姜志威

（廣州同捷交通工程咨詢有限公司，廣東 廣州 510140）

0 引言

上海作為我國最早建設(shè)地鐵的城市之一，目前上海已開通運營了15條軌道交通線路，為進一步完善軌道交通網(wǎng)絡(luò)，上海軌道交通18號線作為上海新一輪軌道交通規(guī)劃線路之一，起著連接寶山、楊浦、浦東三區(qū)的重要作用。當(dāng)線路位于遠(yuǎn)郊區(qū)域時，由于區(qū)間距離較長，而高峰時期列車發(fā)車間隔較短，因而需要在較長時間范圍內(nèi)設(shè)置中間風(fēng)井。針對地鐵風(fēng)井的設(shè)計也已有諸多學(xué)者進行了研究[1，2]。

1 工程概況

上海軌道交通18號線一期工程滬南公路站～御橋站區(qū)間全長約2.87 km，區(qū)間起訖里程為XK11+919.944～XK14+793.403；在滬南公路與外環(huán)高速路路口西南側(cè)的綠地內(nèi)設(shè)有一座中間風(fēng)井，風(fēng)井中心里程為XK12+878.052。該風(fēng)井周邊環(huán)境較為復(fù)雜，風(fēng)井北側(cè)為DN273航油管線，風(fēng)井南側(cè)為擬規(guī)劃外環(huán)河道，風(fēng)井東側(cè)為滬南公路，風(fēng)井西南側(cè)為DN800污水管，滬南公路現(xiàn)狀下方市政管線密集。受擬規(guī)劃河道的影響，風(fēng)井南側(cè)為地下兩層結(jié)構(gòu)，北側(cè)為地下三層結(jié)構(gòu)。風(fēng)井東西向長約44 m，南北向?qū)捈s28.1～30.5 m，基坑開挖深度約25.7 m，采用明挖順作法施工。風(fēng)井的平面布置及剖面布置見圖1、圖2。

圖1 滬～御中間風(fēng)井平面布置圖

1.1 工程地質(zhì)

中間風(fēng)井?dāng)M建場地區(qū)域地層自上而下依次為①1人工填土、③灰色淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（局部夾③j灰色砂質(zhì)粉土）、④灰色淤泥質(zhì)黏土、⑤11灰色黏土（局部夾⑤1t灰色粉砂夾粉質(zhì)黏土）、⑤12灰色粉質(zhì)黏土、⑤31a灰色粉質(zhì)黏土夾粉砂、⑤32a灰色砂質(zhì)粉土夾粉質(zhì)黏土、⑤32b灰色粉砂夾粉質(zhì)黏土、⑤33灰色黏土、⑦2灰黃～灰色粉細(xì)砂。主要土層的物理力學(xué)參數(shù)見表1。

1.2 水文地質(zhì)

擬建場區(qū)地下水主要包括賦存于淺部土層的潛水，賦存于⑤1t、⑤32a、⑤32b層的微承壓水及⑦2層的承壓水，其中⑤1t層為⑤11與⑤12層之間的夾層，不與其他承壓水層連通，⑤32a層與⑤32b層相鄰連通，⑤32b層與⑦2層局部連通；⑤32b層底埋深約57.5 m，⑦2層層頂埋深約 57.5～58.5 m（未揭穿）；潛水水位埋深0.90～1.1 0m，承壓水水位埋深一般3.0 ～12.0 m。

2 風(fēng)井設(shè)計重難點分析

（1）基坑開挖深度大

基坑北側(cè)的航油管線埋深約8.7～10.3 m，根據(jù)航油管線保護要求，區(qū)間隧道頂距航油管線的凈距不應(yīng)小于5 m，區(qū)間隧道埋深增加，導(dǎo)致風(fēng)井開挖深度大于常規(guī)區(qū)間風(fēng)井開挖深度，本工程風(fēng)井基坑開挖深度約25.7 m。

（2）鄰近管線較多

風(fēng)井現(xiàn)狀周邊的管線較多，DN273航油管線距基坑最近距離約16.4 m，DN800污水管距基坑最近距離15.3 m，DN500高壓燃?xì)夤芪挥陲L(fēng)井范圍（施工階段臨排至風(fēng)井西側(cè)），此外還有較多電纜、給水、通信等市政管線緊鄰或上跨風(fēng)井，現(xiàn)場根據(jù)實際情況，距離較近及位于風(fēng)井上方的管線臨排至風(fēng)井滬南公路東側(cè)。

