城市复杂环境下地下空间施工技术与管理策略

1 工程与环境概况

1.1 工程规模

地下综合体东西向 612m ，南北向 46-78m ，基坑面积 3.4 万 m² ，地下四层：B1 商业（层高 6.5m ）、B2 停车 .+^; 管廊（ (4.5m) ）、B3 地铁 6 号线站厅（ ）、B4 地铁 1 号线设备层（ 7.0m ）。基坑普遍挖深 24.6m ，局部落深 27.8m 。

1.2 环境特征

基坑北侧 3-7m 外即为 9 栋清代砖木文保建筑，建于 1687–1888年，总建筑面积 4300m² ，硬山顶、抬梁木构、 480mm 青砖空斗墙，木柱独立磉墩基础埋深不足 1.2m ，地基承载力仅 60kPa ，木柱最大倾斜1/250，整体刚度退化系数 0.42，施工差异沉降须 ≤5mm 且不得新增裂缝或脱榫。

场区位于浑河高漫滩， 0-12m 为高灵敏流塑淤泥， 12-22m 中密—密实细砂， 22m 以下为强渗透卵石承压层；水头 18m ，单井涌水量 220m³/h ，地下水具弱硫酸盐腐蚀。沈阳极端低温 -28°C ，冻土深 1.48m ，冬季冻胀附加水平荷载 45kN/m 。基坑南侧运营地铁 1 号线隧道外径 6.2m 、顶板埋深 15.8m ，与坑底净距仅 4.4m ，已沉降 3-5mm ；东侧 6 号线盾构 45天后垂直穿越，距围护墙 2.6m ，刀盘扭矩 3.1MN⋅m, 。坑顶横跨 φ1200 雨污合流管、 Φ⁸⁰⁰ 高压燃气管及 66kV 电力管廊，均无法迁改，需原位悬吊保护。

2 风险识别（FBN-熵权耦合模型）

依托“模糊贝叶斯-熵权耦合网络”（FBN-EW），从地质、结构、环境、社会四个维度遴选 27 项关键指标：地质维度锁定“承压水突涌、砂层液化、冻胀力”；结构维度聚焦“地铁隧道上浮、文保建筑倾斜”；环境维度关注“燃气管爆裂、冬季冻融裂缝”；社会维度则量化“商业暂停营业导致的客流损失”。模型训练数据来源双轨并行：一方面邀请 34 名勘察、文保、地铁运营、燃气与应急管理领域专家进行三轮德尔菲打分；另一方面接入项目已累积的 65 万条现场监测数据（沉降、水位、轴力、振动、客流等），采用EM 算法迭代 800 次完成网络学习。运算结果将风险事件划分为三级：Ⅲ级灾难性风险 4 项、Ⅱ级中等风险 11 项、Ⅰ级低风险 12 项；其中“砂层承压水突涌”节点的后验概率高达 0.82，被系统识别为首要灾变源，需在后续设计与施工中给予最高优先级控制。

3 关键技术体系

3.1 超深降承压水“零沉降”技术

依托 26m 深全封闭止水帷幕阻断侧向补给：首先采用厚度 1.0m 、强度等级 C₃ ₃₀ 、抗渗等级 S₁₀ 的 TRD 等厚度水泥土墙，墙底深入不透水层 3m ，形成一道连续、无接缝的“地下大坝”，现场渗漏量长期稳定 ^<3 L/(m⋅d) 。帷幕外侧等距布置 42 口减压井，井深 35m 、井距 15m ，井内安装变频潜水泵，通过 PLC 联动控制实现“水位降深 ≤0.8m^′ ”的精确阈值；现场实测表明，该阈值可将紧邻基坑的地铁 1 号线隧道隆起量锁定在 2mm 以内。为应对极端停电工况，在基坑内部增设 8 口应急回灌井，配备双电源+UPS 系统，30 s 内完成切换，确保断电 2 h 内地下水位恢复至安全线，形成“截-降-灌”闭环，实现“零沉降”目标。

3.2 软土微扰动支护体系

针对 0-12m 流塑淤泥高灵敏度特点，采用“逆作法 + 中心岛”组合：B3层以上利用楼板兼作水平支撑，B4 层设置 42m×68m 中心岛，周边留 6m 宽土台，以“时空效应”降低支护变形。沿文保建筑侧布置 37 根 Φ2.3m 、壁厚 30mm 、长 78m 的钢管顶管，前端设 3 道环向注浆孔，注浆体 28d 无侧限抗压强度 ≥1.0MPa ，构建 26m 跨度的“棚护”结构，使文保区284 d 累计地表沉降仅 4.8mm 。逆作法阶段再布设 6 道 Φ609×16mm 伺服钢支撑，单根轴力 2000kN 、精度 12% ，通过光纤光栅实时监测并以 1Hz 频率自动调节，形成“主动补偿-即时反馈”的闭环控制，确保超近距敏

