维普资讯 http://www.cqvip.com Ｕ２９型钢弯曲现象。后改用 １８．９ｍｍ高强 锚索，加￣２０ｍｍ树脂锚杆及点焊网片等支 护新材料新工艺，巷道变形明显减少，６Ｏ～ 鼓最大值为１５７ｍｍ，两帮移近量最人值为 ２３５ｍｍ。变形量在设计要求范围内。二种支 护方案相对比，新支护方案每米巷道比原方 ６２ｄ后趋于稳定，顶板最大下沉２１ｌｍｍ，底 案可节省１３８２．５６元，节约成本约４６．４％。 复杂工程环境条件下超深基坑支护设计 易建伟 （北京市市政工程设计研究总院） ［摘 要］ 北京市轨道交通机场线东直门站２８．５ｍ深基坑，工程环境复杂，环境保护要求高。 受场地条件，基坑无放坡或分级开挖条件，必须直壁开挖。工程具有相当的难度和风险。 作者在该基坑支护设计中，恰当的处理了基坑的非对称性问题。同时提出对采用柔性支护体系 的深基坑，在复杂的工程环境条件下，基坑变形控制可能成为控制基坑支护结构设计的主要因 素。 ［关键词］ 深基坑工程复杂工程环境ｔ￣ｘ，ｌ称基坑环境保护 １ 引言 支护结构和基坑周边环境的安全。 随着城市化进程的快速发展，城市有限 的地上空间越来越不能满足城市发展的需 ２工程概况 要，开发城市地下空问成为解决这一矛盾的 ２．１车站结构概况及周边环境 重要途径。另一方面，随着建筑高度的不断 北京市轨道交通机场线东直门站位于 增加，建筑基础的埋置深度也在不断的增 东二环路东侧，东西走向。车站南侧紧邻东 加。基坑工程出现两个明显的趋势：基坑深 直门外大街，西侧有东直门立交北桥和地铁 度越来越大，工程环境越来越复杂。基坑环 ２号线东直门站。北侧紧邻东直门交通枢纽 境保护的要求在不断的提高，同时基坑失效 的地下工程（现为地铁ｌ３号线东直门站）。 事故所带来的危害也越来越严重。如何确保 车站东北侧为交通枢纽及东华广场的在建 在城市密集的建成区的深基坑工程施工安 基坑。车站主体结构由４段结构组成， 全和环境安全成为工程技术人员必须面对 其中Ｂ区（地下四层双跨单柱的箱形结构， 的课题。 长５６．７０ｍ，宽２２．２４ｍ，深２８．５ｍ）、Ｄ区（地 本文介绍了机场线东直门站深基坑的 下五层三跨双柱的箱形结构，长３２．７５ｍ，宽 设计方案。在方案拟定过程中，认真研究基 ２２．４４ｍ，深２７．５ｍ）为明挖法施工，其中Ｂ 坑的工程环境，使基坑支护结构与周边环境 区基坑周边环境尤为复杂，基坑支护设计施 条件相结合。同时，在方案拟定阶段强调基 工难度也最大。 坑变形控制的重要性，通过调整支护参数， ２．２ Ｂ区基坑工程环境条件、工程地质及水 降低基坑变形对周边环境的影响。 文地质条件 目前，该工程主体结构已竣工。在整个 Ｂ区明挖结构深基坑东西长５６．９５ｍ，南 深基坑开挖和结构回筑过程中，保证了基坑 北宽２２．４４ｍ，深２８．５ｍ。由于站址周边环境 ３９ 维普资讯 http://www.cqvip.com 复杂，车站定位控制因素较多。Ｂ区结构北 侧紧邻既有城铁１３号线地下结构，外皮净 距仅２．１ｍ，基坑底部与城铁１３号线结构底 工过程中加以保护。Ｂ区结构剖面图（见 ．＿一．．２）清晰的反映了Ｂ区深基坑所需要面对的 ；复杂的周边环境条件。 萋蓥一 ， ， — ．． 一一 一 板高差为１ｌｍ。