第３７卷第１期 ２０１７年１月 篷莲建磺 Ｔｕｎｎｅｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｖｏ１．３７ Ｎｏ．１ Ｊａｎ．２０１７ 地下结构主动抗浮措施工作机制及工程应用 胡正东 ，刘毓氚 （１．深圳市市政工程总公司，广东深圳５１８０３４；２．福州大学土木工程学院，福建福州 ３５０１０８） 摘要：为了研究高水位地区地下结构抗浮问题，提出在地下结构基础底板下方设置具有专利技术的Ｓ型排水ＤＭ（ｄｒａｉｎａｇｅ ｍａｔ）地 下结构主动抗浮措施，采用数值分析深入研究地下结构主动抗浮工作机制，制定了地下结构主动抗浮措施的设计原则和计算方法， 并应用于厦门和昌中心地下结构抗浮工程中。研究表明，地下结构主动抗浮措施消减了基础底板下方土体孔隙水压力，达到地下 结构抗浮目标，节省了工期和造价，工程应用前景广阔。 关键词：地下结构；主动抗浮；孔隙水压力疏导调节；Ｓ型排水 ＤＯＩ：１０．３９７３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２—７４１Ｘ．２０１７．０１．０１１ 中图分类号：Ｕ ４５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２—７４１Ｘ（２０１７）０ｌ一００６８—０７ Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｃｔｉｖｅ Ａｎｔｉ－ｕｐｌｉｆｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｆｏｒ Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ＨＵ Ｚｈｅｎｇｄｏｎｇ ，ＬＩＵ Ｙｕｃｈｕａｎ （１．Ｓｈｅｎｚｈｅｎ Ｍｕｎｉｃｉｐａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｒｐ．，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ ５ １ ８０３４，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｆｕｚｈｏｕ Ｕｎｉｖｅｍｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ ３５０１０８，Ｆｕｊｉａｎ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ａｎｔｉ—ｕｐｌｉｔｆｉｎｇ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｉｎ ｈｉｇｈ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ ｌｅｖｅｌ ａｒｅａ ｉｓ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ；ａｓ ａ ｒｅｓｕｌｔ，Ｓ－ ｔｙｐｅｄ ｄｒａｉｎａｇｅ ｍａｔ ｓｅｔ ｕｎｄｅｒ ｂａｓｅｍｅｎｔ ｓｌａｂ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ａｃｔｉｖｅ ａｎｔｉ— ｕｐｌｉｔｆｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｉｓ ｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ａｃｔｉｖｅ ａｎｔｉ—ｕｐｌｉｆｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｉｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ａｎｄ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈｅｃｈａｎｇ Ｃｅｎｔｅｒ ｉｎ Ｘｉａｍｅｎ．Ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｏｒｅ ｗａｔｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆ ｓｏｉｌ ｕｎｄｅｒ ｂａｓｅｍｅｎｔ ｓｌａｂ ｏｆ ｔｈｅ ｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｒｅｄｕｃｅｄ；ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｆｕｃｔｉｏｎ ｃｏｓｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｒｅｄｕｃｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｃｈｅｄｕｌｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｓｈｏｒｔｅｎｅｄ ｂｙ ａｄｏｐｔｉｎｇ ａｃｔｉｖｅ ａｎｔｉ—ｕｐｌｉｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｆｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｓｔｕｃｔｒｕｒｅｓ；ａｃｔｉｖｅ ａｎｔｉ—ｕｐｌｉｔｆｉｎｇ；ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ ｕｐｌｉｔｆｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｌｉｅｆ ｓｙｓｔｅｍ；Ｓ－ｔｙｐｅｄ ｄｒａｉｎａｇｅ ｍａｔ ０ 引言 由于城市用地日趋紧张，建设必然向空中和地下发 行抗浮验算；当不满足抗浮稳定要求时，必须采取合 适的地下结构抗浮措施。 传统的地下结构被动抗浮技术包括增加基础荷 重、设置抗拔桩或者抗浮锚杆 Ｊ，这些被动抗浮措施 展，大型地下空间开发逐步成为增强城市功能、改善城 市环境的重要途径，建筑地下室、城市地铁、地下管廊、 地下商场、地下交通、地下停车场和综合交通枢纽等大 型地下结构埋深大，在南方高地下水位条件下，地下结 构基底受静水压力作用产生上浮力（ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ ｕｐｌｉｔ），ｆ 上浮力作用易抬升基础底板，甚至导致基础底板开裂、 地下室渗水等工程灾害 Ｊ，地下结构抗浮以及防渗问题 突出 。 往往工期长、造价高 ，同时抗浮设防水位难以合理 确定＿９］，即便满足抗浮要求，但由于基底静水压力仍 然存在，一旦出现裂缝，地下室便容易渗水。 考虑到地下结构基础底板上浮力是由于作用在基 础底板的孔隙水压力而产生的，探索地下结构有效治本 的主动抗浮措施，必须从控制基底土体水压力人手¨ 。 控制基底土体孔隙水压力，可通过在地下结构底板设置 排水措施消减部分静水压力，或者设置阻断地下水渗流 ＧＢ ５０００７－－２０１ １《建筑地基基础设计规范》 规 定，当建筑地下室或地下构筑物存在上浮问题时，应进 收稿日期：２０１６—０３—０３；修回日期：２０１６—０５—０６ 第一作者简介：胡正东（１９７Ｏ一），男，湖北监利人，１９９５年毕业于武汉水利电力大学，岩土工程专业，硕士，高级工程师，目前主要从事隧道与地下工 程施工与管理工作。Ｅ—ｍａｉｌ：５２４２６２９６９＠ｑｑ．ｃｏｍ。 １期 胡Ⅱ 尔，等： 地下 中勾主动抗浮卅施Ｉ：作机删及ｒ 应Ｊｆ】 的防渗墙得以实现 …，这项技术已经在美国 、香 １ 地下结构主动抗浮措施工作机制研究 １．１ 模型建立 港 ” 、新加坡¨ 和 等地下结构抗浮工程中成功 应用，从未来技术经济发展趋势上看，主动抗浮措施优 点多，应用前景广阔，亟待开展相关技术研究 。 工程实践表明，基底设置地下排水系统降低水化 采用有限元法分析地下结构基底主动抗浮系统工 作机制时， ‘先必须建立基本模型，根据研究选择需要 的有限元模块，根据有限冗法分析地下结构主动抗浮系 是防止水渗入地下室和降低地下室底板浮托力最有效 的方法，但有一定的适用条件…Ｊ。地下结构底板下设 置永久排水系统以消减底板扬压力，尽管已得到＿ｒ：程 统机制，在有限元分析中选择使用ＳＥＥＰ／Ｗ和ＳＩＧＭＡ／ Ｗ模块。…ＳＥＥＰ／Ｗ模块分析渗流情况，分析孔隙水 压力，将ＳＥＥＰ／Ｗ模块分析巾得到的结果应用于 应片】，但日前仍然处于概念性设计和经验累积阶段，＿Ｊ＿Ｉ 作机制、计算方法、适用条件以及排水系统长期稳定等 有待深入研究 。 ＳＩＧＭＡ／Ｗ模块分析中，分析土体变形，研究设置地下结 构主动抗浮系统对周边环境的影响。 １．２典型土层分布案例分析 以典型土层分布为研究对象，采用有限元法深人研 本文提出以Ｓ型排水管材为基础的地下结构主动 抗浮系统，该系统由设置于地下结构基础底板下方具仃 专利技术的Ｓ型排水管材的ＤＭ（ｄｒａｉｎａｇｅ ｍａｔ）孔隙水 压力疏导系统、孔隙水压力调节系统和智能监控系统组 成，已成功应用于厦门和昌中心地下结构抗浮 ｌ：程中， 应用效果良好，孑Ｌ隙水压力疏导系统见图１，Ｓ型排水板 材料参数见表１。