1、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)是近年來發(fā)展起來用于土體開挖和邊坡穩(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、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.(見圖1)圖1 迎賓大 道互

2、通(一期)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、

3、結(jié)構(gòu)及物理力學(xué)性質(zhì),該隧道所在區(qū)域內(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 /米1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

4、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,并通過對(duì)部分土釘施加預(yù)應(yīng)力的 措施來控制變形,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)施工工藝基坑開挖前,先在待開挖的 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)行分段開挖,設(shè)置土釘.對(duì)需施加預(yù)應(yīng)

5、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)到強(qiáng)度 后施加預(yù)應(yīng)力(見圖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)合土釘受力過程分為三階段(見圖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) 開挖足夠深度 ,土釘?shù)?大 部分處于滑裂范圍之內(nèi)

6、,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)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)?受力過程2.3.2 微型樁受力作用機(jī)理微型樁受力主要來自土壓力,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 開挖后土體的 受力和變形.(3) 調(diào)動(dòng)并協(xié)調(diào)土釘?shù)?支護(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4.4米為地下水位線.(2) 地面堆積荷載及大 型

7、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,支護(hù)結(jié)構(gòu)根據(jù)基坑開挖深度 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/米放坡級(jí)別土釘長(zhǎng)度 / 米及型號(hào)入射角/()橫豎間距/ 米0H21：1放坡開挖2H5一級(jí)4：110 、2820115米H10兩級(jí)4：115 、282011H10三級(jí)4：120 、282011注：當(dāng)基坑深度 大 于5 米,放坡的 平臺(tái)為2 米,且每個(gè)平臺(tái)采用一排微型樁加固,其直徑15厘米,樁長(zhǎng)7.5米,縱向樁間距1.2米.基坑開挖坡面均噴射C20砼,厚度 為8厘米,內(nèi)含10米米1

8、00100米米鋼筋網(wǎng).該隧道基坑支護(hù)斷面如圖6所示. (a)開口段支護(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：厘米)3. 基坑支護(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基坑開挖方案 土方開挖中充分考慮時(shí)空效應(yīng),合理確定土方分層開挖層數(shù)、每層分段數(shù)量,分段開挖的 時(shí)間限制等,且與設(shè)計(jì)工況保持一致,并遵循“開槽支撐,先撐后挖,分層開挖,嚴(yán)禁超挖”的 原則.具體如下：(1)各斷面的 開挖分層次數(shù)與該斷面內(nèi)支撐道數(shù)大 致相同;一般土層分層開挖深度 為12米,該項(xiàng)目分層開挖深度 為1.5米;開挖寬度 滿足支護(hù)作業(yè)和邊坡臨時(shí)穩(wěn)定性要求.(2)基坑開挖自上而下進(jìn)

9、行,嚴(yán)禁超挖和“大 鍋底”開挖,開挖后及時(shí)支護(hù).(3)基坑采用機(jī)械開挖,基坑底及坑壁留200米米厚土層,由人工挖掘修整.開挖層設(shè)集水坑,及時(shí)用泵排除坑底積水.(4)開挖到底后,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60厘米120厘米.(3)噴射時(shí)控制好水

10、灰比,保證砼表面平整、濕潤(rùn)光澤、無干斑及滑移流淌現(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)鋼筋網(wǎng)的 搭接長(zhǎng)度 不小 于300米米.3.1.4復(fù)合土釘施工方案 土釘支護(hù)設(shè)計(jì)見圖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：厘米)(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250500米米,保證注漿飽滿,在孔口

11、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)整鉆機(jī)位置,慢速鉆孔.(3)開動(dòng)水泵注入清水,待深為1米左右時(shí)加快鉆孔速度 ,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,并不停抽入泥漿,盡量將孔內(nèi)土屑排出.(5)排出泥漿中無大 顆粒狀土屑時(shí),停止抽入泥漿,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25米米.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

12、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2米左右設(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)基坑內(nèi)部排水.在基坑開挖施工階段,每開挖一層土方,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;基坑開挖到底后,設(shè)置截水溝,在基坑四角和周邊每隔3040米設(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 問題

13、及處理方案 3.2.1 施工中遇到的 問題(1)K41775951長(zhǎng)140米隧道閉口段采用單箱雙室閉口框架結(jié)構(gòu),斷面全寬30.0米,左、右室凈寬為13.5米;K41635775和K41915K42205段共計(jì)260米,開口段采用U形框架結(jié)構(gòu),凈寬27.0米.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挖段,管線保護(hù)要求較高.(3)基坑開挖深度 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)隨著開挖深度 的 不斷增加,技術(shù)難度 、

14、施工難度 也相應(yīng)增大 ,施工單位承擔(dān)的 風(fēng)險(xiǎn)越來越大 .(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 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

15、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;封閉隧道開口段主線,施工下沉式隧道開口段;隧道開口段施工完畢,拆除彩色鋼板圍欄,恢復(fù)交通(見圖8). 圖3-2保通方案 設(shè)計(jì)圖3.3 基坑開挖施工應(yīng)急措施為預(yù)防在基坑開挖過程中出現(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

16、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1米米圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工及基坑開挖期間1次/(2d),主體結(jié)構(gòu)施工期間2次/周沿隧道縱向1525米布置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)施工及基坑開挖期間1次/

17、(2d),主體結(jié)構(gòu)施工期間2次/周1520米布置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23米布置1個(gè)測(cè)點(diǎn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)邊管線沿管線軸向1米米1次/(2d),直至管線恢復(fù)為止根據(jù)管線部門的 要求設(shè)置注：Fs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22米米,無局部塌陷發(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)

18、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)米：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 J .土木工程學(xué)報(bào),