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【摘要】紧邻运营中地铁区间隧道旁的深基坑施工技术要求高，施工难度大，隧道允许变形小。针对这些施工难题，介绍了深基坑钢支撑自动伺服系统的应用，在基坑施工过程中加强对围护结构和周边环境的监测，最终顺利地完成了基坑施工，保证了周边环境和邻近地铁区间隧道的安全。
中图分类号：TU74文献标识码： A 文章编号：
1 工程概况
淮海中路3号地块发展项目位于著名的淮海中路繁华商业区，地块东临陕西南路、南靠南昌路、西依襄阳南路、北毗淮海中路。在淮海中路一侧紧邻运营中的地铁1号线区间隧道，在地块场地内临南昌路及陕西南路分别与地铁10号线车站及待建的12号线车站相邻。
图1基坑与周边环境示意图
1.1 基坑概况
本工程基坑占地面积约3万m2，总共分为11个基坑进行分区施工；整个基坑工程分为深基坑和浅基坑两大部分，在淮海中路侧1号线上行线区间隧道侧的四个基坑（4-A、3-B1、3-B2、4-B区）为浅坑（挖深14.75m），其余为深坑（挖深19.9m）。本文主要介绍浅坑部分的施工，北侧四个基坑（以下简称北四坑）总面积约为2930m2，地铁1号线区间隧道距基坑仅8m，隧道顶埋深约10.5m，基坑开挖后，隧道处于基坑第三道支撑至底板标高范围内，直接影响长度约215m。南侧与北四坑相邻的2-A、2-B区均已完成地下室结构施工。
图2基坑剖面示意图
1.2 工程地质概况
根据岩土工程勘查报告，本工程各土层依次为：第②层褐黄-灰黄色粉质粘土，第③层为淤泥质粉质粘土，第④层为灰色淤泥质粘土，第⑤1a层灰色粘土，第⑤1b层灰色粉质粘土，第⑥层暗绿～草黄色粉质粘土，第⑦1层草黄色砂质粉土。
场地浅部土层中的地下水属于潜水类型，其主要补给来源为大气降水。第⑦层承压含水层承压水头埋深约在地下8.3m。
2 工程难点
1、根据《上海市地铁沿线建筑施工保护地铁技术管理暂行规定》，为了不影响区间隧道的正常使用，必须严格控制围护结构的侧向变形及坑底隆起。
2、本工程地处闹市中心，周边道路、管线复杂，属于一级基坑。施工过程中将地面沉降和管线沉降控制在允许范围之内是必须保证的。
3、根据地铁运营公司要求，为确保区间隧道安全万无一失，各分区基坑从第二层土方开挖至底板完成须在30天之内完成。在市中心繁华地段，基坑分层分块开挖，并在夜间出土，白天施工支撑，各施工节拍环环相扣，对施工单位的施工组织提出了很高要求。
3 围护体系设计
3.1 地基加固概况
基坑内进行SMW搅拌桩加固，满堂加固深度范围为坑底至坑底以下7m，抽条加固为第三道支撑至坑底以下7m。
3.2 基坑支护设计概况
(1)采用地下连续墙作围护，地下连续墙厚度1m，基坑靠淮海中路一侧及东侧地下连续墙深度为32m，其余均为44m。
(2)设5道水平支撑，第一道为钢筋混凝土支撑，第二、三、四道为Φ609×16钢支撑，第五道为300高H型钢，与垫层浇筑成一整体，H型钢不回收。
(3)因基坑宽度较窄（14m），为不影响挖土施工，基坑内不设钢格构柱。
(4)支撑中心标高分别为-2.10m、-6.15m、-9.55m、-12.75m。
4 降水井布置
4-A、3-B1、3-B2、4-B区坑底以下7m满堂加固，坑底以上至第三道支撑底结合支撑空位抽条加固，所以不考虑布置疏干井。
承压含水层顶板处上覆土压力大于承压水的顶托压力，故不需降低承压水水位。
5 设计思路
5.1 保护地铁隧道，围护控制参数