本文采用数值分析研究手段，深入研 究地下结构主动抗浮新技术工作机制，拓宽其适用范 刚，提出地下结构主动抗浮新技术的设汁计算方法，并 究高水他条件下，设置地下结构主动抗浮系统基底土体 渗流分布规律以及对周边环境的影响，通过比较分析得 出地下结构主动抗浮系统的适用性及其影响冈素。 设置地面标商为０，地下室底板标高一１０ ｍ，水位 标高一１．０ ｎｌ，地下室底板宽】６ ｍ。地下窀底板下设 置地下结构主动抗浮系统，土层分 及基坑剖而见图 ２，土 参数见表２。 开展实际工程应用研究，推动新技术工程应用。 图２典型土层剖面图（ 化：ｍ） Ｆｉｇ．２ Ｐｒｏｆｉｌｅ ｏｆ ｔｙｐｉｃａｌ ｓｏｉｌ ｌａｙｅｒｓ（ｎ１） 表２土体参数 Ｔａｂｌｅ ２ Ｓｏｉｌ ｔ）ｌ’ｏｐｅｒｔｉｅｓ （ａ）新型排水系统 ｍ流网分析在地下结构主动抗浮系统的单宽渗流 星计算结果（见图３），单宽渗流超为３．５９ ｘ １０ ＩＩｌ ／（Ｓ・ｍ）（０．３１ ｍ ／（ｄ・ｍ））。进一步分析有兀设置 地下结构主动抗浮系统时基底孔隙水压力变化情况（见 图４），图４（ａ）为未设置地下结构主动抗浮系统时基底 孔隙水压力分布情况，图４（ｂ）为设置地下结构主动抗 浮系统时基底孑Ｌ隙水压力分布情况。由图４可以看出， （ｂ）新 排水材料的地Ｆ结构 动Ｊ＿Ｊ１＝浮系统 未设 地下结构主动抗浮系统时基底孔隙水压力达到 ８８．２６ ｋＰａ；而没嚣地下结构主动抗浮系统因为及时｛ｊＪ： 出地下水， 底孑Ｌ隙水压力为０。基底孔隙水压力的消 敞可以有效防止结构卜浮，增加地下结构安全系数。 图１ 孔隙水压力疏导系统（ 化：ｈｉｍ） Ｆｉｇ．１ Ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｔ‘ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｌｉｅｆ ｓｙｓｔｅｍ（１ｎｎ１） 表１ Ｓ型排水板材料参数 Ｔａｂｌｅ １ Ｍａｔｅｒｉａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ Ｓ－ｔｙｐｅｄ ｄｒａｉｎａｇｅ ｍａｔ 检测项目 ｋ强＿Ｊｊ 指标 纵向／＞８００ Ｎ／２５ Ｈｉｌ１］ ≥ｌ５％ 断裂仲Ｋ率 最人压缩强度 图３渗流分析结果（单化：ｍ ／ｓ） Ｆｉｇ．３ Ｓｅｅｐａｇｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｈｓ（Ｉｌｌ ／ｓ） ≥２．０ ｋＮ／ｌＯ０‘・ｍ ７０ ９８ 省 霞 第３７卷 底孔隙水压力始终控制在基底目标孔隙水压力附近， 提高静动荷载作用下主动抗浮措施的可靠性，适应地 下水位动态变化。 ｉ —．—．—．—．９６ ９４ ９２ 垦９ｏ ８８ ８６ ８４ １ ｈ ＿ 一＿Ｉ根据设计原则可知，地下结构主动抗浮系统设计 包括：工程概况，工程场地工程地质和水文地质条件， 抗浮设防水位确定，渗流计算分析确定需排除水量，基 底排水系统布设，实时监控和应急系统设计等。 ＿—＿ｈ ＿ ＿ ｉ．．———．——． ＿—＿ ｛ ｛ Ｉ８２ ８０ ７８ ｛３工程应用案例 ３．１工程概况 ｛｝ ｝ 厦门和昌中心工程位于厦门岛东部前埔，环岛干 基底水平距离／ｍ （ａ）未设置系统 重 萋。 篙 基底水平距离／ｍ （ｂ）设置系统 图４基底孔隙水压力分布 Ｆｉｇ．４ Ｐｏｒｅ ｗａｔｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｂａｓｅｍｅｎｔ ｓｌａｂ 典型土层案例分析结果表明，在黏土层中使用地 下结构主动抗浮系统，不仅可以有效降低基底孔隙水 压力，防止地下结构上浮，而且其基底单宽渗流量都在 建筑结构的适用条件范围内。地下结构主动抗浮系统 特别适用于地下结构埋深范围内没有软弱土层，基底 土体属于渗透系数小的硬土层，利用地下结构主动抗 浮系统中的ＤＭ孔隙水压力疏导系统能及时排出地下 水，消散基底孔隙水压力，并且对周边环境影响小，有 效保证地下结构抗浮稳定性。 ２地下结构主动抗浮系统设计 地下结构主动抗浮系统设计工作机制研究表明， 地下结构主动抗浮系统是经济可靠的主动抗浮措施， 为实现自适应动态调节，该系统设计原则如下。 １）主动疏导排水，将地下结构基底下多余地下水 通过设置于地下结构基础底板下方的ＤＭ孔隙水压力 疏导系统在有压条件下主动排除，需疏导水量小，不同 于被动降水，对周边建筑物影响小。 ２）通过基底孔隙水压力调节系统部分消散基底 孔隙水压力，降低浮力作用，满足地下结构抗浮要求， 不必完全消除孔隙水压力，实现经济性要求。 ３）该系统随地下水位变动自适应动态调节，可主 动消散动荷载作用下可能形成的超孔隙水压力，使基 线东北侧，洪前路东南侧，拟建建筑物地下室基坑开挖 深度为２．８４一ｌ６．９５ ｎｌ。 根据勘察报告可知，基坑开挖深度范围内的主要 含水层为杂填土① 、素填土①：和残积砂质黏性土③， 全风化花岗岩④、强风化花岗岩⑤ 、强风化花岗岩⑤： 和中风化花岗岩⑥的透水性、富水性较差，均属弱透水 层。相关土层物理力学参数见表３。 地下室底板普遍低于地下水稳定水位，因此在地 下室设计与施工时，需考虑地下水的防水和浮托作用， 进行抗浮稳定性验算，并采取相应的防水和抗浮措施， 以确保地下室的安全使用。根据厦门有关规定和经 验，结合勘察实测的场地地下水稳定水位，并考虑到地 下水位年变幅在整平至设计地坪标高的情况下，本工 程地下室防水和抗浮设防水位标高建议按拟建场地周 边道路设计标高以下１．０ ｍ考虑。 ３．２设计计算分析 假设不透水层位于基底以下２０．００ ｍ处，根据场 地水文地质条件，用ＳＥＥＰ／Ｗ数值模拟计算，概化土 层剖面见图５，相关土层参数见表３。 Ａ Ａ ＿２５．１Ｏ 粉质黏土 图５概化土层剖面（单位：ｍ） Ｆｉｇ．５ Ｇｅｎｅｒａｌｉｚｅｄ ｓｏｉｌ ｐｒｏｆｉｌｅ（ｍ） ３．２．１渗流分析 由流网分析在地下结构主动抗浮系统的单宽渗流 量见图６。由数值模拟渗流分析可知，在Ａ一 断面（标 高为一５．１０ ｍ）基底的渗流为３．３１×１０ ｍ ／（Ｓ・ｍ） （２．９１ ｍ ／（ｄ・ｍ）），Ｂ—Ｂ断面（标高为一４．４０ ｍ）基底 的渗流为１．３９×１０ １ＴＩ ／（ｓ・ｍ）（１．２１ ｍ ／（ｄ・ｍ））。 进一步分析有无设置地下结构主动抗浮系统时基底处 孔隙水压力变化情况（见图７），图７（ａ）为设置地下结构 主动抗浮系统时基底孔隙水压力分布情况，图７（ｂ）为 未设置地下结构主动抗浮系统时基底孔隙水压力分布 情况。由图７可以看出，未设置地下结构主动抗浮系统 第１期 胡正东，等： 地下结构主动抗浮措施工作机制及工程应用 时基底孔隙水压力达到２０２—１１３ ｋＰａ；而设置地下结构 小于１０ ｋＰａ。基底孔隙水压力的消散可以有效防止结 构上浮，增加地下结构抗浮安全系数。重 遂 舳 ∞ 加 ∞ ∞ ∞ 们 加 ０ 主动抗浮系统因为及时排出地下水，基底孔隙水压力为 表３地基土主要物理力学指标统计表 Ｔａｂｌｅ ３ Ｐｈｙｓｉｃｏ—ｍｅｃｈｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｏｉｌｓ 最大沉降１２．０３ ｃｍ，当与基坑距离超过４０ ｍ时，沉降 小于６ ｃｍ。对于地面 方向的变形，右侧地面最大变 形为２ ｃｍ，左侧地面最大变形为６ ｃｍ。 －图６工程实例渗流分析结果（单位：ｍ。／ｓ） —０．０１５ ０．０２ ０．０２５ ’ｆ Ｆｉｇ．６ Ｓｅｅｐａｇｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ（ｍ ／ｓ） －Ｊ －０．０３ 一 ０３５ ｌ ｒ 世－０．０４ —， １ ● —ｎ ０４５ ｎ ０５ ０．０５５ ｎ ０６ ．｛ 产 ， Ｆ —● 一 ０ ５ ｌ０ １５ ２０ ２５ ３Ｏ ３５ ４０ ４５ —０．０６５ ０ ；０ ｎｎ ’ ｎ＿Ｊ １０ ２： 基底水平距离／珊 （ａ）右侧地面沉降 水平距离／ｍ （ａ）设置地下结构主动抗浮系统 ２２０ ｎ ０５ ０．０６ 一ｎ ０７ ０．０８ ， ， ， —２００ １一 ≮ 鐾一０．０９ １８０ 一ｎ１ ０．１１ ｎ１２ ０．１３ ｌ６。 －Ｌ —ｆ ｌ ｛ ｉ ； ： １４０ 一—１２０ ， ５Ｕ ｌＵＵ ｌ Ｕ ２ＵＵ ２，Ｕ ０ １０ ２０ ３０ ４０ １００ Ｕ 基底水平距离／ｍ （ｂ）左侧地面沉降 水平距离／ｍ 图８地面沉降 Ｆｉｇ．８ Ｇｒｏｕｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｓ （ｂ）未设置地下结构主动抗浮系统 图７基底孑Ｌ隙水压力分布 Ｆｉｇ．７ Ｐｏｒｅ ｗａｔｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｄｉｓｔｉｒｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｂａｓｅｍｅｎｔ ｓｌａｂ 计算分析结果表明，使用地下结构主动抗浮系统 不仅可以有效降低基底孔隙水压力，防止地下结构上 ３．