下沉式隧道基坑支護(hù)施工方案與技術(shù)要點(diǎn)

1、PAGE PAGE 9下沉式隧道基坑支護(hù)施工方案及技術(shù)要點(diǎn)五公司 趙建國(guó)摘要： 復(fù)合土釘墻支護(hù)技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)用于土體開(kāi)挖和邊坡穩(wěn)定的一種新型擋土結(jié)構(gòu)。該文結(jié)合工程實(shí)例的地質(zhì)及周邊復(fù)雜的施工條件，對(duì)下沉式大跨度汽車隧道基坑工程結(jié)構(gòu)所采用的復(fù)合土釘墻支護(hù)方案的支護(hù)機(jī)理進(jìn)行了分析，對(duì)該支護(hù)方案的施工技術(shù)要點(diǎn)、技術(shù)難題處理及施工保通措施進(jìn)行了闡述。關(guān)鍵詞：隧道；基坑支護(hù)；土釘墻；下沉式隧道；施工技術(shù)某樞紐互通位于國(guó)道G107線鄭州段改建工程項(xiàng)目終點(diǎn)，連接機(jī)場(chǎng)互通連接線中州第一門(mén)、航空港區(qū)主干道新港大道和迎賓大道，現(xiàn)狀為環(huán)形平交，交叉樁號(hào)K41+871.432。（見(jiàn)圖1）圖1 迎賓大道互通（一期）

2、地理位置示意圖為保護(hù)迎賓大道的形象，不干擾在建的大型雕塑，采用單向雙車道定向式匝道增加通行能力；主線直行方向采用下沉式隧道，減少直行與轉(zhuǎn)向交通的沖突。地面層進(jìn)行渠化交通設(shè)計(jì)，解決其余方向的轉(zhuǎn)向交通。根據(jù)預(yù)測(cè)的交通量，該互通可分期實(shí)施，近期僅實(shí)施主線下沉式隧道，地面采用環(huán)島（充分利用現(xiàn)狀環(huán)島、避免大量拆遷)渠化交通。其遠(yuǎn)期方案和近期實(shí)施工程如圖2所示。 （a）遠(yuǎn)期 （b）一期 圖2 迎賓大道互通立交實(shí)施方案 1. 下沉式隧道工程地質(zhì)概況根據(jù)程巖土工程勘察報(bào)告，所建隧道區(qū)段內(nèi)的地下水補(bǔ)給來(lái)源以降雨和側(cè)向徑流為主，屬空隙潛水。穩(wěn)定水位4.4米左右。根據(jù)鉆探土的成因、結(jié)構(gòu)及物理力學(xué)性質(zhì)，該隧道所在區(qū)域

3、內(nèi)的土層可劃分為7個(gè)小層，其物理性質(zhì)如表1所示。表1土層物理性質(zhì)層號(hào)土層土質(zhì)特點(diǎn)土層厚度/m1粉土黃褐色，松散，局部夾粉砂9.52粉質(zhì)黏土黃褐色，軟塑塑，含小顆粒鈣質(zhì)結(jié)核3.03粉砂中密密實(shí) ，黃褐色，飽和6.04粉土黃褐色，密實(shí)，飽和，含小顆粒鈣質(zhì)結(jié)核，粒徑不等3.05中砂黃褐色，密實(shí)，飽和，礦物成分以石英長(zhǎng)石為主2.06粉質(zhì)粘土棕黃色，硬塑，濕，含鐵質(zhì)斑點(diǎn)及小顆粒鈣質(zhì)結(jié)核等14.07黏土硬塑堅(jiān)硬，棕紅色，濕，局部夾薄層粉土7.52. 基坑支護(hù)方案基坑支護(hù)的常用方案有放坡、護(hù)坡樁、錨桿和噴錨等，各種方案有其優(yōu)點(diǎn)和局限性。因此，選擇合理的支護(hù)方案是保證基坑工程質(zhì)量和施工安全的關(guān)鍵。在掌握和深入