Ｂ区结构东侧为运营中的地 铁１３号线站后折返线，南侧紧邻交通繁忙 基坑北侧的城铁１３号线车站结构为一 两层地下结构，顶板基本与自然地面平（上 ≯ ＿翌嚣¨珥 。＿｜＿ Ｉ｜ 的东直ｆｑ＃ｌ－大街，路下管线众多，改移后的 部尚有待建的上部建筑）。该结构南北长 部分管线在基坑南侧布置。结构南侧还受控 １６０ｍ，东西宽７０ｍ。基底埋深约为自然地面 于地铁２号线的东北出入口通道，结构净距 以一Ｆ １７ｍ。城铁结构南北长１６０ｍ，东西宽 仅１．５ｍ左右。东直门外大街路下管线众多， ７０ｍ。整个结构通过后浇带解决超常结构温 尚有一条地下过街通道在施工过程中需加 度及收缩问题，未设置变形缝。结构整体刚 以保护。基坑西侧为东二环路辅路，交通繁 度大，整体性好。该结构１７ｍ基坑施工采用 忙，路下有多条重要的城市雨、污水干管、 中８００＠１４００排桩＋锚索支护体系，在排桩与 盖板河。基坑西侧还有地铁２号线和１３号 结构间留有６００ｍｍ的肥槽。 线间的地下换乘通道以及换乘方厅需在施 图１ 东直门车站总平面图 ２．３ Ｂ区基坑工程地质及水文地质条件 度范围内存在四层地下水。 根据岩土勘察报告提供的结果，建设场 （１）上层滞水：场区内未发现上层滞 地基本平坦。基坑自上而下依次穿越填土、 水水位，但考虑周边地下管道较多，不排除 粉质粘土、粉细砂、中粗砂、粉质粘土、圆 局部因管沟渗漏而存在上层滞水的可能。 砾、粉质粘土层，基底位于圆砾层，桩嵌固 （２）潜水：受周围施工降水的影响， 于圆砾层及粉质粘土层中。场区内在勘察深 本次未测到该层水。但据以往观测资料，该 维普资讯 http://www.cqvip.com 层水水位标高为２６－３ ｌ～２６．６５ｍ，水位埋深 为１４．４０～１４．８０ｍ，含水层为圆砾⑤层、中 粗砂⑤ 层、粉细砂⑤２层等，主要接受侧向 径流补给，以侧向径流、向下越流补给承压 水及人工开采的方式排泄。 （３）承压水：受周围施工降水的影响， 细砂⑦：层，主要接受侧向径流补给，以侧 向径流、向下越流补给承压水及人工开采的 方式排泄。 （４）承压水：水头标高为１２．００ｍ １２．５７ｍ，水头埋深为２７．９０ｍ＇￣２８．６０ｍ，观测 时间为２００５年５月３日～５月４日。含水层 为圆砾⑨层、中粗砂⑨。层和粉细砂⑨２层。 主要接受侧向径流补给，以侧向径流、向下 本次测得该层水已不具有承压性，水头标高 为１７．１３ｍ～１７．５０ｍ，水头埋深为２３．１０ｍ～ ２３．９０ｍ，观测时间为２００５年５月３日～５月 越流补给承压水及人工开采的方式排泄。 ４日。含水层为卵石⑦层、中粗砂⑦ｌ层和粉 图２ Ｂ区结构剖面图 ３基坑支护方案的拟定 近形成了较大范围的降水漏斗。初步判断基 ３．１地下水的处理 坑开挖深度范围内的地下水不会很多。同时 在确定基坑支护方案前，首先应考虑基 该地区基坑工程一般都采用人工降水，经验 坑开挖以及结构回筑过程中地下水的处理。 数据表明基坑降水不会造成地表显著沉降 根据勘查单位提供的岩土勘察报告，基 （不超过３ｒａｍ），不会对地面及地下各类构、 坑开挖深度内实际赋存有两层地下水。基坑 建筑物、地下管线造成过大影响。 底面一下６ｍ处有一层承压水，以４ｍ厚的 基坑底部承压水隔水顶板为厚５～６ｍ 粉质粘土为隔水顶板。由于东直门地区较早 的粉质粘土隔水层。