２．２变形分析 根据有限元变形分析结果可知，沉降分析对象取 基坑两边地面（见图８）。在右侧地面，离坑壁６ ｍ处 达到的最大沉降６．５４ ｃｍ，当与基坑距离超过４０ ｍ 时，沉降小于２ ｃｍ；在左侧地面，离坑壁１０ ｍ处达到 浮，而且其基底单宽渗流量和地面变形量都在建筑结 构的适用条件范围内。 ３．３设计施工方案简介 地下结构主动抗浮系统由诱导排水板、主排水板 和土工膜覆盖组成，排水系统外接集水涵洞，通过集水 隧道建设 井与市政管网连接。系统剖面见图９，平面布置见图 个应急减压管，作为应急应对措施。 第３７卷 １０。在底板下卧土层布设孑Ｌ隙水压力传感器，并在排 水系统末端设置流量计，以监测系统运背情况，共 没 ５０个孔隙水压力传感器和ｌ０个流量 ‘，并Ⅱ布设５０ １ ４００ ｒ一 施： 颐序如下：铺设砂石垫层、诱导排水系统施 工、主排水系统施工、主排水系统与集水井连接、监测 与应急系统和顶面土工膜施ｊＩ：等。施工情况见图１１。 ———————～ 广荸 盔互 至奎型揎地 下室底板－５．１００ Ｉ Ｗ ； 图９地下结构主动抗浮系统剖面图（单佗：ｍ） ｊ＿ ｌ一 回接填市轴政性ｊ｛ ｝Ｌ水 管；瞳 ■ Ｌ ０ ｍ １．８ ａ谲洞 Ｆｉｇ．９ Ｐｒｏｆｉｌｅ ｓｈｏｗｉｎｇ ａｃｔｉｖｅ ａｎｔｉ—ｕｐｌｉｆｔｉｌｌｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｌ’Ｏｕｌｌｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ（ｍ） 结构主动抗浮系统下土体孔隙水压力分布见图１３。 由图１３可以看出，地下结构主动抗浮系统开始运行 后，基地土体孔隙水压力迅速降低至目标孑Ｌ隙水压力 附近，地下结构主动抗浮系统发挥’广抗浮作用。 图ｌＯ地下结构主动抗浮系统平面布置图 Ｆｉｇ．ＩＯ Ｐｌａｎ・）ｆ ｌａｙｏｕｔ ｏｆ ａｃｔｉｖｅ ａｎｔｉ—ｕｐｌｉｆｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ 图１２地下结构主动抗浮系统排水 Ｆｉｇ．１ ２ Ｄｒａｉｎａｇｅ ｏｆ ａｃｔｉｖｅ ａｎｔｉ—ｕｐｌｉｔｉｆｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｌ‘ＯＵＩｌ（］ ｓｔｒｕｃＩＵｒｅ 图１ １ 地下结构主动抗浮系统施工图 Ｆｉｇ．１ Ｉ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｓｉｔｅ ｕｆ ａｃｔｉｖｅ ａｎｔｉ—ｕｐｌｉｆｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ‘ Ｊ ：、 、 ３．４工程实施效果初评 厦门和昌中心工程地下结构主动抗浮系统于 ２０１４年５月铺设完成，铺设完成后，局部排水板开始 莹．Ｔ－萋莩睾舌 垂 垂 垂 垂 垂茎季霎霎垂摹摹摹 垂 奏 蚕 蚕 薹 蚕 日期 排水（见图ｌ２）。地下室施工到正负零高程后，川填 土，地下结构主动抗浮系统开始运行，确保施 Ｉ 期问地 下室不至于在高水位作用下上浮，监测到的典 地下 Ｆｉｇ．１ ３ 图１３典型的基底土孔隙水压力变化 Ｔｙｐｉ（・ａｌ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｍ’ｅ ｗａｔｅｒ’ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｔ’ｓｏｉｌ ｕｎｄｅｒ 第１期 胡正东，等： 地下结构主动抗浮措施工作机制及工程应用 ７３ ４结论与建议 地下结构主动抗浮系统主要由设置于地下结构基 础底板下方具有专利技术的ｓ型排水管材的ＤＭ （ｄｒａｉｎａｇｅ ｍａｔ）孔隙水压力疏导系统、孔隙水压力调节 系统和智能监控系统组成。本文采用数值分析深入研 究地下结构主动抗浮工作机制，制定了地下结构主动 抗浮措施的设计原则，并应用于厦门和昌中心基础抗 浮中，主要结论如下。 １）数值计算分析表明，地下结构主动抗浮系统特 别适用于地下结构埋深范围内没有软弱土层，基底土 体属于渗透系数小的硬土层，利用地下结构主动抗浮 系统中的ＤＭ孔隙水压力疏导系统能及时排出地下 水，消散基底孔隙水压力，并且对周边环境影响小，有 效保证地下结构抗浮稳定性。 ２）在工作机制研究基础上，本文提出地下结构主动 抗浮系统设计原则和计算方法，包括抗浮设防水位、基 底目标孔隙水压力和需排除水量确定，以及基底孔隙水 压力疏导系统和孔隙水压力调节智能监控系统设计。 ３）实际工程应用表明，地下结构主动抗浮措施消 减了基础底板下方土体孔隙水压力，达到地下结构抗 浮目标，节省了工期和造价，工程应用前景广阔。 ４）建议后续研究工作如下：首先，建立以渗流理 论为基础，能考虑各种复杂边界条件的单宽渗流量计 算公式；其次，研究ＤＭ孑Ｌ隙水压力疏导系统在不同上 覆压力以及不同基底土体条件下的渗透试验，为排水 材料以及防淤堵土工织物选择提供依据；最后，深入 研究ＤＭ孔隙水压力疏导系统的长期性能，积累科学 数据，为推动工程应用奠定坚实基础。 参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ） 袁正如．地下工程的抗浮设计［Ｊ］．地下空问，２００４，２４ （１）：４１—４３．（ＹＵＡＮ Ｚｈｅｎｇｒｕ．Ａｎｔｉ－ｌｆｏａｔｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｉｎ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ［Ｊ］．Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｓｐａｃｅ，２００４，２４ （１）：４１—４３．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）） ［２］ 刘卡丁．地下空间可持续发展：深圳益田村地下停车库 抗浮问题的优化设计［Ｊ］．隧道建设，２０１４，３４（２）： １４０—１４６．（ＬＩＵ Ｋａｄｉｎｇ． Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｓｐａｃｅ：Ｃａｓｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａｎｔｉ・ ｌｆｏａｔｉｎｇ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐａｒｋｉｎｇ ｇａｒａｇｅ ｏｆ Ｙｉｔｉａｎ Ｖｉｌｌａｇｅ ｉｎ Ｓｈｅｎｚｈｅｎ，Ｃｈｉｎａ［Ｊ］．Ｔｕｎｎｅｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，２０１４，３４（２）： １４０—１４６．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）） ［３］ 建筑地基基础设计规范：ＧＢ ５０００７－－２０１Ｉ［ｓ］．北京：中 国建筑工业出版社，２０１１．（Ｃｏｄｅ ｆｏｒ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ：ＧＢ ５０００７－－２０１１［Ｓ］． Ｂｅｒｉｎｇ：Ｃｈｉｎａ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｐｒｅｓｓ，２０１１．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）） ［４］ 曾国机，王贤能，胡贷文．抗浮技术措施应用现状分析 ［Ｊ］．地下空间，２００４，２４（１）：１０５—１０９．（ＺＥＮＧ Ｇｕｏｊｉ， ＷＡＮＧ Ｘｉａｎｎｅｎｇ，ＨＵ Ｄａｉｗｅｎ．Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ａｎｔｉ—ｌｆｏａｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｓｐａｃｅ，２００４，２４（１）：１０５—１０９．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）） ［５］李广涛．广州地铁暹岗站的抗浮计算分析［Ｊ］．隧道建 设，２０１３，３３（１１）：９３７—９４１．（ＬＩ Ｇｕａｎｇｔａｏ．Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ａｎｔｉ—ｆｌｏａｔｉｎｇ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｘｉａｎｇａｎｇ Ｍｅｔｒｏ Ｓｔａｔｉｏｎ ｉｎ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ［Ｊ］．