摘　要：针对狭长形逆作基坑中土方开挖与支撑施工的作业面冲突，提出了逆作法通道式土方开挖工艺．该工艺首先在基坑中部挖土形成纵向作业通道，再从远离出土口一侧快速分段挖除留土，同时跟进支撑制作养护．与传统挖土工艺相比，通道式土方开挖工艺不仅可以提高施工效率、缩短工期，还可通过增加留土宽度以减小支护结构变形，降低基坑开挖对环境的影响．该工艺成功应用于上海西站１５号线地铁车站地下二、三层基坑工程．结果表明：采用该方法施工可以将支护结构变形控制在允许范围内；与正常分段推进式挖土工艺相比，该工艺可以提高工效４０％．

关键词：通道式施工；挖土工艺；逆作法；深基坑；施工效率

      随着大规模的城市地下空间开发，基坑工程呈现出紧、近、深、大等特点^［１］．由于上海地区的地基土质条件较差，同时建筑物密集、地下管线众多、交通网络纵横，环境保护要求高．基坑支护结构除满足强度要求外，还须要将基坑周边土体的变形控制在允许范围之内，保证基坑周围的建（构）筑物和管线的正常使用要求．

      采用逆作法设计与施工，可以有效地减少基坑支护结构变形、提高施工效率，降低工程费用等^［２］．常规逆作法的特征是在顶板设置取土洞口，取土洞口之间一般距离为２０～４０ｍ，取土口布置应尽量同时满足在板底土方开挖时的出土要求和地下各层楼板分段施工需要．在复杂环境条件下，顶板范围内无条件设置取土洞口或者取土洞口距离较长时，逆作法施工效率明显降低，特别是在狭长形逆作法深基坑施工中，土方长距离运输效率明显降低．同时，分段挖土的土方水平运输与支撑或地下结构施工的空间矛盾导致无法连续施工，进一步降低逆作法施工效率．

     针对深基坑逆作法对施工组织要求较高，而且挖土极为不便^［３］等问题，庄剑峰等^［４］提出了在深基坑中使用半顺作半逆作的施工方法，周臻全^［５］结合上海莘庄龙之梦购物广场基坑，提出中心顺作－周边踏步式逆施工方法．目前，逆作法深基坑挖土方法以分段推进开挖、中心岛式开挖和中心盆式开挖为主．包旭范等^［６］对盆式挖土中留土宽度对支护结构水平位移影响进行了模型试验和数值模拟，梁志荣等^［７］基于改进的弹性地基梁理论和考虑土拱效应的Ｉｔｏ土压力理论，建立了位移协调方程，探讨中心岛留土宽度的计算模式，给出了基于极限抗力的有限差分解答，结果表明：开挖过程中留土宽度的增加可以有效地减少连续墙的水平变形．因此，盆式挖土方法不适用于狭长形逆作深基坑．若采用分段推进开挖方法，支撑制作与养护使得挖土不能连续进行，从而增长施工周期，降低施工效率．

      本文针对狭长形逆作基坑的特点及变形控制要求，提出了逆作法通道式土方开挖施工工艺，协调支撑制作养护与土方开挖运输之间的关系，并解决中心施工效率与留土宽度的矛盾，从而达到提高施工效率、减小围护结构变形的目的，并成功应用于上海西站１５号线地铁车站地下二、三层基坑工程.

 

     小型基坑开挖方式以分段推进开挖为主，随着基坑的宽度和深度逐渐增加，衍生出水平分块竖向分层的开挖方式．鉴于开挖方式对围护结构变形的影响以及具体工程的施工组织设计，盆式开挖和岛式开挖方式得到了广泛应用．现有逆作深基坑挖土方法主要以一次分区开挖和中心盆式开挖为主，如图１所示．对于狭长逆作基坑，分段推进开挖方法由于挖土和支撑制作和围护结构之间的矛盾，导致施工速度慢，施工周期长，施工效率低．若采用盆式开挖方法，为满足施工组织设计和土方运输要求，用于抵抗围护结构变形的留土宽度很小，从而减小了留土对结构变形的抵抗作用．

　　

      针对以上不足，本文提出逆作通道式土方开挖施工工艺，施工流程如图２所示．先从出土口开始，在基坑中间部位沿基坑走向挖出一条纵向通道，同时保留两侧留土；满足土方开挖与运输设备正常作业空间的情况下，尽可能保留两侧留土以抵抗围护墙侧向变形．逆作法挖土采用挖掘机挖土与专用运输设备水平运土，由设置在基坑取土洞口端的取土口专用设备，将挖出的土方提升装车外运．通道形成后，由远离出土口一侧开始分段挖取两侧留土直至挖土结束，同时跟进楼板和支撑的施工养护．施工材料通过远离出土口的楼板预留洞口垂直运输至作业面，避免了挖土施工作业面与楼板支撑等施工作业面冲突，做到流水施工作业.

