上海日月光中心地下综合体工程实践.doc

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1、上海日月光中心地下综合体工程实践 摘 要: 上海地区结合轨道交通车站开发的地下综合体是一种能充分利用轨道交通资源的地下空间开发模式。在系统分析城市地下综合体开发的经济效益、社会效益和环境效益的基础上，结合地铁车站、隧道与地块开发建筑共建的上海日月光中心这一地下综合体工程的成功实践，对软土地区建造大型地下综合体所面临的岩土工程问题及工程技术对策进行了分析总结，可为软土地基中结合轨道交通建设大力发展城市地下空间开发的区域综合工程提供工程借鉴和交流。关键词: 轨道交通、地下空间开发、地下综合体 1 引 言 进入新世纪以来，伴随着我国综合国力的提高和城市化进程的加快，我国各大中心城市建设正在并将持续经

2、历一场前所未有的高速发展。但城市中心土地资源紧张、交通拥挤、人口密度过高等因素制约了城市的可持续发展。为了构建和谐社会，实现国家的可持续发展，现在的城市规划、设计建设方式正在由传统的粗放、单一的模式向集约化、环保型、协调运作的模式逐渐转变。大力开发利用地下空间是建设节约型城市，走可持续发展道路的一个重要方面1。有序、合理、协调、高效地开发地下空间资源能在一定程度上缓解城市人口大幅增长和城市用地急剧扩展造成的生态空间和生存空间在用地上的矛盾，增强城市基础设施的服务功能、提高城市综合防灾能力、进而寻求人文景观的与自然环境的均衡与统一、实现现代化城市建设与更新以及保持城市可持续发展2。 2 地下综合

3、体的建造 城市地下空间的开发与建设是一次涉及到大系统、大投资的决策，在很大程度上地下工程具有不可逆性。因此，地下空间开发有必要遵循一个满足公众需要、可操作性强、全面和整体的规划。 源起 于美国新城市主义代表人物Peter Calthorpe 的“以公共交通为导向的城市发展模式”( TOD: Transit Oriented Development) 理论3在我国的城市地下空间建设中得到了广泛的应用，即利用轨道交通建设的契机，整合和开发城市地下空间( 如图 1 所示) 。力求在区域和邻里层面上使城市土地开发和城市轨道交通系统相结合，将城市地下空间开发设计在轨道交通网络节点之上，充分发挥轨道交通对

4、区域功能的串联和带动作用。 目前我国城市轨道交通正处于高速发展期。城市轨道交通网络建成后将形成“枢纽为点、隧道为线、网络为面”的点、线、面结合的地下空间体系4。而轨道交通车站则成为联系与发展周边地下空间的核心，其中一些大型的枢纽站则成为地下空间发展的热点区域5。在这些热点区域结合轨道交通建设沿三维方向开发的一种地面与地下系统联结网络，并结合办公、商业、娱乐、换乘等共同构成用以组织人们活动，协调上下部空间，支托城市高效运转的一种综合性地下设施，我们称之为地下综合体。地下综合体的主要特征是功能上的多重性、空间结构上的整合性、系统组织上的有序性、开发建设的联合性，及工程设施的综合性等。 当前我国有大

5、量地下综合体开发项目正在建设或规划建设中，上海港国际客运中心的地下空间规模达到 24 万 m2，占到总建筑面积的 60%; 虹桥交通枢纽在西航站楼、磁浮车站、高铁车站和东、西交通中心的地下建有超大的地下空间，这个地下空间提供了航空、磁浮、高铁、地铁和公交之间的换乘，并且提供了 5 条地铁的车站和相应的区间线路的空间。地下综合体开发正成为当前城市建设的关键词。图 2、图 3 为上海地区结合轨道交通建设的地下综合体工程。 3 地下综合体的综合效益 结合轨道交通车站开发的地下综合体是一种能充分利用轨道交通资源的地下空间开发模式。它是以轨道交通站点为中心，以金融办公、购物中心等零售服务业、公共汽车业、

6、出租车业、宾馆酒店设施为主要内容的大型建筑综合体。在尽可能使站点区域土地利用效益最大化的同时，地下综合体能利用轨道交通带来的大量客流，为地下综合体辐射范围内的商业及服务业赢利提供重要帮助。3 1 经济效益 地下综合体的经济性体现在两个方面，其一，地下综合体可以构建出一个地面与地下系统的联结网络，从而地面的繁荣可以带动地下空间活动的发展。其二，与轨道交通建设的紧密结合。位于商业地下空间中的轨道交通网络不仅起到了构建地下空间骨架的作用，而且由于其流动性还整合了整个城市地区的地下空间，使得各地下空间的功能和效用成几何级增长，带动了区域的协调发展。同时轨道交通开通产生的客流又孕育了巨大的商机，提升了地