Ｔｕｎｎｅｌ Ｃｏｎｓｔｕｒｃｔｉｏｎ，２０１３，３３（１１）： ９３７—９４１．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）） ［６］ 刘云飞，周淑玲．地下工程抗浮设计与施工中问题的讨 论［Ｊ］．工业建筑，２００５，３５（增刊）：５９５—５９６，５５２．（ＬＩＵ Ｙｕｎｆｅｉ，ＺＨＯＵ Ｓｈｕｌｉｎｇ．Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｕｐｌｉｔｆ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｃｏｎｓｔｕｒｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐｒｏｊｅｃｔｓ［Ｊ］． Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，２００５，３５（Ｓ）：５９５—５９６，５５２．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）） ［７］郑伟国．地下结构抗浮设计的思路和建议［Ｊ］．建筑结构， ２０１３，４３（５）：８８—９１．（ＺＨＥＮＧ Ｗｅｉｎｇｏ．Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｉｄｅａｓ ｆｏｒ ａｎｔｉ—ｌｆｏａｔｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｓｔｕｒｃｔｕｒｅｓ ［Ｊ］．Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｓｔｕｒｃｔｕｒｅ，２０１３，４３（５）：８８—９１．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）） ［８］ 贾金青，宋二祥．滨海大型地下工程抗浮锚杆的设计与 试验研究［Ｊ］．岩土工程学报，２００２，２４（６）：７６９—７７１． （ＪＩＡ Ｊｉｎｑｉｎｇ，ＳＯＮＧ Ｅｒｘｉａｎｇ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｔｅｓｔ ｏｎ ａｎｔｉ— ｌｆｏａｔｉｎｇ ａｎｃｈｏｒａｇｅ ｏｆ ｌａｒｇｅ ｓｕｂｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ ｃｏａｓｔｌａ ｒｅｇｉｏｎ［Ｊ］． Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００２，２４（６）： ７６９—７７１．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）） ［９］季宏，赵森林，刘应辉，等．人工岛抗浮、防水设计水位 选取分析［Ｊ］．岩土力学，２００８，２９（增刊）：１９７—２００． （ＪＩ Ｈｏｎｇ，ＺＨＡＯ Ｓｅｎｌｉｎ，ＬＩＵ Ｙｉｎｇｈｕｉ，ｅｔ ａ１．Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｎａｔｉ—ｕｐｌｉｆｔ ａｎｄ ｗａｔｅｒｐｒｏｏｆ ｗａｔｅｒ ｌｅｖｅｌｓ ｏｆ ａｒｔｉｉｆｃｉａｌ ｉｓｌａｎｄ［Ｊ］．Ｒｏｃｋ ａｎｄ Ｓｏｉｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ，２００８，２９（ｓ）：１９７— ２００．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）） ［１Ｏ］ 徐朕，赖颖，梅国雄．游泳池排水减压抗浮法及其数值 模拟研究［Ｊ］．岩土工程学报，２０１３，３５（增刊１）： ４５１～４５５．（ＸＵ Ｚｈｅｎ，ＬＡＩ Ｙｉｎｇ，ＭＥＩ Ｇｕｏｘｉｏｎｇ． Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｔｅｒ－・ｄｉｓｃｈａｒｇｉｎｇ ｐｒｅｓｓｕｒｅ－－ｒｅｌｉｅｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｎ ａｎｔｉ—ｆｌｏａｔｉｎｇ ｏｆ ｓｗｉｍｍｉｎｇ ｐｏｏｌｓ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１３，３５（ｓ１）： ４５１—４５５．