基坑工程时空效应理论与实践
基坑工程时空效应理论与实践
2005年08月08日
项目完成单位：上海市地铁总公司、同济大学
组织鉴定单位：上海市建设委员会
鉴定时间：1998.3
本成果获一九九九年上海市科技进步一等奖。
基坑工程时空效应理论是指在基坑工程施工中科学地利用土地自身的控制地层位移的潜力，以解决软土深基坑稳定和变形问题的一整套设计、计算方法和施工工艺。包括两方面：一是根据基坑工程设计所选定的主要施工参数（即基坑规模、邻近环境要求、几何尺寸、支撑形式、开挖方式和地基条件等），通过时空效应理论的分析计算，设计出详细的可操作的开挖与支撑的程序及施工参数，一般按分层、分步、对称、平衡的原则开挖与支撑，其中最主要的施工参数是分层开挖的层数、每层开挖深度，以及每层开挖中基坑挡墙被动区土体开挖后、挡墙未支撑前的暴露时间和暴露的宽度及高度；二是根据已设计好的或正在施工的施工参数、施工工况，基坑工程时空效应理论提出了计算基坑支护系统的内力、变形以及对周围环境的影响的新方法（包括平面和空间三维有限元计算方法）；分析土压力随时间、工况等的取值方法及其规律，从软土流变性等理论基础上研究基坑周围位移及对邻近建筑物和地下管线等的影响的计算方法并提出了应用时空效应原则控制基坑变形的设计方法和施工工艺："分段、分层、随挖随撑、按规定时限施加预应力，作好基坑排水，减少基坑暴露时间"，地铁车站深基坑施工技术要点（即"21条"）等等深基坑施工技术要点也是从此产生。基坑工程时空效应理论预测的支护结构的内力和变形以及邻近建筑物及地下管线等的位移的准确度可达80%以上，误差很小。
应用时空效应理论能有效地控制基坑变形，保护周围建筑物、地下管线、邻近隧道等的安全，在深基坑施工中已获得广泛地应用，发挥了重要的作用。基坑工程时空效应理论及施工工艺适用于并已在各种类型的基坑工程中获得广泛的应用，在软土地区应用效果尤为显著。在需要时配以必要的地基加固，可以收到事半功倍的效果，其原理也可推广至桩基等整个岩土工程中。
基坑工程时空效应理论及施工工艺已编入国家基坑工程行业规范、上海地区基坑工程规范、《基坑工程手册》、"21条"等，秦四清等在《深基坑工程优化设计》一书中评价时空效应是软土工程中的一次类似于岩石隧道中新奥法的革命。本成果达到了国际领先水平。
在深基坑工程中采用时空效应施工，可以提高施工效率，节省大量的工期，并可以节省大量的地基加固费用，创造良好的经济效益。也为高层建筑地下室不规则深大在基坑变形达到规定的高标准提出了一整套安全而经济的设计和施工方法，使围护墙体水平位移和地铁隧道位移均达到了所规定的15mm的国内外最高标准。一般性的基坑（如地铁车站）可节省工程费用数百万元，工期约2～3月，大型基坑可节省工程费1000多万元，每个工程的工期至少减少3个月。