感环境始终处于安全状态。

3.3 数字孪生智能建造

项目搭建“BIM+GIS+IoT”三源融合平台，模型精度达到 LOD400，全域接入 2.1 万组传感器（地表沉降、孔隙水压力、伺服支撑轴力、环境温度等），实现地下-地面-周边环境的一体化数字映射。核心算法采用LSTM-Attention 混合网络，对“承压水位-地表沉降”进行 ^72h 超前预测，验证集决定系数 R²=0.93 ，平均绝对误差 <2mm 。现场同步部署三类智能装备： ① 双轮铣槽机内置自动纠偏系统，实时比对设计轴线与陀螺仪数据，垂直度偏差控制在 ≤1/1000 ； ② 智能注浆机器人通过压力-流量双闭环 PID控制，将注浆量误差缩小至 12% ，材料损耗率降低 18% ； ③ “北斗+UWB”融合定位系统对 200 名作业人员实时跟踪，定位精度 0.3m ，并与电子围栏联动，实现危险区域秒级预警。

3.4 极寒环境施工保障

针对沈阳冬季 -28^∘C 极端低温，建立“预热-蓄热-补偿”全链条温控体系：混凝土拌合阶段，拌合水预热至 60^∘C 并掺入 5% 防冻泵送剂，确保出机温度 ≥15^∘C ；浇筑后采用“模板 .+ 保温被 ^⋅+ 测温电缆”一体化蓄热系统，24h 内混凝土核心温度 25°C ，强度发展符合 C30 冬季曲线。对于伺服钢支撑，低温导致钢材屈服强度提高约 8% ，系统通过温度-应力耦合模块自动修正轴力补偿系数至 1.08，保证支撑力始终稳定在设定值 125% 区间，避免因温度应力突变诱发支护体系失稳。

4 管理策略（韧性-协同）

4.1 韧性治理框架

灾前建立“Ⅲ级风险-红色预案”清单：承压水突涌、燃气管爆裂、文保建筑沉降超限、地铁隧道上浮被列为最高等级风险；现场常备 8 台 200m³/h 回灌泵车、4 组 DN600 燃气管快装阀门与 2 套 1000kN 伺服支撑应急顶，确保 30min 内完成承压水回灌、2 h 内完成燃气管线迁改。灾中启动文保建筑“毫米级”应急监测体系，当累计沉降 >3mm 或差异沉降速率 >0.5mm/d 时，立即触发“停业 + 加固”双控措施：先封闭文保建筑客流，再由 24 人应急队启动微型桩 ⁺ 预应力锚索组合加固。灾后 ^72h 内由联合专家组完成结构安全评估并发布复工令，7 d 内恢复地铁正常运营，15 d 内完成商业街区复业与客流引导。

4.2 多元主体协同机制

沈阳市政府在市地下空间管理办公室下设“文保-地铁-商业”联合指挥部，实行“日例会、周推演、月演练”制度；沈阳地铁集团、中建东北院与施工单位共同出资 3000 万元建立“风险池”资金，专款专用， 15min 内可完成应急支付。面向公众推行“透明工程”：对中街 320 户商户每日 18:00统一推送监测数据与施工影像，设置 24h 热线与微信小程序，投诉件平均处理时长由 8 h 缩短至 2.3h ，投诉率下降 72% 。

结论：

沈阳中街-朝阳街地下综合体通过“风险识别—微扰动—数字孪生—韧性治理”全链条创新，成功突破高敏感文保、极软土与严寒叠加难题。未来将持续追踪冻融循环下软土-结构界面长期性能演化，把数字孪生从施工延伸至运维，打造“建-管-养”一体化平台，并构建面向东北城市群的地下空间韧性评价通用指标库，为寒区城市地下空间安全、高效、可持续利用提供可复制范式。

参考文献

[1] 辽宁省住建厅. DB21/T 3568-2024 寒冷地区软土深基坑技术指南[S]. 2024.

[2] 沈阳地铁集团. 沈阳中街朝阳街地下综合体工程总结报告[R].2024.

[3] 周丰峻. 重大地下工程安全建设与风险管理[M]. 北京: 科学出版社, 2023: 91-95.