7、下空间的商业价值，为地下空间的一体化发展起到支撑作用6。 因此，地面与地下系统的联结网络和城市的核心地段有着高能达性，使地下综合体成为具备便捷的交通和集生活、商务、商业、文化、娱乐为一体的完善设施。城市发展的“磁力效应”隐含着巨大的开发价值，也吸引着各类投资者对该地段各项功能设施的开发，从而取得较高的经济效益。3 2 社会效益 城市地下综合体中地下空间的利用能够使城市的整体使用价值高于传统的地下空间开发形式，具有重大的社会意义7，8: ( 1) 提高了城市土地的利用率，大大减少工作、居住、购物地点之间的通勤时间，能够提高整个社会的工作效率; ( 2) 城市和社会的相互联系会得到加强，有利于缓解

8、现代都市中普遍存在的都市病; ( 3) 大大缩短了交通线和减少了运输量，节约城市能源的同时也有效改善了城市交通;3 3 环境效益 在地下综合体的建造过程中，将地块开发建筑和以轨道交通为核心的地下工程集成在一起，采用共同设计，同步施工的“共建”方式建造，可以实现几个子工程的统筹管理，大大缩短工期，节约建造成本的同时，最大限度的减小地下工程建造过程中对城市带来的不利影响( 如路面翻交、管线搬迁等) ，实现地下空间开发的“绿色”建造和城市生活的“和谐”发展。 4 上海日月光中心地下综合体4 1 工程概况 上海日月光中心广场，为卢湾区新一轮的旧区改造地区之一，亦是打浦桥地区中心的重要组成部分。工程将二

9、个地块同时设计，同时开发成一个规划完善的一体化社区，基地总用地面积为 4 4 万m2，拟建一座高 140 m 的 31 层办公楼，二座高100 m的 29 层公寓式办公楼及地下二层至地上五层的商业裙房以及地下三层配套车库，地下四层为轨道交通 9 号线打浦桥站站台层，如图 4、图 5 所示。本工程建筑面积 31 万 m2，其中地上建筑面积18 万 m2，地下建筑面积 13 万 m2。位于基地内的轨道交通 9 号线打浦桥站与本地块项目同步开发建造，一体化设计施工。项目周边为城市道路管线和居民住宅，环境保护要求高。 工程场地地貌属长江三角洲滨海平原，场地土物理性质如表 1 所示。4 2 地下综合体开

10、发中的工程难题 上海日月光中心广场是以轨道交通为核心的地下综合体，采用“共建”方式建造，优势显著。在经济效应方面，共建模式可以实现几个子工程的统筹管理，大大缩短工期，节约建造成本; 在环境保护方面，共建模式可以最大限度的减小地下工程建造过程中对城市带来的不利影响; 在社会效益方面，将地铁车站置于地块开发建筑的大型地下室中的共建模式，可以避免单一轨交车站出入口建造问题，方便人员出行的同时，也提高了城市土地的利用率。但工程所处的上海地区地层多为饱和含水流塑或软塑粘土层，孔隙比及压缩性大、抗剪强度低、灵敏度高; 且工程位于密集城市中心，场地紧张、施工条件复杂、周边设施环境保护要求高。因此，上海日月光

11、中心地下综合体的开发和设计中仍然存在诸多工程难题9。4 2 1 工程的组织协调 本项目面临的首要问题就是各类地下设施的空间界面、相互关系及空间整合。地下综合体是集便捷的交通和生活、商务、商业、文化、娱乐为一体的完善设施，其建筑设施由轨道交通设施、地下室、上部结构、出入口等各类设施共同构成。因此，本项目的开发是一项系统工程，如何有效地整合各类设施的空间关系，实现工程的统一设计，同步施工以及几个子工程的统筹管理和组织协调，都是地下综合体开发中所面临的主要问题。而且工程与地铁结合共建，地块开发计划与地铁进度筹划方面也需统筹兼顾。4 2 2 沉降耦合控制 本项目位于上海软土地区，所处地层基本为饱和含水