根据岩土报告显示，该 建有水源厂，地下水的长期抽取在该地区附 层承压水的水头不高，仅为初见水位以上 ４１ 维普资讯 http://www.cqvip.com ２ｍ。通过计算分析，基坑底部不会产生突涌 现象，对承压水可不进行处理。同时亦不需 对坑底土体进行加固处理。 坑上部支撑无法采用锚拉体系，方案采用三 层钢支撑体系。基坑南侧上部土压力通过内 撑传递到北侧－－６００＠１４００的钻孔桩上，并 通过城铁结构原①８００＠１４００的支护桩及原 基坑肥槽内的回填土将荷载分散到城铁结 初步拟定基坑开挖采取人工降水，排除 基坑深度范围内的上层滞水和层间潜水。降 水深度至基坑地面以下１ｍ左右。 ３．２基坑侧壁支护方案 根据北京地区深基坑的工程经验，深大 基坑一般均采用排桩或是地下连续墙的支 护方案。地下连续墙一般应用于无法降低地 下水的情况，支护结构同时起到隔水阻水的 作用。由于本基坑具备人工降水的条件，同 时场地条件过多，地下构筑物、障碍物 复杂，连续墙成槽困难。支护结构选定为排 桩方案。 从Ｂ区结构剖面图（见图２）中可以看 出，基坑南侧为２８．５ｍ深的直壁开挖侧壁， 土压力应从自然地面算起。而基坑北侧实际 上可以视为１ｌｍ的浅基坑，城铁结构的折算 荷载作为其超载。两侧土压力相差十分悬 殊，基坑的不对称特点十分显著。为确保基 坑安全，控制基坑支护结构变形，基坑南侧 拟采用①１ｏｏｏ＠１５００的钻孔灌注桩。基坑北 侧由于原有城铁结构基坑支护桩的存在，本 基坑支护桩仅能做到＂６００的钻孔灌注桩， 并且新桩只能间隔布置在原城铁基坑支护 桩间，桩间距为１．４ｍ。基坑南、北侧支护结 构刚度明显不匹配，使基坑的不对称性更加 突出。 ３．３基坑支撑体系与不对称基坑的处理 基坑不对称的特点更增加了基坑支护 结构设计的复杂性。由于基坑两侧在荷载和 支护结构刚度上的不对称性，基坑的受力形 态和变形特征更加复杂。为提高设计的可靠 性，降低基坑风险，设计方案应力求简化基 坑支护结构设计，化解不对称基坑的难题。 采用锚拉支撑体系，能够将基坑南北两个侧 壁开来，各自受力，形成的支 护体系。 受基坑南侧管线及地下构筑物，基 ４２ 构，形成稳定的支护体系。 城铁结构南北长１６０ｍ，东西宽７０ｍ。 整个结构通过后浇带解决超常结构温度及 收缩问题，未设置变形缝。结构整体刚度大， 整体性好，可以认为由于基坑开挖以及南侧 传来的土压力不会引起城铁结构的位移，其 压缩量也可以忽略不计。考虑到基坑肥槽回 填可能出现的不密实情况，造成基坑北侧上 部支护软弱，无法对南侧壁形成稳定支撑。 设计采取了对肥槽土体注浆加固的措施，使 基坑南侧土压力可以通过肥槽土体传递到 北侧结构，而不引起过大的变形。因此，可 将基坑北侧上部支护结构视作与城铁结构 同步变形，作为基坑南侧支撑体系的不动支 点，从而可以分析基坑南侧支护结构。 由于基坑南、北两侧土压力相差十分悬 殊，同时，基坑南北侧支护结构刚度差别也 很大，基坑支护体系显著不对称。基坑下部 拟采用两道预应力锚索解决基坑的不对称 问题，在基坑下部将两侧壁开来。另外， 基坑下部如仍采用内支撑体系，基坑北侧① ６００＠１４００钻孔桩无法承受支撑传来的南侧 土压力。 在２４ｍ高程，由于北侧原有１３号线车 站基坑支护桩与本基坑新作支护桩交错布 置，如考虑施工实际情况，新桩和老桩基本 已经处于咬合状态，北侧锚索成孔施工困 难。