4、研究該隧道所在區(qū)域工程地質(zhì)、水文地質(zhì)資料和周邊環(huán)境條件的基礎(chǔ)上，進(jìn)行多種方案的分析、論證與優(yōu)化，確定采用敞口放坡開(kāi)挖及微型樁、復(fù)合土釘墻相結(jié)合的支護(hù)方案。2.1 微型樁+預(yù)應(yīng)力復(fù)合土釘支護(hù)形式微型樁和部分預(yù)應(yīng)力復(fù)合土釘支護(hù)（見(jiàn)圖3）即聯(lián)合應(yīng)用微型樁與土釘兩種支護(hù)形式，并通過(guò)對(duì)部分土釘施加預(yù)應(yīng)力的措施來(lái)控制變形，保證支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全。圖3 微型樁+復(fù)合土釘支護(hù)形式2.2 微型樁+預(yù)應(yīng)力復(fù)合土釘支護(hù)施工工藝基坑開(kāi)挖前，先在待開(kāi)挖的坑壁邊緣采用壓力注漿法設(shè)置微型樁，微型樁強(qiáng)度滿足后，對(duì)土體進(jìn)行分段開(kāi)挖，設(shè)置土釘。對(duì)需施加預(yù)應(yīng)力的土釘，注漿時(shí)其前端預(yù)留24米作為自由段，并在端部設(shè)置腰梁，以便在面層砼達(dá)到

5、強(qiáng)度后施加預(yù)應(yīng)力（見(jiàn)圖4）。腰梁內(nèi)土釘鋼筋加塑料套管，防止砼與鋼筋粘結(jié)。圖4 預(yù)應(yīng)力土釘與面層的連接2.3 微型樁+預(yù)應(yīng)力復(fù)合土釘支護(hù)機(jī)理2.3.1復(fù)合土釘受力機(jī)理復(fù)合土釘受力過(guò)程分為三階段（見(jiàn)圖5）：1）土釘安設(shè)的初期，注漿體與土層的粘結(jié)尚未形成，土釘基本不受力 ；2） 注漿體將土釘粘結(jié)于地層中，隨著開(kāi)挖深度的增加，土釘逐漸產(chǎn)生拉力，并將拉力集中在與面層粘結(jié)的部位，這時(shí)內(nèi)力類似于無(wú)自由變形段的土層錨桿(靠近面層處拉力最大，往后逐漸縮小)； 3） 開(kāi)挖足夠深度，土釘?shù)拇蟛糠痔幱诨逊秶畠?nèi)，這時(shí)土釘內(nèi)力表現(xiàn)為中間部位(近滑裂面)最大、兩端最小，類似于土筋。 (a) 土釘內(nèi)力為零 (b) 土釘內(nèi)

6、力類似于錨桿 (3) 土釘內(nèi)力類似于土筋圖5 復(fù)合土釘?shù)氖芰^(guò)程2.3.2 微型樁受力作用機(jī)理微型樁受力主要來(lái)自土壓力，在不同情況，可能受彎、受壓、受剪、受扭及各種作用的組合，目前其主要起超前支護(hù)作用，體現(xiàn)在：(1) 提高了微型樁周圍一定范圍內(nèi)土體的強(qiáng)度和面層強(qiáng)度.(2) 改善了開(kāi)挖后土體的受力和變形.(3) 調(diào)動(dòng)并協(xié)調(diào)土釘?shù)闹ёo(hù)作用，保證基坑周圍環(huán)境的安全.2.4 基坑計(jì)算荷載(1) 土壓力及水壓力，水壓力取離地面4.4m為地下水位線。(2) 地面堆積荷載及大型車輛的動(dòng)、靜荷載。(3) 周邊建筑物的作用荷載：為20kPa。(4) 施工荷載，為20kPa。2.5 支護(hù)結(jié)構(gòu)形式該項(xiàng)目采用明挖施工

7、，支護(hù)結(jié)構(gòu)根據(jù)基坑開(kāi)挖深度按表2選取。表2 明挖基坑與放坡級(jí)別關(guān)系表基坑深度H/m放坡級(jí)別土釘長(zhǎng)度/ m及型號(hào)入射角/()橫豎間距/ m0H21：1放坡開(kāi)挖2H5一級(jí)4：110 、2820115mH10兩級(jí)4：115 、282011H10三級(jí)4：120 、282011注：當(dāng)基坑深度大于5 m，放坡的平臺(tái)為2 m，且每個(gè)平臺(tái)采用一排微型樁加固，其直徑15cm，樁長(zhǎng)7.5m，縱向樁間距1.2m?；娱_(kāi)挖坡面均噴射C20砼，厚度為8cm，內(nèi)含10mm100100mm鋼筋網(wǎng)。該隧道基坑支護(hù)斷面如圖6所示。 （a）開(kāi)口段支護(hù)橫斷面（b）閉口段支護(hù)橫斷面圖6 下沉式隧道基坑支護(hù)斷面（單位：cm）3. 基坑