根据《上海市地铁沿线建筑施工保护地铁技术管理暂行规定》，对地铁结构的影响限度须满足以下要求：
1、地铁隧道绝对沉降量及水平位移≤10mm；
2、隧道变形曲率半径R≥15000m；
3、相对变曲≤1/2500。
5.2 基坑施工方案的选择
1、分区施工，加快施工进度
由于邻隧道侧整个基坑长度达二百多米，故根据保护地铁优先的原则及场地实际情况，将北四坑按照4-A→4-B→3-B1、3-B2的顺序依次进行开挖。
2、各分区采用阶梯式挖土方式
在竖向，各分区采用阶梯式挖土方式最大程度地挖掘施工潜力，增加机械投入量，加快施工速度，确保节点目标的实现。
3、采用钢支撑自动伺服系统，控制基坑变形，确保信息化施工
基坑分区施工一定程度上降低了土体及围护结构的变形，但仍不能满足地铁对变形的苛刻要求。因此，本工程采用钢支撑自动伺服系统，将传统支撑技术与液压动力控制系统、可视化监控系统等结合，实现了对钢支撑轴力的24小时不间断监测和控制，解决了常规施工方法无法达到的控制精度和频率，使施工始终处于全天候的可控状态。
5.3 自动伺服系统的设计
钢支撑自动伺服系统主要包括液压动力泵站系统、千斤顶轴力补偿装置和电气控制与监控系统。
5.3.1 液压动力泵站系统
液压动力泵站系统参数：
系统工作压力：28Mpa；
最大工作压力：35Mpa；
系统流量：2.34L/min；
液压系统配置包括补偿用液压系统和预撑用普通液压系统。
5.3.2 千斤顶轴力补偿装置
千斤顶轴力补偿装置如下图：
图3轴力补偿装置示意图
5.3.3 电气控制与监控系统
电气控制系统采用DCS系统，系统由监控站、操作站和现场控制站组成。
监控站全面监控所有泵站的实时运行情况，包括各油缸压力、设定压力、泵站状态，油缸压力和设定压力以图形化形式显示，可实时采集运行数据并储存、打印输出。
操作站可对现场各单独泵站的运行情况进行监控和运行参数的设定，并可集中显示存在故障的泵站编号。
现场控制站分别采集钢支撑的运行数据（压力、液位等），并通过CAN总线传送至监控站和操作站，接受监控站和操作站的控制指令，分别控制钢支撑的压力调节、伸缩动作和液压泵启停等。
钢支撑液压站电气系统主要由钢管主体结构、轴力自动补偿装置组成，由现场控制站控制其伸缩动作、设定压力等，并通过检测元件将运行信息反馈到现场控制站。
5.4 自动伺服系统的安装
5.4.1 设备现场布置
根据钢支撑的平面位置，所有第二至第四道钢支撑上均安装自动伺服系统，平面位置如图。
5.4.2 现场安装调试
程序、设备安装调试，系统压力设定→支撑定位放线→地墙表面凿平，埋件准备→支撑搁脚焊接→支撑拼装→支撑就位→预应力施加→支撑端头锚固→开启自动伺服系统。
5.4.3 预应力加载
按照设计要求，钢支撑轴力设定值为第二道1800kN，第三、第四道2100kN，采用三级加载方式，每次加载轴力分别为设计值的60%、80%、100%。施工过程如钢支撑轴力超过设置值200kN，则应及时卸压至设置值；如轴力低于设置值100kN，则应及时加压至设置值。
5.4.4 自动伺服系统数据处理
数据处理包括输出某时刻的全部压力、某油缸在某段时间的压力和故障，均可以图表的方式输出，具有操作简单、读取方便的特点。
6 工程实施效果
针对本工程实际情况，地铁1号线区间隧道是保护的重点，在整个基坑施工过程中，项目部严格按照土方专项施工方案进行施工，执行“分区、分块、限时”的原则，从土方开挖开始至底板混凝土浇筑完成，监测人员随时对围护结构、地铁隧道进行跟踪监测。在整个基坑施工过程中，所有监测点均未达到报警值，并且变形过程较平稳，没有突變情况发生。