为降低施工难度，确保工期，方案考虑 在２４ｍ高程位置仍采用内支撑。同时，为减 少南侧土压力向北侧传递，基坑南侧在该道 支撑上部紧邻设置一道锚索。通过南侧锚索 的先行张拉，配合土方开挖工序，适当确定 支撑预应力等措施调整锚索与钢支撑间的 荷载分配，用以承担南侧的大部分土压力。 ３．４ Ｂ区基坑主要支护参数（见表１） 维普资讯 http://www.cqvip.com Ｂ区基坑主要支护参数 表１ 西侧及南侧 北侧 东侧 桩径（ｉｉｌｎ１） 中ｌｏｏＯ 中６ｏ０ 中８ｏ０ 桩间距（ｉｉｌｎ１） ｌ５ｏ０ ｌ４｜Ｄ０ ｌ５ｏ０ 钢支撑选型 中６ｏ０×１６钢管＆中８００×１４钢管 钢支撑水平间距 ３．６ｍ 钢支撑腰梁 ２根Ｉ４５ｃ型钢＋钢缀板 图３ Ｂ区基坑支护结构剖面图 ４基坑安全等级及变形控制 坑安全等级定为一级。 经过调研，在如此复杂工程环境条件 ４．１基坑周边设施变形控制标准 下，２８ｍ深基坑直壁开挖在北京地铁地区尚 由于基坑北侧紧邻城铁１３号线东直门 属首次。同时由于基坑环境复杂，基坑紧邻 站结构，南侧紧邻交通繁忙的东直ｔ－Ｊ＃ｂ大 既有结构施工，形成了非对称的基坑支护形 街，地下构筑物、管线众多，为确保城铁结 式，这也是本基坑设计的一个特点。基坑支 构以及基坑南侧道路交通和地下设施（管 护设计必须根据上述特点，采取相应的措 线、地下通道）的结构安全和正常使用，必 施，适当提高安全等级和变形控制标准，确 须制定严格的基坑变形控制标准，降低施工 保基坑工程和周边环境的安全、经济、合理。 对上述设施的影响，降低施工风险。 由于基坑周边环境复杂，基坑深度较大，考 为了确定城铁１３号线车站结构以及折 虑基坑工程事故所造成的影响，同时综合考 返线结构的沉降控制标准，业主委托相关单 虑工期、成本等因素，为确保基坑安全，基 位对其进行了检测、评估，给出了结构沉降 ４３ 维普资讯 http://www.cqvip.com
控制标准。同时，参考以往工程经验和相关 标准。各类构、建筑物、地下管线、道路的 设计标准，设计人员确定了其余设施的控制 沉降（变形）控制标准见表２。 周边设施变形控制标准 表２ 城铁结构 折返线结构 重力流管线 过街道结构 ８ｍｍ １３．５ｍｍ ２０ｍｍ ２０ｍｍ ４．２基坑外侧地表沉降形态及范围 态确定，最大地表沉降约为支护结构变形的 对多道支撑体系而言，基坑周边地表沉 ２／３。 降形态和沉降范围与支护体系的整体刚度、 综合考虑坑边地表沉降曲线以及各种 预应力以及地质情况密切相关。对本工程， 设施的沉降控制要求，确定基坑变形控制标 由于基坑变形控制要求较高，基坑支护结构 准如下表３。 刚度较大，地表沉降形态可按照图４所示形 基坑变形控制标准 表３ 地表沉降 桩体变形 基坑北侧（城铁结构基底沉降） 基坑南侧 基坑北侧 基坑南侧 ６．８ｍｍ ２０ｍｍ １ｌｍｍ ３０ｍｍ 的沉降与变形以及基坑外侧地表沉降与基 ｆ』 。～ Ｌ／／ 坑的地质条件、坑边超载、基坑深度、支护 ｆ 参数、土方开挖方案等因素密切相关。基坑 ．．．． ．．．．．．．．．．．． ｆ 外侧地表沉降一方面直接影响地面的使用， ｆ Ｊ Ｉ 如道路交通等，同时也间接地反映了地下构 。‘‘。。。●＿’ 。。。。。。’