8、支護(hù)施工及施工難題處理方案3.1 基坑支護(hù)施工方案3.1.1基坑開(kāi)挖方案土方開(kāi)挖中充分考慮時(shí)空效應(yīng)，合理確定土方分層開(kāi)挖層數(shù)、每層分段數(shù)量，分段開(kāi)挖的時(shí)間限制等，且與設(shè)計(jì)工況保持一致，并遵循“開(kāi)槽支撐，先撐后挖，分層開(kāi)挖，嚴(yán)禁超挖”的原則。具體如下：(1)各斷面的開(kāi)挖分層次數(shù)與該斷面內(nèi)支撐道數(shù)大致相同；一般土層分層開(kāi)挖深度為12m，該項(xiàng)目分層開(kāi)挖深度為1.5m；開(kāi)挖寬度滿足支護(hù)作業(yè)和邊坡臨時(shí)穩(wěn)定性要求。(2)基坑開(kāi)挖自上而下進(jìn)行，嚴(yán)禁超挖和“大鍋底”開(kāi)挖，開(kāi)挖后及時(shí)支護(hù)。(3)基坑采用機(jī)械開(kāi)挖，基坑底及坑壁留200mm厚土層，由人工挖掘修整。開(kāi)挖層設(shè)集水坑，及時(shí)用泵排除坑底積水。(4)開(kāi)挖到底

9、后，及時(shí)清底驗(yàn)槽，減少暴露時(shí)間，防止地基土原狀結(jié)構(gòu)受到破壞。支護(hù)前，清除松動(dòng)土層。3.1.2放坡段施工方案(1)開(kāi)挖工作面，修整邊坡，埋設(shè)噴射砼厚度控制標(biāo)志。(2)噴射第一層砼。(3)綁扎、固定鋼筋網(wǎng)，噴射第二層砼。(4)坡頂、坡面和坡腳的排水處理。3.1.3噴射砼施工方案(1)噴射砼分段依次進(jìn)行，同一分段內(nèi)噴射自下而上分兩次進(jìn)行。(2)噴射時(shí)，噴頭盡量與噴射面保持垂直，距離為60cm120cm。(3)噴射時(shí)控制好水灰比，保證砼表面平整、濕潤(rùn)光澤、無(wú)干斑及滑移流淌現(xiàn)象。(4)上一級(jí)噴射砼面層達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后，開(kāi)挖下一級(jí)放坡施工。(5)鋼筋網(wǎng)與固定鋼筋連接牢固，噴射砼時(shí)鋼筋網(wǎng)不晃動(dòng)。(6)

10、鋼筋網(wǎng)的搭接長(zhǎng)度不小于300mm。3.1.4復(fù)合土釘施工方案土釘支護(hù)設(shè)計(jì)見(jiàn)圖7。施工方案如下：（a）正立面圖 (b) A A斷面圖圖7 土釘支護(hù)設(shè)計(jì)（單位：cm）(1) 按設(shè)計(jì)縱向、橫向尺寸及與水平面夾角進(jìn)行鉆孔施工，采用洛陽(yáng)鏟成孔。(2) 鋼筋平直、除銹、除油。(3) 注漿材料用水泥砂漿，其配合比為1：11：2，水灰比為0.40.45。(4) 注漿管插到距成孔底部250500mm，保證注漿飽滿，在孔口設(shè)止?jié){塞。(5) 安裝土釘時(shí)設(shè)置定位器，以保證鋼筋的保護(hù)層厚度。3.1.5微型樁施工方案(1)用全站儀測(cè)量放線，確定樁位坐標(biāo)。(2)調(diào)整 HYPERLINK /baike/detail.asp?

11、t=鉆機(jī) t _blank 鉆機(jī)位置，慢速鉆孔。(3)開(kāi)動(dòng)水泵注入清水，待 HYPERLINK /baike/detail.asp?t=孔深 t _blank 深為1m左右時(shí)加快 HYPERLINK /baike/detail.asp?t=鉆進(jìn)速度 t _blank 鉆孔速度，確保成孔的位置和垂直度。(4)成孔至設(shè)計(jì)深度后，往復(fù)提、降鉆桿，并不停抽入 HYPERLINK /baike/detail.asp?t=泥漿 t _blank 泥漿，盡量將孔內(nèi)土屑排出。(5)排出 HYPERLINK /baike/detail.asp?t=泥漿 t _blank 泥漿中無(wú)大顆粒狀土屑時(shí)，停止抽入 HYP