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）） ［１１］ 李明书，李进军，刘维扬．ＣＭＣ静水压力释放技术原 理及设计方法［Ｊ］．岩土工程学报，２０１３，３５（增刊２）： ９３２—９３５．（ＬＩ Ｍｉｎｇｓｈｕ，ＬＩ Ｊｉｎｊｕｎ，ＬＩＵ Ｗｅｉｙａｎｇ． Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ＣＭＣ ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｌｉｅｆ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ［Ｊ］．Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｇｅｏｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０１３，３５（ｓ２）：９３２—９３５．（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）） ［１２］ＣＨＡＮＧ Ｄ Ｔ，ｗｕ Ｊ Ｙ，Ｎｉｅｈ Ｙ Ｃ．Ｕｓｅ ｏｆ ｇｅｏｓｙｎｔｈｅｔｉｃｓ ｉｎ ｔｈ ｕｐｌｉｔｆ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｌｉｅｆ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ａ ｒａｆｔ ｓｙｓｔｅｍ［Ｊ］．Ａｓｔｍ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎ。１９９６：１９６—２１０． 、 ７４ 隧道建设 第３７卷 南昌红谷隧道顺利贯通 ２０１７年１月９日，历时ｌ０年论证３年多建设，由南昌市政公用集团融资代建、中国中铁隧道集团施工的国内江河规模最大、最 长的过江沉管隧道工程——南昌红谷隧道顺利贯通，填补了在江河中游建造沉管隧道的世界空白。 红谷隧道穿越赣江，连接南昌红谷滩新区与赣江东岸老城区，位于南昌大桥与八一大桥之间。隧道主线全长２ ６５０ ｍ，沉管长 １ ３２９ ｍ，共１２节管节，采用双向６车道，是在江河中游修建的世界首座沉管隧道。 红谷隧道采用“快速过江、水下立交、多点疏散、东西贯通”设计，采用沉管法隧道施工工艺。隧道埋深小，能迅速进入周边路 网，和城区５条主干道实现有机衔接。隧道竣工后，机动车可以实现３ ｍｉｎ快速穿越赣江，将大大缓解南昌城市过江交通压力。 工程自２０１４年１月开工以来，面对百万ｉｎ 巨型围堰、水下立交深大基坑群、３５万ｍ 水下岩石炸礁、异地干坞和８．６５ ｋｍ航道 开挖与管段浮运、６条生产线平行预制６节管段、１２套４１３００ ｔ模板台车３次转场、超大体量管段预制混凝土防渗抗裂、管段浮运穿 越小净跨桥梁、急流回旋区管段掉头、内河中游和水位落差１０ ｍ条件下水力压接管段、１２节管段沉放对接轴线精度、时隔半年沉放 管段的接头差异沉降等重大风险，中国中铁隧道集团多次组织专家论证、科技攻关，通过科学组织、精细管理，２０１５年６月浮运沉放 第１节沉管，２０１６年８月浮运沉放第１２节沉管，２０１７年１月９日完成水下最终接头施工，顺利实现了隧道的贯通。同时研发并创 造了国内首次在江河中游修建沉管隧道的１２项世界与国内首创技术，取得了７０多项发明、实用专利。 红谷隧道东端还建成了国内最大的水下立交系统，面积约５万ｍ ，由３进４出共７条匝道组成，全长２ ９９７ ｍ，以“５Ｙ＋３Ｘ”形 式在地下形成多处互通立交，实现过江隧道内车辆的多点疏解和快速分流，在水下实现了过江隧道与赣江两岸道路网的全面快速 对接。采用绿色设计理念，运营过程中没有噪音，并节约了土地，地下空间得到开发利用，同时还建设了目前国内最大的水下疏散 中心，配备了全长１９４ ｍ逃生通道和２个总面积为３３１．８ ｍ 的消防水池和１个消防泵房。隧道一旦发生危险，乘客可以迅速疏散 到５００多 的疏散大厅，通过专门通道历时１．５ ｍｉｎ即可到达地面安全地带。 随着隧道的贯通，机电安装、装修装饰等相关配套工程已经全面展开，整个工程计划在２０１７年６月竣工通车。红谷沉管隧道 的建成，将完善南昌市以穿江隧道交通为主轴的城市路网结构，进一步勾勒出“一江两岸”城市未来生长模型，展现出现代化滨江山 水城市风貌，同时也成为全国乃至世界范围内构筑水下隧道工程建设的典范之作。 （摘自凤凰网ｈｔｔｐ：／／ｎｅｗｓ．ｉｆｅｎｇ．ｅｏｍ／ａ／２０１７０１０９／５０５４５４５２＿０．ｓｈｔｍ１）
