高速公路明挖隧道基坑支护方案比选.pdf

78|PEOPLES TRANSPORTATION工程|Engineering工程概况基坑工程概况山口岩广场下穿隧道工程位于萍乡市芦溪县上埠镇卢德铭纪念馆北侧，隧道为东西走向，起于在山口岩水库源头袁水河西侧斜坡，下穿卢德铭纪念馆广场，终于广场西侧。隧道全长360m，为短隧道，其中K17+520K17+800段结构形式为箱型框架，K17+800K17+880段结构形式为U型槽。隧道采用明挖顺作法施工，隧道基坑开挖深度5.214.6m。基坑工程周边环境基坑两侧主要建筑物有隧道北侧有红色教育基地（3层、桩基础、框架结构），南侧有山口岩水利枢纽工程开发有限公司（3层）、卢德铭纪念馆门楼。隧道范围内主要控制性管线为萍乡市山口岩水利枢纽DN1600供水管、国网芦溪县供电公司5根10kv（3300）电缆等。工程地质条件该场地属于剥蚀岗地地貌，场地内岩土层高速公路明挖隧道基坑支护方案比选 文/黄志坚随着城市建设的发展，基坑工程技术已经积累了丰富的实践经验，在城市建设中多采用工程类比法设计。高速公路明挖深基坑极为少见，工程地质、水位及周边环境都极具特点，围护结构方案需要结合工程实际进行多方案比选后确定。以萍乡绕城高速公路新建工程山口岩广场下穿隧道为工程实例，简明的阐述了基坑工程不同支护方案特点，基于工程地质、水文及周边环境特点，最终选用钻孔灌注桩+内支撑支护方式。构成自上而下有：1-1-3-1素填土（Q4ml）、1-1-6-4粉质黏土（Q4ml）、1-1-6-3粉质黏土、1-1-17-2碎石、1-1-19-3块石、1-3-1-3粉质黏土、1-3-1-2粉质黏土、1-3-1-1粉质黏土、5-3-8-2 岩溶化灰岩、5-3-8-3 碎块状中风化石灰岩、5-3-8-4 中风化石灰岩。各土层物理力学参数详见表1。基坑挖深范围内地层自上而下以素填土、粉质粘土、块石为主，基坑底以1-3-1-3粉质黏土层为主，局部有碎石层，呈尖灭状分布，不连续。水位地质条件该场地按地下水的赋存介质和埋藏条件可分为上层滞水、孔隙水、基岩裂隙水、岩溶水四大类。上层滞水赋存于第四系表层人工填土、粉质黏土、砂质黏性土等浅部土层中。孔隙水主要为潜水，主要赋存于冲洪积层和残坡积层，含水层为浅部粉质黏土、砂质黏性土层，粉质黏土层为弱微透水性，砂质黏性土层为中等透水性。基岩裂隙水主要埋藏于全风化、强风化岩及中风化岩层裂隙中。岩溶水仅赋存于区内石炭系的碳酸盐岩的溶蚀裂隙之中，以承压水为主,含水量中等丰富。场地稳定水位埋深差别较大，一般为0.20米至4.00米之间。PEOPLES TRANSPORTATION|792023 年 第 19 期 基坑支护方式选型分析类似工程经验通过统计得到南昌地区的基坑支护形式主要包括排桩(单排或双排灌注桩)、放坡、钢板桩、SMW工法桩、地下连续墙、TRD工法桩等支护形式，支护形式中排桩的应用最为广泛，占到了55.3%，其次是放坡开挖，占到了32.6%，二者一共占到了87.9%。另外，钢板桩与SMW工法桩也有一定的应用，占到了全部的10%，但是地下连续墙与TRD工法桩的应用却非常少，其他新型工法及支护结构更是鲜有应用。南昌地铁建设场地位于赣江冲洪积平原区，场地地层有填土、粉质粘土、粘质粉砂、细砂、中沙、砾砂等。深基坑多数采用地下连续墙+内支撑（锚索）支护方式，地下水位埋深813m左右。如地铁1号线秋水广场站，标准段基坑开挖深度为23.5m，围护结构采用800mm厚地下连续墙，地连墙兼做止水，支撑采用一道混凝土支撑+三道钢管支撑。广佛江快速通道北环路城市下穿隧道，开挖深度2.59.5m，基坑宽度31.532.7m，深度88.7m处，采用钻孔灌注桩+一道混凝土撑+一道钢管撑，并采用单排搅拌桩止水。支护方案适用性分析市政道路明挖隧道深基坑多数采用土钉墙、SMW桩、排桩+内支撑、拉森钢板桩等支护形式。地铁工程由于基坑深度大、环境复杂等特点，多采用排桩+内支撑、排桩+锚索、地下连续墙+内支撑、SMW桩等支护形式。SMW桩是一种在连续套接的三轴水泥土搅拌桩内插入型钢形成的复合挡土隔水结构，受力结构与隔水帷幕合一，基坑施工完毕后型钢可回收，环保节能，但刚度相对较小，变形较大，在对基坑周边环境保护要求较高的工程中，应慎重选用，因此，SMW桩不适用本隧道。