      与常规挖土方式相比，通道式挖土方法一方面可以很好地协调基坑挖土和支护结构制作和养护之间的关系，使得挖土、支撑制作和养护同时进行，从而缩短施工周期，提高施工效率．另一方面，在保证土方顺利运输前提下，还可以大幅度提高留土宽度，从而减小支护结构的水平位移．

      通道式开挖工艺适用于以下情况：①适用软土地层狭长形的逆作法深基坑工程．如地铁车站、地下通道、地下商场等；②尤其适用于闹市区交通主干道和铁路干线下不能长时间封闭交通且无条件设置取土洞口的逆作法地下工程，亦适用于有特殊保护要求而必须采用逆作法施工且无法设置足够取土洞口的深基坑工程．

 

      上海西站综合交通枢纽为地铁１１号、１５号、１６号线车站在铁路上海西站地区形成轨道交通换乘节点，分３个分区进行施工，Ａ区位于铁路上海西站站场下，地下共３层，其中：地下一层为地下南北通道综合大厅，与铁路１＃、２＃、３＃站台和地铁１１号线、１６号线相连通，可实现各轨道交通的零换乘；地下２层净宽２３．５ｍ，深１５．５ｍ，主要放置地铁车站的相关设备；地下３层净宽２３．５ｍ，长约８４ｍ，深２３．５ｍ，为１５号线岛式站台车站．

      地铁１５号线车站基坑采用厚１ｍ、深４７．５ｍ的钢筋混凝土地下连续墙围护体系，墙幅之间采用锁口管柔性接头．Ａ区内设工程桩及立柱桩共１９９根，其中１５号线范围内设工程桩９９根，底板下桩体长度为４６ｍ．地铁１５号线车站主体结构为钢筋混凝土箱体．混凝土级配除结构柱为Ｃ４５外，其余均为Ｃ３５．Ａ区范围内设３道施工缝，分４段浇筑．支护结构布置如图３所示．图中：ＥＣＸ３和ＷＣＸ３分别为东西两侧地下连续墙测斜点位置；Ｌ１和Ｌ２为１５号线基坑内两根立柱桩监测位置；ＲＮＤ１和ＲＮＤ２为中一板上２个测点位置．

      鉴于铁路上海西站沪宁城际铁路已开通运营，地铁１５号线Ａ区地下二、三层拟采用盖挖逆作法进行施工．共分４层开挖，如图４所示．

      每次开挖前，首先凿除Ａ、Ｂ区封堵墙（见图４）至该层土底面标高．先由南向北挖出６ｍ宽通道，再从北向南退挖两侧剩余土体．随挖随撑．挖土至该层土底面标高．随即浇筑垫层，制作支撑与围檩．养护支撑，待砼达到一定强度后，采用相同方式进行下一次开挖．

      当土体挖至坑底标高时，随即浇筑垫层，制作和养护底板．待砼达到一定强度后．进行结构衬墙及柱的逆作施工．拆除第２道砼支撑及围檩，制作地下３层后浇柱、衬墙．拆除第１道砼支撑及围檩．制作地下２层后浇柱、衬墙．自上而下依次割除临时格构柱，场清，完工．

      采用新工艺相对正常分段推进式挖土缩短施工时间８７ｄ，土方开挖和运输工效提高４０％．

２．３．２　通道式施工工艺对变形的影响　１５号线地下二、三层净宽为２３．５ｍ，采用通道式挖土方法，首先在基坑南北方向挖出一条６ｍ宽的狭长运输通道，留土宽度约为９ｍ，比同等条件下盆式开挖留土宽，可以减少连续墙最大水平位移^［６］．开挖通道和留土所用时间如表１所示．　　

      图５所示为１５号线连续墙水平位移监测结果，测 点位置见图３．由图可见，随着开挖的进行，连续墙的水平位移值逐渐增大，开挖结束时，最大位移出现在坑底附近，最大值为１．８ｃｍ，开挖深度Ｈ ＝１３．４ｍ，最大水平变形约为０．１３％Ｈ．文献［８］中对上海市区３１个逆作基坑围护结构变形特性做了详细分析，结果表明，围护结构最大水平位移为（０．１％～０．６％）Ｈ，平均值为０．２５％Ｈ．文献［９］中对上海地区地铁车站基坑实测数据进行分析，结果表明，上海软土地区地铁车站基坑围护结构的最大侧向位移为（０．０４％～０．６％）Ｈ，平均值为０．３％Ｈ．由此可知，围护墙的变形控制在正常变形范围内，而且最大水平位移小于平均值，说明采用通道式开挖方法可以有效地将基坑变形控制在允许范围内．

      图６所示为１５号线基坑内立柱桩和中一板竖向位移监测结果，测点位置见图３．由图可见，由于开挖卸荷，坑底土体回弹，带动立柱桩和地连墙隆起变形，从而使得中一板隆起，总体上立柱桩和中一板竖向变形随着开挖的进行而不断增大，最大值为８ｍｍ，在允许范围内．

    逆作法施工中，如果各立柱之间产生较大差异沉降，已浇筑的楼板就可能会出现裂缝，从而降低承载力，导致工程事故，因此必须时刻关注立柱桩之间和楼板不同测点间的差异沉降，并通过实测控制其变形．图６中，立柱桩和中一板最大差异变形约为２ｍｍ，在允许范围内．

 

      提出了逆作法通道式挖土方法，与传统挖土工艺相比，该工艺在提高施工效率和减小基坑开挖对环境影响等方面有显著优势．尤其对软土地层狭长形的逆作法深基坑工程优势体现更明显．

      对上海西站１５号线地铁车站Ａ区地下二、三层采用逆作法通道式土方开挖工艺．新工艺工效和正常分段推进式挖土工效的对比结果表明：新工艺较正常分段推进式挖土施工时间缩短８８ｄ，土方开挖和运输工效提高４０％．

      监测结果表明，地连墙最大水平位移控制在１８ｍｍ，中一板和立柱桩的最大隆起量不超过８ｍｍ，立柱之间和楼板不同测点之间的最大差异沉降在２ｍｍ内，因此，采用该方法施工可以有效地减小支护结构变形，将其控制在允许范围内．

      随着地下空间开发的不断进行，狭长型基坑工程必然越来越多，该项逆作施工工艺将发挥更大的作用，具有广阔的推广应用前景．