（3）不良地質(zhì)

擬建場地淺部地層中局部有③j灰色砂質(zhì)粉土層，層厚約2.5～4.5 m；該土層容易影響地下連續(xù)墻的成槽質(zhì)量。

（4）承壓水位高

影響本基坑的主要為⑤32a、⑤32b微承壓水層，且⑤32b層局部與⑦2承壓水層連通，按實測5.92 m及最不利3 m承壓水水頭埋深計算時，基坑在開挖過程中會發(fā)生突涌，因此基坑開挖過程中應(yīng)進行降承壓水作業(yè)[3]。

（5）預(yù)留遠(yuǎn)期線路盾構(gòu)下穿條件

根據(jù)機場快線規(guī)劃方案，規(guī)劃線路需要穿越現(xiàn)狀風(fēng)井區(qū)域；且由于風(fēng)井北側(cè)為航油管線及外環(huán)高速橋樁，南側(cè)為規(guī)劃外環(huán)南河、申花足球地塊，線路調(diào)整空間較小。因此，在風(fēng)井設(shè)計過程中需要考慮為遠(yuǎn)期盾構(gòu)下穿預(yù)留條件。

3 圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計及周邊環(huán)境影響分析

3.1 圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計

該風(fēng)井基坑開挖深度約25.7 m，安全等級為一級，結(jié)合場地土層特性及上海工程經(jīng)驗，綜合考慮經(jīng)濟、安全等因素，擬采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐作為圍護支撐體系。其中地墻厚度1.2 m，地墻長度53.5 m（含7 m素混凝土段），沿基坑縱向共設(shè)置了七道支撐，其中第一、四道支撐為鋼筋混凝土支撐（第一道支撐尺寸為0.8 m×0.8 m，第四道支撐尺寸為1 m×1 m），其余為鋼管支撐（第七道為壁厚20 mm的Φ800 mm鋼管支撐，其余為壁厚16 mm的Φ609 mm鋼管支撐）。

表1 各土層物理力學(xué)性質(zhì)參數(shù)表

（1）坑內(nèi)土層加固

由于基坑開挖深度較大，坑底位于⑤12層，開挖范圍內(nèi)④層淤泥質(zhì)土層較厚（7～9 m），為降低開挖時的風(fēng)險，坑內(nèi)采用旋噴樁進行兩層裙邊+抽條加固。第一層加固體位于第四道鋼筋混凝土支撐中心處，第二層加固體位于坑底，加固層厚均為3 m。旋噴樁加固體28 d齡期無側(cè)限抗壓強度qu≥1.0 MPa。

（2）不良地質(zhì)處理

為防止地墻沉槽過程中③j灰色砂質(zhì)粉土層范圍內(nèi)出現(xiàn)塌孔等問題，在地下連續(xù)墻兩側(cè)采用三軸攪拌樁進行預(yù)加固，加固深度至③j層層底下約1.5 m，確保地下連續(xù)墻的沉槽施工質(zhì)量。

（3）承壓水處理

本工程擬采用懸掛止水帷幕+減壓降水相結(jié)合的技術(shù)處理方案，確?？觾?nèi)承壓水位降低至安全高度以下，實現(xiàn)“按需降水”，且該方法也已在工程實踐中得到了廣泛的應(yīng)用[4-7]，且根據(jù)《上海市基坑工程技術(shù)規(guī)范》（DJ/TJ08-61-2010）[8]中的規(guī)定，當(dāng)隔水帷幕進入承壓水層長度大于9 m時，可采用坑內(nèi)降水方案。本工程中的地墻受力計算所需長度的基礎(chǔ)上再增加了7 m長素混凝土段作為止水帷幕，地墻進入承壓水層的長度約10～13 m，并在坑內(nèi)設(shè)置了承壓水降水井，增加了承壓水的補償滲流路徑，確保施工過程采取有效降水措施后不會發(fā)生突涌；此外，在坑外航油管等重點區(qū)域設(shè)置回灌井，減小降水過程中對重要管線的影響。

