本文选自《上海土木科技》（03）

作者：瞿建勋

上海硬X射线自由电子激光装置是试验低温超导高重复频率激光装置的特殊工程，是国内迄今为止投资最大的重大科技基础设施项目。工程总长约3.1km，工程任务是建设一台能量8GeV的超导直线加速器、3条波荡器线、3条光速线以及首批10个实验站。

由上海隧道工程有限公司承建的2标和4标，工作内容包括四号井地下结构、五号井地下结构、三号井四号井五号井之间的6根区间隧道和四号井五号井附属的地面配套设施。

四号工作井位于集慧路与杰科路交叉口，基坑内净尺寸为55m×50m，开挖深度约39.6m，采用9道混凝土支撑，是上海在建项目开挖最深的基坑之一。

四号井航拍图

坑内土层分布依次有①₁杂填土，③淤泥质粉质黏土夹粘质粉土，④淤泥质黏土，⑤₁黏土，⑤₂粘质粉土夹粉质黏土，⑤₃粉质黏土，⑤₄粉质黏土，⑦₁砂质粉土，⑦₂粉细砂，对⑦层承压水进行隔断，悬挂式抽降⑨层承压水。

四号井水文地质剖面图

1、总体筹划：多个主要工序难度大、工效低，总工期较紧；施工效率和工期难控制。

2、地墙施工：86m超深地墙铣槽施工、接缝加固施工难度高，槽孔暴露时间长，稳定控制难；超长、超重钢筋笼吊装难度大。

3、桩基施工：抗拔桩深84m，钻孔难度极大；钢立柱长40m，重量大，垂直度要求高，吊装难度大。

4、周边保护：基坑临近500KV高压线塔，保护性施工要求高。

5、基坑开挖施工：工作井最大开挖深度39.6m，开挖时承压水治理难度大；常规挖土方法随深度增大，出土效率将显著降低，影响工程进度。

6、结构施工：超深、超长混凝土浇筑要求高；底板厚度1.8m，大体积混凝土施工易产生温度应力裂缝及收缩裂缝。

7、3台盾构近距离掘进隧道：深埋隧道区间,稳定性差,易发生险情。后推进隧道将引起先行隧道隆沉或水平位移；轴线施工精度、管片沉降变形及渗漏水要求高。

1、TRD

由于基坑承压水突涌风险很高，为了将风险降至最低，本工程在地墙外设置了第二道止水墙——TRD止水帷幕。借助这道墙实现基坑内外同步对第一承压水进行泄压。

由于现有的TRD工法在全世界施工最大深度约60m，无法满足要求。

上海隧道工程有限公司与上海工程机械厂有限公司开展了超深TRD装备的联合研究。

经过前后近两年的设计、制造和验证，推出了一台突破世界纪录的全新装备——TRD-80E。

TRD施工

TRD-80E从结构和动力等方面进行了一系列创新改进，以实现施工80m深度的防渗墙目的：

1）优化切割箱体的结构和连接方式，显著提高了箱体的整体刚度和悬臂切割的能力。

2）提升油缸顶升能力，降低了拔出箱体时的风险。

3）增加横推油缸的推力，增加了侧向切割土体的能力。

4）设备整体构件加强，提高设备施工的稳定性。

5）以电力发动代替传统的柴油发动，更适合目前环境保护的高要求，更适用于城市核心区。

四号井总长366m、厚900mm、深69.4m的地墙止水帷幕，将承压水牢牢地挡在基坑之外。

根据四号井的TRD取芯成果显示：渗透系数、抗压强度、整体封闭性均满足设计要求，成墙质量和止水效果良好。

TRD取芯结果

2、TRD效果论证

基坑开挖前为了验证TRD止水效果，地下连续墙和TRD止水墙之间进行了降水验证试验，在抽水的过程中，两墙间两口观测井水位下降明显，TRD外侧的水位下降不到10cm，且停抽后双墙间水位恢复极缓慢。由此可知TRD止水效果良好。

4JG7-4单井抽水水位埋深曲线

3、降水运营

本工程针对承压含水层降压的巨大风险，因此压工作采用智能化地下水风险控制系统进行管控。

本工程于坑内外各观测井安装了无线远程数字化水位监控装置，在指定的时间间隔内自动采集水位数据，发送至指定终端，并可通过手机电脑等进行读取。

数字化监控系统可视化界面

取自动化监测水位数据示意图

四号工作井于坑内观测井安装水位异常预警系统，根据安全水位设定预警值，水位异常时施工现场及控制室内均会发出报警音，同时将异常数据发送至制定手机或电脑。

水位监测预警系统

四号井降水井示意图

4、第一承压水层

四号工作井于基坑开挖第五层土之前开始对⑦层进行按需降水。⑦层降压井于5月28-29日开始试抽调试，于5月30日开始正式降压，并根据基坑开挖深度逐步降低水位。坑内⑦层开始降压后，降压井流量较为稳定，基本为20 ~30m3/d左右。

6月10日开始，为减小地墙内外的水头压力差，开启TRD与地墙间⑦层降水井抽水。

⑦层降压过程坑内外⑦层水位数据

坑内外⑦层水位示意图

降压过程中根据基坑开挖进度，做到按需降压，水位控制在安全水位以下2~4m。因降压期间坑外水位始终无明显变化，为确保基坑安全，后期将水位控制在开挖面以下。

5、第二承压水层

四号工作井于基坑开挖最后一层土之前开始对⑨层进行按需降水，于8月1日开始降压，至8月31日停止，期间坑内外水位数据如下图所示。

⑨层降压期间观测井水位数据

⑨层降压井开启后，总流量基本控制在650~700m3/h左右，坑内⑨层水位控制在安全水位（10.38m）以下0.5~1m，最大降深约6m。因四号井降压前二号井的降压影响尚未完全消除，实际相对于早期的初始水位，降深约6.2m。

坑内降压期间，坑外⑨层降深约3.5m。

随着城市浅层地下空间开发的饱和，今后的基坑不可避免朝着更深的方向发展，基坑面对承压水的挑战也越来越大。一味通过加深地下连续墙来隔断地下水，不仅施工风险大，而且造价高。通过双墙的形式在保证基坑安全的前提下控制成本：浅的地下连续墙满足基坑开挖需求，深的水泥土墙隔断承压水，即“浅地墙深止水”的理念。

硬X射线自由电子激光装置项目四号工作井基坑顺利封底，证明了TRD止水帷幕+地下连续墙的双墙形式可以满足超深基坑的施工需求，为今后市中心区域重大设施周边超深基坑实现“浅地墙深止水”提供了技术和设备储备。

来源：上海市土木工程学会

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