；各工況下最大壓力出現(xiàn)在工況5的第4道橫撐上，大小為-4 587.9 kN。

(a) 5道支撐軸力

(b) 第5道支撐軸力

(c) 第1—4道支撐軸力

分析各工況支撐扭矩和彎矩變化，可以看出扭矩極值出現(xiàn)在工況6的第5道支撐腰梁處，大小為286.1 kN·m(見(jiàn)圖12(a))；彎矩極值出現(xiàn)在工況6的第5道橫撐位置，大小為561.6 kN·m(見(jiàn)圖12(b))。

(a) 工況6第5道支撐腰梁扭矩

(b) 工況6第5道橫撐彎矩

圖12工況6第5道支撐扭矩和彎矩(單位：kN·m)
Fig.12 Nephograms of torque and bending moment of 5th support in condition No.6 (unit: kN·m)

3.4.2 地下連續(xù)墻內(nèi)力和變形分析

地下連續(xù)墻在工況5三維狀態(tài)下的變形及彎矩分布情況如圖13所示。

(a) 工況5水平位移(單位：m)

經(jīng)分析表明，區(qū)間風(fēng)井地下連續(xù)墻墻體位移和彎矩最大值均出現(xiàn)在工況5階段。由圖13可以看出，其大小分別為7.45 mm和2 297.33 kN·m，兩者均大于水下開(kāi)挖完成(4.53 mm和1 311.14 kN·m)和基坑排水完成(5.72 mm和1 311.14 kN·m)。由此說(shuō)明基坑在水下開(kāi)挖完成階段所采取的坑內(nèi)液面高于坑外地下水位和排水完成階段采取的水下澆筑素混凝土，起到了抵消坑外的水土壓力、改善地下連續(xù)墻受力的作用。

地下連續(xù)墻彎矩、剪力及變形在二維和三維計(jì)算中極值對(duì)比見(jiàn)表4。

由表4可以看出，考慮地下連續(xù)墻三維整體受力時(shí)的彎矩、剪力、變形比僅考慮平面桿系時(shí)均有較明顯的減?。黄渲袎w變形減小幅度最大為83%。綜合考慮風(fēng)井基坑屬于超深、緊鄰補(bǔ)給源、存在巨厚粗中砂和卵石承壓含水層且周邊環(huán)境保護(hù)要求高等特點(diǎn)，最終確定本基坑設(shè)計(jì)以二維和三維結(jié)果包絡(luò)為準(zhǔn)。

3.4.3 支護(hù)方案總體性評(píng)價(jià)

從上述計(jì)算結(jié)果以及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知，地下連續(xù)墻、鋼筋混凝土冠梁、腰梁以及支撐在施工過(guò)程中的受力狀態(tài)較好，能夠保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。其主要缺點(diǎn)在于需在49.6 m深卵石層中采用超高壓三重管旋噴樁加固地層和水下澆筑18 m厚的混凝土，兩者施工參數(shù)及技術(shù)要求較高，且后期待盾構(gòu)出洞后需在C20混凝土中施作附屬結(jié)構(gòu)，破除混凝土的工作量比較大。

4 實(shí)測(cè)結(jié)果

結(jié)合數(shù)值模擬分析結(jié)果，確定了支護(hù)結(jié)構(gòu)尺寸和配筋、封底板厚度及基坑施工順序，厚庭站—桔園洲站區(qū)間風(fēng)井基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工已于2017年5月順利完成，并在實(shí)際開(kāi)挖過(guò)程中對(duì)風(fēng)井基坑進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，結(jié)果見(jiàn)圖14和圖15。

圖14 第1級(jí)基坑混凝土支撐最大軸力歷時(shí)曲線Fig.14 Time-history curves of maximum axial force of grade 1 concrete support of foundation pit