（4）地下連續(xù)墻預(yù)留下穿條件

為便于后期機場快線穿越風(fēng)井底板下東西兩側(cè)地墻，結(jié)合基坑設(shè)計計算結(jié)果，在底板下3 m至墻底范圍地墻內(nèi)力較小，因此在風(fēng)井東西兩側(cè)地墻自底板下3 m至墻底范圍均采用玻璃纖維筋[10]（GFRP），且此范圍混凝土標(biāo)號調(diào)整至C30；考慮到十字鋼板等剛性接頭后期切割困難，而根據(jù)現(xiàn)場施工經(jīng)驗，GXJ橡膠接頭在地墻長度大于40 m時，接頭箱在拔出的過程中容易導(dǎo)致橡膠帶斷裂，因此，東西兩側(cè)地墻擬采用鎖口管接頭，南北兩側(cè)采用十字鋼板接頭。此外，在后期機場快線盾構(gòu)穿越施工過程中為確保盾構(gòu)均勻、同步切割地墻，在切割面處，盾構(gòu)軸線應(yīng)與地墻垂直。

3.2 周邊環(huán)境影響分析

為準(zhǔn)確反映基坑開挖過程中對周邊管線等的影響，采用有限元軟件對基坑開挖過程及周邊管線的附加變形進行模擬分析。本次模擬分析主要針對一倍基坑開挖深度范圍內(nèi)的管線。結(jié)合簡化的計算剖面，建立平面模型進行模擬分析。

（1）計算本構(gòu)模型及單元

本次分析中土體采用了修正莫爾庫倫模型，地下連續(xù)墻、支撐采用線彈性模型。土體參數(shù)根據(jù)勘察報告提供的各土層參數(shù)選用（加固范圍內(nèi)的土體按加固體強度指標(biāo)選用）。

采用三角形、四邊形單元模擬土體，采用梁單元模擬地下連續(xù)墻、混凝土支撐，采用桁架單元模擬鋼管支撐，采用梁單元模擬管線。地下連續(xù)墻和土體之間采用接觸單元進行模擬。

（2）計算區(qū)域及計算邊界

豎直影響深度取至坑底下大于2H（H為基坑開挖深度），水平影響范圍一般為不小于4H（H為基坑開挖深度）。由于基坑變形為對稱變形，計算分析過程中可取一半作為計算區(qū)域，模型尺寸為70 m×100 m（深度×寬度），底部施加X、Y兩個方向約束，兩側(cè)邊施加X方向約束。

（3）開挖工況模擬

為了真實的反映基坑開挖過程中的變形，需要對整個開挖過程進行模擬。通過鈍化某一區(qū)域的土體單元達到模擬開挖該范圍土體的效果；通過激活支撐單元，可實現(xiàn)加撐過程的模擬。

（4）計算模型及計算結(jié)果（見圖3～圖6）

圖3 基坑開挖有限元計算模型

圖4 基坑開挖至坑底時土體水平位移圖

圖5 基坑開挖至坑底時土體豎向位移圖

圖6 基坑開挖至坑底時鄰近管線豎向位移圖

根據(jù)以上計算結(jié)果可知，風(fēng)井開挖至設(shè)計標(biāo)高時，地面最大沉降為10.4 mm，圍護墻最大側(cè)向變形為36.5 mm，DN800污水管線的最大沉降9.3 mm，DN273航油管的沉降為8.9 mm，滿足基坑環(huán)境保護等級一級的變形控制值。

4 結(jié) 語

由于滬南公路站—御橋站區(qū)間主要沿著滬南公路走行，中間風(fēng)井選址難度大，本風(fēng)井周邊環(huán)境條件復(fù)雜，施工難度。目前中間風(fēng)井已順利完成了基坑的開挖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)回筑的施工。根據(jù)現(xiàn)場反饋的監(jiān)測數(shù)據(jù)，圍護墻體的變形、地表沉降以及航油管等市政管線的沉降變形均處于有效控制范圍內(nèi)。本工程的設(shè)計思路及設(shè)計方案也可為今后類似工程提供借鑒。