。。一 筑物、地下管线的沉降情况，是基坑工程控 Ｉ 制和研究的重点。地表沉降分布及沉降最大 Ｉ ｌ 值的影响因素主要有三方面：（１）基坑施工 ｌ ｌ 人工降水；（２）坑底回弹及塑性隆起；（３） 支护结构的变形。基坑降水引起的地表沉降 图４良好地层条件下基坑变形形态 具有沉降范围大、沉降曲线平缓的特点。在 北京地区，基坑施工降水引起的地表沉降一 ４．３基坑变形控制措施 般均较小。因此，控制地表沉降应主要从控 基坑变形控制可分为两类要求：一是基 制坑底塑性隆起和支护结构变形这两方面 坑支护结构自身的变形控制，其实质是强度 着手。基坑支护设计应严格控制支护结构的 和基坑稳定陛的问题。另一类是基坑周边环 变形，一方面要满足支护结构安全性的要 境的变形控制，主要是从基坑施工环境安全 求，同时也是基坑周围环境变形的主要影响 的角度进行的控制。鉴于本工程周边环境复 因素，甚至是决定性作用。支护结构的变形 杂，环境控制要求较高，基坑设计应重点解 值与支护结构自身刚度、预应力水平、土方 决施工引起的周边环境安全问题。 开挖方案、支撑假设是否及时、是否及时封 基坑周围地下构筑物、管线以及建筑物 闭基坑等诸多因素有关。 维普资讯 http://www.cqvip.com 坑底塑性隆起引起的地表沉降控制。工 程实际检测数据分析结果，基坑底部弹性回 弹不会引起基坑外侧地表的显著沉降。另一 方面，由于基坑开挖卸载和地层应力释放造 成的坑底弹性回弹不可避免。因此，应侧重 于控制坑底塑性隆起造成的地表沉降。 根据基坑变形的地层移动理论，坑底塑 坑计算采用平面模型，取基坑中段最不利断 面进行计算。基坑三维空间效应的有利因素 考虑作为安全储备。Ｂ区基坑的计算应着重 解决以下两个问题：一是解决不对称基坑的 计算模式问题；二是通过调整支护体系刚度 以及支撑位置、预应力水平，控制支护结构 变形，从而控制基坑变形。 性隆起是引起基坑地表沉降的主要因素。坑 底土体在外侧高土压力作用下产生向坑内 的塑性滑动，从而引起基坑外层地层损失和 地表沉降。从本质上讲，控制坑底塑性隆起 造成的地表沉降最直接的手段就是提高基 坑的抗隆起安全系数。基坑抗隆起稳定性对 基坑不对称问题。为降低基坑不对称性 的影响，设计应力求基坑南北两个侧壁不发 生联系，成为两个的支护体系。结合场 地环境条件，基坑上部采取内支撑体系，下 部锚拉体系，变不对称基坑为两个的基 坑侧壁。一个２８．５ｍ深的基坑实际上被分解 为两个的基坑侧壁：南侧相当于２８．５ｍ 直壁开挖的基坑，北侧则变成一个ｌ ｌｍ深的 基坑，上有城铁结构。 对南侧侧壁，方案充分利用基坑北侧刚 度较大的城铁结构，假定城铁结构在施工过 程中不会发生位移，且压缩量可以忽略，可 以作为基坑上部三道支撑的不动支点，并以 控制基坑变形具有重要的意义。因此，抗隆 起安全系数应设置两个水平上的限值：基于 基坑稳定的的较低水平的下限值。同时，为 满足不同基坑环境条件下的基坑变形控制 要求，应给出抗隆起安全系数的上限值，用 以控制坑底塑性隆起造成的地表沉降。目 前，除上海市地方规程针对软土地区给出了 上限值以外，一般规范均只给出了基于基坑 稳定的的较低水平的下限值。 提高坑底抗隆起安全性一般主要有两 种方法，提高桩体入土深度以及对坑底土体 进行加固处理。