12、流塑或软塑粘土层，孔隙比及压缩性大、抗剪强度低、灵敏度高。地铁车站、塔楼建筑、裙房建筑等这些位于地下综合体基础结构上的各建筑体因形态、荷载不一、各自沉降没有经过耦合和控制，常导致各建筑体沉降差异过大，造成地铁车站不均匀沉降开裂，连接口部拉裂漏水，以及塔楼与裙房地下室底板结构的开裂和渗漏等严重影响地下综合体正常使用和运营安全工程事故。因此，日月光中心地下综合体的建设还面临各地下建筑体之间的工后沉降耦合以及深大基坑卸荷变形影响及控制等工程技术难题10。4 2 3 工程施工中的环境保护问题 日月光中心地下综合体项目地下空间开发面积达 13 万 m2。这些地下综合体开发所需的深大基坑开挖面积一般都达

13、4 万 m2，开挖深度达 1827 m，且工程基坑位于密集城市中心，工程四周密布各种地下管线、邻近各类建筑、商业中心、交通干道、地铁设施、人流、车流繁忙、施工场地紧张、工期紧、施工条件复杂、周边设施环境保护要求高。 加之软土地区土体孔隙比及压缩性大、抗剪强度低、灵敏度高呈软塑或流塑状等特点。因此，在软弱土层中进行工程所需深基坑的开挖必须采取有效的手段来控制基坑的安全稳定，将基坑卸载所引起的变形和土体的沉降控制在允许的范围内，避免过大的变形导致周围设施的沉陷、开裂、破坏。4 3 工程技术措施 日月光地下综合体工程中 3 幢塔楼分布在地铁车站的两侧，且距离地铁车站较近。地铁车站又与地块大地下室共用

14、大底板，各建筑体之间空间、时间关系相互交错，存在交叉影响。周边环境要求基坑开挖变形小。为满足工程施工阶段的安全要求、地铁工期节点要求以及永久阶段的使用要求，在设计及施工中采用了一系列的技术措施。4 3 1 基坑的分区组织筹划 为保证地铁两端头井具备盾构推进的施工条件，满足地铁铺轨条件，并确保 2009 年底前轨道交通 9 号线二期工程通车运营。本项目的基坑工程设计及施工采用综合统筹、一体化考虑，将本项目基坑共分为四个独立基坑，即东端头井基坑、西端头井基坑、9#裙房基坑、整体大基坑( 包括车站标准段局部落深基坑) ，如图 6 所示。先开挖施工 9#裙房基坑以及地铁车站东、西端头井，再开挖施工大基

15、坑及地铁剩余标准段。 将本基坑工程分为四个基坑独立分期施工，作用在于: ( 1) 可保证盾构先行推进，满足地铁铺轨节点，确保地铁通车营运时间。 ( 2) 塔楼主体结构的尽早完成，可尽量减小塔楼后期的工后沉降对车站主体结构和相邻地铁隧道的附加变形影响。 ( 3) 将基坑分为四个基坑独立交叉施工，分期开挖，分期卸载，以减少对周边建筑、道路、地下管线、已建地铁车站结构、地铁区间隧道等的不利影响。4 3 2 沉降耦合控制措施 ( 1) 地铁车站沉降耦合桩的设置: 为保证结构使用阶段的沉降要求，地下室基础采用桩基础。且采用“设计计算复核优化再设计”的设计方式。 桩基计算采用桩基变形控制设计理论，利用基于

16、 Mindlin 应力解的弹性理论法进行计算分析，计算采用分层地基模型，并按同类工程地质条件下的桩基工程经验进行修正。设计的计算复核为设计工作提供了沉降控制以及结构受力变形依据11。 依照前期弹性理论解的预估计算结果，为控制工程内地铁车站的差异沉降，设计首先对塔楼桩基础进行了加长加密。 但塔楼竖向荷载较大，且距离地铁车站非常近，单单通过调整塔楼的桩基进行控制已难以满足地铁相关标准，故在地铁车站下方增设沉降耦合桩，以进一步控制车站的附加沉降变形。桩基布置如图 7 所示。 ( 2) 设置防水后浇带控制地铁变形: 为减小高层建筑对地铁设施的拖拽影响，工程在高层建筑周边布置了长时效的防水沉降后浇带，将