12、ERLINK /baike/detail.asp?t=泥漿 t _blank 泥漿，并將鉆桿頭部卸掉，接上注漿管準(zhǔn)備注漿。鋼筋籠主筋保護(hù)厚度取25mm。鋼筋籠一般在成孔前完成，步驟為加勁箍制作主筋配料主筋定位 HYPERLINK /baike/detail.asp?t=箍筋 t _blank 箍筋設(shè)置對(duì)中支架安裝。3.1.6基坑降水及排水方案土釘墻施工中應(yīng)采取有效的地表排水、內(nèi)部排水、基坑地下水位降低及排水等措施。該項(xiàng)目主要采用降水井、集水明排的方法。(1)基坑周圍地表排水。為防止地表水向地下滲透，使涇流遠(yuǎn)離邊坡，在距離坡頂邊線2m左右設(shè)置截水溝，在低處設(shè)置集水井，以防雨水大面積匯入基坑。(2

13、)基坑內(nèi)部排水。在基坑開(kāi)挖施工階段，每開(kāi)挖一層土方，沿坑底設(shè)置臨時(shí)排水縱溝及集水井，避免坑底積水浸泡邊坡土體；基坑開(kāi)挖到底后，設(shè)置截水溝，在基坑四角和周邊每隔3040m設(shè)一個(gè)集水井，同時(shí)設(shè)置泵站排水。排水溝底面比挖土面低0.30.4，集水井底面比溝底面低0.5。(3)基坑地下水位降低及排水。當(dāng)基坑側(cè)壁出現(xiàn)分層滲水，按不同高程設(shè)置導(dǎo)水管、導(dǎo)水溝等構(gòu)成明排系統(tǒng)。3.2 施工中遇到的問(wèn)題及處理方案3.2.1 施工中遇到的問(wèn)題（1）K41775951長(zhǎng)140m隧道閉口段采用單箱雙室閉口框架結(jié)構(gòu)，斷面全寬30.0m，左、右室凈寬為13.5m；K41635775和K41915K42205段共計(jì)260m，開(kāi)

14、口段采用U形框架結(jié)構(gòu)，凈寬27.0m。這兩個(gè)區(qū)段均為大跨度隧道基坑，地質(zhì)條件復(fù)雜，基坑支護(hù)難度大。（2）2條大型高壓供電電纜位于隧道開(kāi)挖段，管線保護(hù)要求較高。（3）基坑開(kāi)挖深度和長(zhǎng)度較大，對(duì)周邊建筑物及其他構(gòu)筑物的影響較大，對(duì)安全施工的要求較高；同時(shí)施工期間需保證周圍道路的通行，施工場(chǎng)地狹小，施工條件惡劣。（4）隨著開(kāi)挖深度的不斷增加，技術(shù)難度、施工難度也相應(yīng)增大，施工單位承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)越來(lái)越大。(5)建設(shè)單位不僅要求確保工程質(zhì)量，對(duì)加快施工進(jìn)度、降低工程投資、保證施工安全也提出較高的要求，相應(yīng)地增加了施工難度。3.2.2 處理方案（1）根據(jù)該下沉式隧道施工技術(shù)難度大、施工工期緊及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求高的

15、特點(diǎn)，從多個(gè)項(xiàng)目中抽調(diào)具備類似工程經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員，根據(jù)設(shè)計(jì)文件及現(xiàn)行規(guī)范的要求，選擇技術(shù)可行、造價(jià)合理、安全可靠的施工技術(shù)方案。（2）施工保通方案分三步進(jìn)行：1）通過(guò)區(qū)域路網(wǎng)，對(duì)交通流實(shí)行分流；施工完畢兩側(cè)設(shè)臨時(shí)輔道，完成地面環(huán)島平交改造；利用兩側(cè)輔道及原有道路進(jìn)行局部交通疏導(dǎo)，同時(shí)設(shè)置合理的交通標(biāo)志和標(biāo)線，保證交通暢通。2）對(duì)主線進(jìn)行局部封閉，安裝彩色鋼板圍欄，開(kāi)挖施工下沉式隧道閉口段；采用土釘墻支護(hù)施工，盡量少占用地面臨時(shí)輔道空間。3）施工閉口式隧道頂平交路面，采用平交渠化引導(dǎo)地面交通；封閉隧道開(kāi)口段主線，施工下沉式隧道開(kāi)口段；隧道開(kāi)口段施工完畢，拆除彩色鋼板圍欄，恢復(fù)交通（見(jiàn)圖8）。 圖