由于采用了人工降水，基底 位于卵石圆砾层，因此不考虑对坑内土体进 行加固。设计采用提高桩的人士深度作为手 段，控制坑底塑性隆起造成的地表沉降。本 基坑桩的入土深度达８ｍ，远远超出了基坑 此计算支撑刚度。 这里需要解决的问题是撑锚组合受力 问题。方案在２４ｍ高程采用了撑锚组合的支 撑型式。在这种撑锚组合型式中，由于撑锚 刚度悬殊，荷载的分配比较复杂。为减少南 侧土压力向北侧的传递，明确内撑和锚索的 受力状态，设计采用了先张拉锚索，后架设 支撑；先开挖南侧土体，后开挖北侧土体等 措施。在架设完第三道支撑后，土方开挖方 稳定性验算的基本要求。基坑坑底抗隆起安 全系数大２．１。增大桩的入土深度同时也能 改善支护结构的刚度，降低支护结构的变 形。 案调整为北侧留土，放坡开挖至南侧第四道 支撑设计标高以下。工序如图５所示。通过 采用上述土方开挖方案，强制南侧支护结构 先行发生变形，并通过锚索的张拉，锁定南 侧侧壁。在后续开挖中，南侧桩体变形较小， 对锚索以及后期架设的钢支撑内力影响均 较小。在基坑计算中，按照上述工况进行计 ５基坑支护结构计算 鉴于本基坑深度大，基坑支护具有不对 称性，基坑周边环境复杂，风险大的特点， 基坑计算工具除以同济启明星作为主要计 算，就可以将锚索和钢支撑的组合分开，只 考虑锚索的作用，不考虑后期架设的支撑的 影响。 算软件外，还采用理正深基坑计算软件和通 用有限元程序ｓａｐ２０００进行了复核计算。基 对于基坑北侧侧壁，则可视作在城铁结 ４５ 维普资讯 http://www.cqvip.com
构超载作用下的ｌｌｍ深的浅基坑。第四道支 ６结语 撑可只按北侧浅基坑的概念进行计算，并施 Ｂ区基坑自２００６年４月开挖至２００７年 加预应力。 ５月份结构封顶，持续ｌ３个月。除基坑开挖 初期基坑异常变形外，基坑施工情况基本正 常。监测结果表明，各项控制指标均控制在 可靠的范围内。 （１）在复杂工程环境条件下进行深基 坑支护设计，应力求将支护方案与周边环境 充分协调起来。调动环境条件中有利因素， 降低风险，节约成本； （２）复杂的环境条件往往造成基坑支 护结构的复杂性，造成支护结构受力形态和 图５基坑开挖工序图 变形特征的复杂性。设计方案应尽量简化问 题，是结构受力明确，变形可控； （３）对柔性基坑支护体系，基坑环境 变形的控制要求往往严于基坑安全性、稳定 性的变形控制要求。基坑支护方案应从方案 研究阶段就重视基坑变形控制问题，采取有 利于控制基坑变形措施，有利于环境保护的 方案。 （４）复杂环境条件下基坑支护设计不 仅仅要考虑对环境的保护，控制基坑变形； 同时，也要考虑到环境变化对基坑支护结构 困６基坑开挖至设计标高 的影响。 北京电力隧道现状与发展 张一凡 （北京电力公司） ［摘 要】 电力隧道是城市建设的重要基础设施之一。本文论述了北京市电力隧道的现状与今 后发展规划。根据城市电力隧道的功能和使用要求，提出电力隧道经济合理的断面形式与尺寸， 可供类似工程的勘测、设计与施工参考。 【关键词］ 电力隧道明开单沟暗挖双沟 １前言 ‘设途径。随着北京城市的发展和规划标准的 电力隧道是北京电网的重要设施，是电 提升，电缆隧道在城网中的比例日益提高。 力电缆线路尤其是高压电缆线路的主要敷 如何保证电力隧道的实施以适应城网的发