17、工程荷载差异较大的区域分割开来。同时，在工程的设计中采用了一系列的防水措施，以确保地下室以及后浇带的不裂不渗漏，减少因土体固结沉降造成的车站结构的沉降变形，保障地铁使用功能和结构耐久性。4 3 3 工程施工中环境保护措施 由于工程中包含地铁设施，且周边环境保护要求较高。因此在基坑设计中，须采取各种有效措施确保满足变形控制标准。 ( 1) 共建基坑开挖变形影响的控制: 工程大基坑开挖时要求土方开挖应用针对上海地区软土流变特性的“时空效应”理论，严格实行限时开挖支撑要求。土方开挖、支撑施工为盆式开挖，总原则是严格实行“分层、分段、分块、留土护壁、限时对称平衡开挖支撑”，开挖过程中必须随挖随撑( 或

18、浇筑垫层) 。土方开挖严格控制挖土量，严禁超挖。将基坑变形带来对周围设施的变形影响控制在允许的范围内。 此外，在本工程设计方案中，采用合理筹划基坑分区、优选围护结构、科学布置支撑、适当地基加固、顺畅的土方开挖步序、严密的信息化施工监测等一系列措施，以保证已建地铁车站、区间隧道的变形控制在允许范围内，满足周边建筑、道路、管线的正常使用要求。 ( 2) 隧道差异沉降的控制措施: 在共建基坑开挖施工过程中，由于已建的部分地铁车站及隧道位于大基坑影响范围内，大基坑土体卸载引起的坑底土层回弹将会使车站结构及隧道设施产生一定隆沉。尤其是地铁端头井与隧道的接头处，由于结构的刚度相差较大，容易产生不均匀沉降。

19、为防止隧道不均匀沉降导致管片的变形开裂、渗漏水等现象，在端头井附近的隧道内，推进时适当反拱，并加密环向变形缝，增强隧道自身的抗变形能力，以控制和减少日后隧道的下沉量。4 4 工程实施效果 上海日月光中心地下综合体工程，将地块地下空间以轨道交通为核心集成整合成地下综合体，进而共同开发建设。工程合理的统筹管理，共同设计，同步施工的“共建”方式建造，避免了基坑二次开挖、大大缩短建造工期，节约建造成本的同时，保证了工程的顺利完工，也减少了施工对轨道交通设施的影响。 表 2 对比了本工程采用地下空间单独开发模式与地下综合体共建模式的基坑开挖工期及造价。从表中比较结果可知，本工程采用地下综合体一体化共建模

20、式缩短了工期、节省了造价，取得了良好的收益。 上海日月光中心地下综合体工程于 2006 年底开始施工东西两侧的端头井，2007 年 10 月开始开挖大基坑土体，2008 年12月初完成大基坑 0 000楼板，2009 年 12 月塔楼顺利竣工。自工程施工以来，对基坑、地铁车站、塔楼以及周边环境等均进行了跟踪监测，利用监测数据反馈指导施工，获得了较好的工程效果。工程运营一年多来，地铁隧道及地铁车站的现场监测和使用情况均满足国家及上海规范要求。 5 结 语 城市化的高速发展，使我国大规模的开发利用地下空间的时机进入一个新阶段。目前，我国城市地下空间开发利用已经初具规模。其中，结合轨道交通的地下综合

21、体开发更能服务于整个城市的发展，特别是发挥轨道交通的功能，并与区域内的商业、文化等其它功能设施有机融合。具有显著的经济和社会效益。但由于地下综合体建设属于新近发展的跨领域、跨行业的新工程型式，许多技术规范尚未健全。要大规模开发建设地下综合体还存在一些工程问题，需要工程实践经验的不断积累和研究的深入。 上海日月光中心地下综合体开发建筑与地铁车站、隧道共建工程是软土地区轨道交通结合城市商业地下空间开发的典型地下综合体工程。尽管工程复杂，且位于上海中心城区，工程的设计和实施都面临着一系列的技术难题。但通过基坑开挖的分区筹划，周边环境的保护措施以及沉降耦合设计和控制等合理工程技术对策的实施，诸多工程难

22、题都得到了成功解决，并取得了良好工程的使用效果。 上海日月光中心地下综合体工程的成功实践以及诸多新技术的应用与实测资料的积累，可为软土地基中结合轨道交通建设大力发展城市地下空间开发的区域综合工程提供工程借鉴和交流。 参考文献( References)1 张子新，孙钧 二十一世纪上海大都市发展与地下空间开发J 地下空间，1999，19( 2) : 126-130 ( Zhang Zixin，Sun Jun Development and underground space exploitation of Shanghai metropolitan in 21 centuryJ Undergrou

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