图4X7测斜孔曲线图
图5X8测斜孔曲线图
图6X9测斜孔曲线图
图7X14测斜孔曲线图
图8X16测斜孔曲线图
图9上行线区间隧道变形曲线图
中图分类号：TU74文献标识码： A 文章编号：
1 工程概况
淮海中路3号地块发展项目位于著名的淮海中路繁华商业区，地块东临陕西南路、南靠南昌路、西依襄阳南路、北毗淮海中路。在淮海中路一侧紧邻运营中的地铁1号线区间隧道，在地块场地内临南昌路及陕西南路分别与地铁10号线车站及待建的12号线车站相邻。
图1基坑与周边环境示意图
1.1 基坑概况
本工程基坑占地面积约3万m2，总共分为11个基坑进行分区施工；整个基坑工程分为深基坑和浅基坑两大部分，在淮海中路侧1号线上行线区间隧道侧的四个基坑（4-A、3-B1、3-B2、4-B区）为浅坑（挖深14.75m），其余为深坑（挖深19.9m）。本文主要介绍浅坑部分的施工，北侧四个基坑（以下简称北四坑）总面积约为2930m2，地铁1号线区间隧道距基坑仅8m，隧道顶埋深约10.5m，基坑开挖后，隧道处于基坑第三道支撑至底板标高范围内，直接影响长度约215m。南侧与北四坑相邻的2-A、2-B区均已完成地下室结构施工。
图2基坑剖面示意图
1.2 工程地质概况
根据岩土工程勘查报告，本工程各土层依次为：第②层褐黄-灰黄色粉质粘土，第③层为淤泥质粉质粘土，第④层为灰色淤泥质粘土，第⑤1a层灰色粘土，第⑤1b层灰色粉质粘土，第⑥层暗绿～草黄色粉质粘土，第⑦1层草黄色砂质粉土。
场地浅部土层中的地下水属于潜水类型，其主要补给来源为大气降水。第⑦层承压含水层承压水头埋深约在地下8.3m。
2 工程难点
1、根据《上海市地铁沿线建筑施工保护地铁技术管理暂行规定》，为了不影响区间隧道的正常使用，必须严格控制围护结构的侧向变形及坑底隆起。
2、本工程地处闹市中心，周边道路、管线复杂，属于一级基坑。施工过程中将地面沉降和管线沉降控制在允许范围之内是必须保证的。
3、根据地铁运营公司要求，为确保区间隧道安全万无一失，各分区基坑从第二层土方开挖至底板完成须在30天之内完成。在市中心繁华地段，基坑分层分块开挖，并在夜间出土，白天施工支撑，各施工节拍环环相扣，对施工单位的施工组织提出了很高要求。
3 围护体系设计
3.1 地基加固概况
基坑内进行SMW搅拌桩加固，满堂加固深度范围为坑底至坑底以下7m，抽条加固为第三道支撑至坑底以下7m。
3.2 基坑支护设计概况
(1)采用地下连续墙作围护，地下连续墙厚度1m，基坑靠淮海中路一侧及东侧地下连续墙深度为32m，其余均为44m。
(2)设5道水平支撑，第一道为钢筋混凝土支撑，第二、三、四道为Φ609×16钢支撑，第五道为300高H型钢，与垫层浇筑成一整体，H型钢不回收。
(3)因基坑宽度较窄（14m），为不影响挖土施工，基坑内不设钢格构柱。
(4)支撑中心标高分别为-2.10m、-6.15m、-9.55m、-12.75m。
4 降水井布置
4-A、3-B1、3-B2、4-B区坑底以下7m满堂加固，坑底以上至第三道支撑底结合支撑空位抽条加固，所以不考虑布置疏干井。
承压含水层顶板处上覆土压力大于承压水的顶托压力，故不需降低承压水水位。
5 设计思路
5.1 保护地铁隧道，围护控制参数
根据《上海市地铁沿线建筑施工保护地铁技术管理暂行规定》，对地铁结构的影响限度须满足以下要求：
1、地铁隧道绝对沉降量及水平位移≤10mm；
2、隧道变形曲率半径R≥15000m；
3、相对变曲≤1/2500。