拉森钢板桩是一种带锁口的热扎（或冷弯）型钢，钢板桩打入后靠锁扣互相连接咬合，形成连续的围护墙，主要特点是轻型、施工快捷，其刚度小，变形较大，一般适用于开挖深度不大于7m，周边环境保护要求不高的基坑。结合本工程特点，基坑深度14m以下，周边环境简单的段落选用土钉墙放坡的支护方式。表1 地层物理力学参数岩土名称含水量/%重度kN/m3孔隙比快剪指标压缩模量 Es(MPa)水平渗透系数(*10-6 cm/s)cqkPaq(O)1-1-3-1素填土27.720.00.7115.620.05.25/1-1-6-4粉质黏土27.318.70.9218.516.24.133.01-1-6-3粉质黏土26.319.80.7214.211.14.183.81-1-17-2碎石/1-1-19-3块石/1-3-1-3粉质黏土26.919.50.7720.918.25.3810.41-3-1-2粉质黏土29.819.40.7518.315.95.709.81-3-1-1粉质黏土31.719.10.8115.912.15.12/5-3-8-2岩溶化灰岩/4003880|PEOPLES TRANSPORTATION工程|Engineering临近重要建筑物范围，研究排桩+内支撑和双排桩进行方案对比。初步拟定，方案1：围护桩采用8001250，嵌 固 深 度4.5m；方 案2：双 排 桩8001400，排距2.4m，嵌固深度取值0.6h（h为基坑深度）。双排桩优势在于无需设置支撑体系，不存在内支撑体系的安装和拆除，施工便利性大大提高。结合本工程特点双排桩支护结构可单侧设置，对侧可采用土钉墙支护。但双排桩支护结构在基坑超过一定深度以后，每延米工程造价往往高于内支撑体系，支挡结构的变形和地面沉降要大于内支撑体系。两种方案投资估算对比分析见表2。根据上述结果对比，内置撑方案造价略高于双排桩方案，但考虑到基坑邻近重要建筑物，变形控制较好，最终选定钻孔灌注桩+内支撑方案。工程实施建议周边环境控制工程建设前充分调查场地范围地下管线、周边建筑物情况，收集资料。基坑开挖前对相关管线采取相应的保护、改移措施，应对废弃地下管线抽排积水并保护，对新建改移管线结构加强，管沟回填加强等保护措施。周边重要建筑物设计方案及施工组织方案应取得相关产权单位确认，开挖时严格控制地面沉降及墙体变形，加强对地面沉降的监控量测，根据量测结果必要时调整支护参数，控制地表沉降量在监控量测控制值内。施工工艺要求应结合基坑地质条件及周边环境确定合理的钻孔桩及水泥土搅拌桩施工工艺。水泥土搅拌桩施工前，应根据设计进行工艺性试桩，应对工艺试桩的质量进行检验，确定施工参数。本工程采用截水帷幕止水，坑底基本位于粉质黏土层，但部分段落帷幕未完全深入隔水层，主要考虑坑内梳干并结合部分降水井降水。针对地下水降水及梳干应进行专项设计，基坑开挖时，必须保证坑内水位在基坑底以下1m。土方开挖应严格按照“分层、分段、分块、对称、限时”五个要点进行，并遵循“水平分区分段、竖向分层、先撑后挖、严禁超挖、及时封底”的原则，确保在保证安全质量的前提下快速进行开挖施工。基坑施工前，建设单位应委托具备相应能力的第三方，对基坑实施现场监测。监测单位编制的监测方案应得到相关单位的认可，涉及周边重要建构筑时，有必要还需征得有关管理部门同意后方可实施。为信息化施工和施工过程中优化调整设计提供强有力得依据，监控量测必须贯穿于项目始终。通过监控量测掌握地表、周边建构（筑）物、支护结构的动态，并结合相关规范及设计文件要求，分级预警，如有异常，及时通知参建各方，包括业主、监理、设计等。监测过程中，及时对监测数据进行处理、分析，并将监测结果和评价及时反馈给相关单位，用于指导施工和设计。结语随着高速公路建设条件越来越复杂，更多的向城区、场镇发展的大趋势，山口岩广场下穿隧道作为江西省高速公路工程首条明挖下穿隧道，设计方案的选择上不仅要考虑技术、经济等方面，更多的承担了江西省高速公路建设明挖隧道设计方案、施工方法及工程筹划先行之重任。结合本隧道的特点，工程前期对方案的选择做了深入的研究，最终确定排桩+内支撑方案，这为高速公路建设类似工程项目提供了强有力的参考依据。（作者单位：江西省交通设计研究院有限责任公司）表2 两种方案投资估算对比分析项目方案钻孔桩围护结构/万元内支撑体系/万元土钉墙支护/万元水泥土墙支护/万元基坑开挖及回填工程/万元方案 190970730280626方案 21157564852