16、3-2保通方案設(shè)計(jì)圖3.3 基坑開(kāi)挖施工應(yīng)急措施為預(yù)防在基坑開(kāi)挖過(guò)程中出現(xiàn)意外，預(yù)先準(zhǔn)備足夠的鋼支撐、土方及砂袋；成立搶險(xiǎn)領(lǐng)導(dǎo)小組和搶險(xiǎn)救災(zāi)隊(duì)伍；與當(dāng)?shù)貧庀蟛块T(mén)密切聯(lián)系，做好預(yù)防工作；工地自備發(fā)電機(jī)組和抽水設(shè)備。 施工期間采取降水措施，嚴(yán)格控制地下水位，側(cè)墻施工到一定高度時(shí)及時(shí)回填；暴雨時(shí)準(zhǔn)備足夠的砂袋，均勻地堆放在隧道結(jié)構(gòu)底板上抗浮。 4. 基坑支護(hù)監(jiān)控深基坑支護(hù)工程是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)、高難度的系統(tǒng)工程，在市區(qū)高樓林立、交通繁忙的情況下，安全要求更高。因此，施工動(dòng)態(tài)管理和信息化管理非常重要。該工程施工期間對(duì)基坑支護(hù)進(jìn)行了的嚴(yán)密監(jiān)控量測(cè)（測(cè)布置點(diǎn)、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及頻率等如表3所示），確保施工期間基坑本身及

17、周邊環(huán)境的安全。表3 下沉式隧道基坑支護(hù)監(jiān)控量測(cè)表監(jiān)測(cè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)對(duì)象儀器監(jiān)測(cè)精度量測(cè)頻率測(cè)點(diǎn)布置地下水位基坑周圍1mm圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工及基坑開(kāi)挖期間1次/(2d)，主體結(jié)構(gòu)施工期間2次/周沿隧道縱向1525m布置1個(gè)測(cè)點(diǎn)地面沉降圍護(hù)結(jié)構(gòu)周圍土體1/100(Fs)圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工及基坑開(kāi)挖期間1次/(2d)，主體結(jié)構(gòu)施工期間2次/周1520m布置1個(gè)測(cè)點(diǎn)孔隙水壓力圍護(hù)結(jié)構(gòu)周圍土體1/100(Fs)圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工及基坑開(kāi)挖期間1次/(2d)，主體結(jié)構(gòu)施工期間2次/周沿隧道縱向每側(cè)布置4個(gè)測(cè)點(diǎn)，同一孔豎向23m布置1個(gè)測(cè)點(diǎn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)邊管線沿管線軸向1mm1次/(2d)，直至管線恢復(fù)為止根據(jù)管線部門(mén)的要求設(shè)置注：F

18、s為滿量程該項(xiàng)目監(jiān)測(cè)結(jié)果表明地面沉降最大位移為22mm，無(wú)局部塌陷發(fā)生。證明微型樁與土釘墻相結(jié)合的復(fù)合土釘墻支護(hù)能有效控制圍護(hù)結(jié)構(gòu)周圍地面土體的變形。5.結(jié)束語(yǔ)對(duì)大跨度深基坑支護(hù)，目前采用較多的鋼板樁、地下連續(xù)墻等圍護(hù)支撐結(jié)構(gòu)，其造價(jià)太高。而復(fù)合式土釘墻在傳統(tǒng)土釘墻的基礎(chǔ)上，配合采用微型樁等技術(shù)措施，具有較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)，可降低造價(jià)10%40%。該項(xiàng)目大跨度下沉式隧道基坑支護(hù)工程的安全順利施工表明復(fù)合式土釘墻在深基坑支護(hù)中應(yīng)用效果顯著，不僅突破了以往土釘墻支護(hù)僅適用于地下水位以上或經(jīng)降水后的粘性土或密實(shí)性較好的砂土地層的界限，而且在放坡平臺(tái)上設(shè)置微型樁可提高土釘墻的整體穩(wěn)定性。土釘墻支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍可進(jìn)一步擴(kuò)大。參考文獻(xiàn)1 JGJ120 99， 建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程S.2劉建航，侯學(xué)淵；基坑工程手冊(cè)M：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1997.3楊志銀，張俊，王凱旭復(fù)合土釘墻技術(shù)的研究及應(yīng)用J巖土工程學(xué)報(bào)，2005，27(2).4張欽喜，朱緒平，潘旭亮，等. 復(fù)合土釘支護(hù)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用實(shí)例