5.2 基坑施工方案的选择
1、分区施工，加快施工进度
由于邻隧道侧整个基坑长度达二百多米，故根据保护地铁优先的原则及场地实际情况，将北四坑按照4-A→4-B→3-B1、3-B2的顺序依次进行开挖。
2、各分区采用阶梯式挖土方式
在竖向，各分区采用阶梯式挖土方式最大程度地挖掘施工潜力，增加机械投入量，加快施工速度，确保节点目标的实现。
3、采用钢支撑自动伺服系统，控制基坑变形，确保信息化施工
基坑分区施工一定程度上降低了土体及围护结构的变形，但仍不能满足地铁对变形的苛刻要求。因此，本工程采用钢支撑自动伺服系统，将传统支撑技术与液压动力控制系统、可视化监控系统等结合，实现了对钢支撑轴力的24小时不间断监测和控制，解决了常规施工方法无法达到的控制精度和频率，使施工始终处于全天候的可控状态。
5.3 自动伺服系统的设计
钢支撑自动伺服系统主要包括液压动力泵站系统、千斤顶轴力补偿装置和电气控制与监控系统。
5.3.1 液压动力泵站系统
液压动力泵站系统参数：
系统工作压力：28Mpa；
最大工作压力：35Mpa；
系统流量：2.34L/min；
液压系统配置包括补偿用液压系统和预撑用普通液压系统。
5.3.2 千斤顶轴力补偿装置
千斤顶轴力补偿装置如下图：
图3轴力补偿装置示意图
5.3.3 电气控制与监控系统
电气控制系统采用DCS系统，系统由监控站、操作站和现场控制站组成。
监控站全面监控所有泵站的实时运行情况，包括各油缸压力、设定压力、泵站状态，油缸压力和设定压力以图形化形式显示，可实时采集运行数据并储存、打印输出。
操作站可对现场各单独泵站的运行情况进行监控和运行参数的设定，并可集中显示存在故障的泵站编号。
现场控制站分别采集钢支撑的运行数据（压力、液位等），并通过CAN总线传送至监控站和操作站，接受监控站和操作站的控制指令，分别控制钢支撑的压力调节、伸缩动作和液压泵启停等。
钢支撑液压站电气系统主要由钢管主体结构、轴力自动补偿装置组成，由现场控制站控制其伸缩动作、设定压力等，并通过检测元件将运行信息反馈到现场控制站。
5.4 自动伺服系统的安装
5.4.1 设备现场布置
根据钢支撑的平面位置，所有第二至第四道钢支撑上均安装自动伺服系统，平面位置如图。
5.4.2 现场安装调试
程序、设备安装调试，系统压力设定→支撑定位放线→地墙表面凿平，埋件准备→支撑搁脚焊接→支撑拼装→支撑就位→预应力施加→支撑端头锚固→开启自动伺服系统。
5.4.3 预应力加载
按照设计要求，钢支撑轴力设定值为第二道1800kN，第三、第四道2100kN，采用三级加载方式，每次加载轴力分别为设计值的60%、80%、100%。施工过程如钢支撑轴力超过设置值200kN，则应及时卸压至设置值；如轴力低于设置值100kN，则应及时加压至设置值。
5.4.4 自动伺服系统数据处理
数据处理包括输出某时刻的全部压力、某油缸在某段时间的压力和故障，均可以图表的方式输出，具有操作简单、读取方便的特点。
6 工程实施效果
针对本工程实际情况，地铁1号线区间隧道是保护的重点，在整个基坑施工过程中，项目部严格按照土方专项施工方案进行施工，执行“分区、分块、限时”的原则，从土方开挖开始至底板混凝土浇筑完成，监测人员随时对围护结构、地铁隧道进行跟踪监测。在整个基坑施工过程中，所有监测点均未达到报警值，并且变形过程较平稳，没有突變情况发生。
图4X7测斜孔曲线图
图5X8测斜孔曲线图
图6X9测斜孔曲线图
图7X14测斜孔曲线图
图8X16测斜孔曲线图
图9上行线区间隧道变形曲线图