苏州河深隧系列报道——苗圃竖井基坑支护设计优化与实践

来源：隧道网

苏州河段深层排水调蓄管道系统先行试验段苗圃竖井原设计采用厚1.5m、深103m地下连续墙结合厚1.0m/1.5m内衬墙支护并采用 逆作法 施工工艺，为加快进度，在地下连续墙已经施工完成的情况下，改为仅 设置5道环梁的顺作方案 。本期，我们就一起了解一下方案优化的过程。

王卫东

全国工程勘察设计大师，华东建筑集团股份有限公司总工程师，长期在工程技术一线从事基坑工程、地下工程和建筑地基基础工程设计与研究工作。

苏州河段深层排水调蓄管道系统先行试验段苗圃竖井采用圆形布置，内径30m，基底埋深56.3m，为超深圆形基坑，采用厚1.5m地下连续墙作为围护墙，入土深度103m。

苗圃竖井基坑原设计方案采用 “分层开挖、逐步施工各道环梁及各节内衬墙”的逆作施工方式 ，共需15次开挖并依次施工对应的环梁或逆作内衬墙。施工工序多，且每次施工完成环梁或内衬墙后，需等待混凝土龄期，现场施工组织难度大。

与此同时，由于总体规划进行了调整，需将苗圃竖井从原接收井改为始发井，相应地苗圃竖井基坑工程施工进度要求更为紧张。为加快工期、降低施工组织难度，同时作为试验段也有必要探索更高效的施工方案，总包和业主单位针对原方案提出了优化要求。 华东建筑设计研究院有限公司 和 上海瓴云土木工程咨询有限公司 作为工程咨询单位，与 原设计单位上海市政工程设计研究总院 一起，开展了苗圃竖井基坑的方案优化分析与设计工作。

方案优化

在地下连续墙已经施工完成的情况下，优化设计考虑将原逆作内衬墙施工方案调整为顺作施工方案。考虑到在国内软土地区开挖如此深的圆形基坑少有先例，因此在优化方案中增设若干道环梁，保障工程的安全度。优化后方案竖向总共设置 1道压顶梁和5道环梁 ，且均兼作永久结构的一部分。优化方案采用 “分层开挖、逐步施工各道环梁”的顺作方式 施工，开挖至基底并浇筑完底板后再逐步顺作施工内衬墙。

圆形基坑空间效应显著，其支护结构具有以环向受压为主、竖向受弯为辅的受力性态，平面应变分析难以反映这种受力性态，优化过程中采用了2种三维分析方法进行了分析和校验。其中对于 三维m法 分析，基于上海地区其他已经实施完成的工程案例反分析，确定了圆形基坑支护结构的刚度折减关键计算参数。而考虑土与结构共同作用的三维有限元法采用了先进的小应变土体本构模型，并基于华东院团队之前多年的研究成果确定了合理的计算参数。

此外，采用这两种分析方法先分析了先期实施的云岭西竖井并与其实测结果进行了对比，验证了方法和参数的合理性。先期实施的云岭西竖井圆形基坑实际上为苗圃竖井基坑支护结构的优化提供了信息反馈，合理的技术分析路线和深入的研究工作保障了数值分析结果的可靠性，为精细化设计和优化提供了强有力的技术手段。

国际咨询

受苗圃竖井总包单位的委托，上海瓴云土木工程咨询有限公司邀请了4位国际著名地下工程专家，就华东院团队提出的优化方案及英文计算分析文件进行了第三方独立评审并提供技术咨询意见。 日本早稻田大学名誉教授小泉·淳、泰国朱拉绒孔国王大学教授诺帕多尔、奥地利资深咨询工程师克劳斯·马斯格尔和哈罗德·瓦格纳 一致认为，优化方案具有工期短和经济性好的优点。通过对华东院团队的有限元分析结果的检查，国际专家一致肯定所采用的2种三维分析方法在模型选取和假设上的合理性及计算上的可靠性，计算过程都展现出了良好的工程计算水平和丰富的工程实践经验。按优化方案实施，无论是变形还是应力分析，都符合安全标准。

诺帕多尔教授还提出，苗圃竖井不同于其他的直径较大或开挖深度较大的竖井需要内环梁来帮助地下连续墙分担土压力，工程中厚1.5m的地下连续墙本身具有足够的承载力，方案中设置圈梁可以视作为设计中的冗余或额外保障。专家们还建议可以进一步优化开挖步骤和环梁的设计，在施工过程中采取适当的岩土工程监测，补充地下水渗漏和基坑底部隆起的风险评估等。

工程实施

苗圃竖井基坑采用优化后的顺作方案共分为7个开挖工况进行施工，项目从2020年12月16日开挖首层土方，至2021年8月10日完成大底板的浇筑，扣除春节及疫情影响因素，实际施工时间仅6个半月，较原逆作设计方案开始开挖至完成大底板浇筑， 节省工期约5个月 ，取得了良好的技术经济效果。开挖至基底工况下地下连续墙监测最大侧移量为 8.5mm ，浇筑底板后稳定在 7.7mm 左右。

苗圃竖井完成第三道环梁浇筑实况图

苗圃竖井完成大底板浇筑实况图

地下连续墙侧移计算值与实测值对比

结语

苏州河段深层排水调蓄管道系统工程的苗圃竖井和云岭西竖井作为试验段的先行工程，具有“试验”性质，由于其开挖深度远超上海软土地区深基坑的工程实践经验，理应积极开展相关探索。在云岭西竖井采用逆作法成功实施的过程中，对苗圃竖井开展了顺作优化的探索，在业主、总包、原设计单位等的大力支持下，本着“大胆探索、小心求证、积极创新、确保安全”的精神，对优化方案进行了科学而深入的研究，验证了方案的可行性，实施效果也验证了优化方案的合理性，这为整个苏州河段深层排水调蓄管道系统工程后续超深竖井的设计和建造积累了丰富而宝贵的工程实践经验。