圖15 位移累計(jì)變化量歷時(shí)曲線Fig.15 Time-history curves of accumulative displacement

由圖14可以看出，風(fēng)井基坑在開(kāi)挖過(guò)程中，第1道混凝土支撐受壓和受拉均有出現(xiàn)，其中以受壓為主，最大壓力1 865.2 kN，最大拉力為-1 118.1 kN；第2、3、4道混凝土支撐均受壓，最大值為4 386.5 kN，出現(xiàn)在第4道混凝土支撐位置，時(shí)間為2016年11月8日，即開(kāi)挖第5道混凝土支撐期間；第5道混凝土支撐在基坑開(kāi)挖過(guò)程中均受拉力，最大值為-8 718.6 kN，出現(xiàn)在2017年1月3日水下開(kāi)挖過(guò)程，此處與數(shù)值模擬結(jié)果較吻合。

由圖15可以看出，隨著風(fēng)井基坑開(kāi)挖深度的增加，地表沉降、墻頂沉降累計(jì)值均出現(xiàn)不同的增加，其中地表沉降累計(jì)值為-16.91 mm，墻頂沉降累計(jì)值為-5.79 mm；墻體變形均指向基坑內(nèi)側(cè)，在2016年12月5日達(dá)到極大值34.32 mm(水下開(kāi)挖階段)后趨于穩(wěn)定，變形值與二維數(shù)值模擬結(jié)果較吻合；土體水平位移最大值為18.36 mm；墻頂水平位移在水下開(kāi)挖之前朝基坑外側(cè)變形，水下開(kāi)挖階段朝基坑內(nèi)側(cè)變形，其最大值為12.6 mm。

5 結(jié)論與建議

1)對(duì)開(kāi)挖深度大、承壓含水層厚而導(dǎo)致隔水帷幕難以穿透承壓含水層的基坑工程，本工程突破了一般工程中的隔水、降壓或坑底加固封底的禁錮，將基坑開(kāi)挖分為第1級(jí)常規(guī)隔水干開(kāi)挖和第2級(jí)水下開(kāi)挖，避免了承壓含水層對(duì)基坑開(kāi)挖的影響，增強(qiáng)了基坑的整體穩(wěn)定性，提升了支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力性能，對(duì)類似的超深高承壓含水層基坑設(shè)計(jì)具有一定的借簽意義。

2)通過(guò)對(duì)本風(fēng)井基坑數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，基坑在水下開(kāi)挖過(guò)程容易發(fā)生由豎向支撐系統(tǒng)剛度分布不均而造成支撐結(jié)構(gòu)受拉和受扭等不利工況，此時(shí)設(shè)計(jì)需結(jié)合三維數(shù)值模擬進(jìn)行整體分析，其中支護(hù)結(jié)構(gòu)尺寸和配筋應(yīng)以二維和三維計(jì)算包絡(luò)為準(zhǔn)。

3)風(fēng)井第2級(jí)基坑在水下開(kāi)挖階段所采取的坑內(nèi)回灌泥漿和排水完成階段采取的水下澆筑素混凝土方案起到了抵消坑外水土壓力并改善地下連續(xù)墻受力效果，保證基坑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。

4)在盾構(gòu)穿越完成后、施工風(fēng)井第2級(jí)基坑內(nèi)附屬結(jié)構(gòu)時(shí)，由于盾構(gòu)管片拆除后容易造成C20水下回填的素混凝土受力狀態(tài)變化而產(chǎn)生水力通道，此時(shí)建議對(duì)附屬結(jié)構(gòu)與區(qū)間連接洞門處采取凍結(jié)加固，直至附屬結(jié)構(gòu)施工完畢。

5)水下封底混凝土的設(shè)置可承受坑底巨大的承壓水壓力，是確保工程實(shí)施的關(guān)鍵性措施。從結(jié)構(gòu)受力上考慮，鋼筋混凝土比素混凝土具有明顯的優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)施過(guò)程中存在鋼筋籠分段沉放、安裝搭接質(zhì)量無(wú)法保證及混凝土一次性灌注容易引起鋼筋籠上浮等問(wèn)題，故建議采用素混凝土板。值得強(qiáng)調(diào)的是，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)確保水下澆筑大體積混凝土的質(zhì)量，以及封底混凝土與地下連續(xù)墻之間的有效粘結(jié)。