隧道基坑支护结构施工怎样优化

来源：职称阁分类：建筑论文时间：2019-03-27 10:03热度：

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隧道基坑支护结构施工怎样优化

　　关键词：基坑支护;优化设计;基坑监测

　　1工程概况

　　1.1道路概况

　　迎宾西路为安庆市中心城区主干路，是连接主城区东西向主要干道。该路段现状为双向4车道，宽40m，横断面为“一块板”形式：4.5m×2人行道+5.0m×2绿化带+21.0行车道(包括路缘带、非机动车道)=40m，道路两侧人行道宽度不规则。根据现场调查，老路两侧为临街住宅、商铺，交通量大，人行道占道，乱停乱放较严重，导致交通状况差。

　　1.2规划概况

　　如图1所示，根据规划，小孤山路至同安路段采用隧道型式下穿，隧道内为双向4车道，暗埋段长928m，敞口段长489m。结合火车站交通流预测及安庆市后期道路规划情况，充分考虑交通组织、交通流，车道渐变等因素，将断面布置5.0m×2人行道+4.5m×2非机动车道+11.0m×2行车道(包括路缘带)+4.0m中央分隔带=45.0m。道路下方设隧道下穿，规划道路横断面如图2所示。建成后效果图如图3所示。

　　2基坑支护设计

　　隧道两边建筑物密集，北侧为安庆火车站，人流量、车流量大，考虑到工程经济、方便施工、周边建筑物内人员、车辆的通行，隧道采用支护方式进行开挖施工，基坑范围外需尽量考虑预留人行、车行通道。

　　2.1常见支护结构

　　基坑支护体系包括围护结构与支撑系统两部分，结构型式依据场地工程地质及水文地质条件、基坑周边环境情况、开挖深度、施工方法、工期、工程造价、本地区常用的支护结构型式作综合技术经济比较后选用，使之达到技术先进、安全可靠、经济合理、施工便捷等要求。

　　2.2基坑围护结构型式设计

　　目前国内其他城市修建过街通道、下穿桥采用的围护结构型式，通常有以下几种型式：(1)放坡开挖。适用于基坑浅、土质较好、地下水位较低、基坑周围具有放坡和堆放料具的场地。其施工速度快、费用低。(2)水泥土重力式挡土墙。广泛用于5～7m深围护结构。施工简单、速度快，造价低，具有挡土、截水双重功能，无泥浆污染，外运土方量较少。(3)型钢水泥土挡墙(SMW工法)。适宜于软土地区，深度可达10m以上。造价受型钢摊销次数影响较大，摊销次数越多，造价越便宜。(4)钻孔灌注桩+止水帷幕。适用于多种复杂地质条件，成孔好、刚度大、抗弯强度高、变形较小、安全性好、设备简单、施工方便。(5)钻孔咬合桩。此法防水效果好，成孔垂直精度高，套管护壁，干孔作业，无泥浆，能快速施工。(6)地下连续墙。对地质条件的适应性比较广泛，主要用于厚的淤泥、饱和砂层等软土中，也可用于粘性土层和半土、半石地层。其墙体刚度大，整体性好、变形相对较小，施工时振动少、噪声低，有较好的抗渗止水作用。

　　2.3拟采用基坑围护结构型式

　　本工程基坑范围内主要为粘土层，鉴于周边建筑物密集，道路红线位于建筑物边缘，不具备大型机械的施工场地。故开挖深度不大于4.5m处，采取开挖放坡后设土钉支护，大于4.5m处考虑钻孔灌注桩+止水帷幕的围护结构型式。

　　2.4基坑支撑类型

　　支撑结构在基坑开挖过程中能有效地传递和平衡作用于围护结构上的侧压力，其类型选择、道数、位置、强度、刚度和稳定性对于确保基坑安全，控制围护结构变位，保护周围环境至关重要。目前使用最多的是钢筋混凝土支撑和钢管支撑。钢支撑便于安装和拆除，材料的消耗量小(可重复使用)，可施加预应力以合理控制基坑变形，架设速度快，有利于缩短工期。钢筋混凝土支撑整体刚度好、变形小、安全可靠，但施工制作时间长，拆除工作繁重，材料难以回收利用，因此推荐采用钢支撑方案。

　　2.5基坑支护设计

　　综上所述，基坑围护结构采用Φ80cm@120cm钻孔灌注桩，同步设置止水帷幕。基坑深度11m，竖向采用2道钢管支撑，水平间距3m，直径609mm，壁厚16mm。

　　2.6围护结构计算

　　(1)内力计算及稳定性分析。采用理正深基坑计算软件，对暗埋段以及敞口段基坑进行了计算，以下以暗埋段为例。工况：工况1开挖深度至1.9m;工况2加第一道钢支撑;工况3开挖深度至6.9m;工况4加第二道钢支撑;工况5开挖至坑底。计算模型及结果如图4～图6所示。基坑安全等级一级，基坑外地面最大沉降量13.0mm<20.8mm(0.2%H)，围护结构最大水平位移6.54mm<20.8mm(0.2%H)。各工况的抗倾覆安全系数分别为6.133、7.695、4.119、5.194、3.591，均大于规范容许值1.25，满足规范要求。

　　3基坑支护施工优化研究

　　3.1优化原因

　　施工单位进场后，考虑到原工期安排一年半时间严重影响了火车站及周边的出行，根据业主要求对施工工期进行优化。本项目位于火车站前，交通量大，工期长影响火车站出行，同时基坑水平支撑3m一道，影响土方开挖进度，因此考虑对原设计进行优化处理。

　　3.2优化设计

　　道路两侧建筑多为2～6层，距离隧道外墙约14m，基础形式多为砼扩展基础及筏板基础，在现状地面下2.5～5m，位于粘土持力层上。基底超挖0.4m，开挖深度10.8m，冠梁顶下放1.5m，按1∶0.5坡率放坡，钻孔灌注桩，设置1～2道预应力锚索支撑，水平向成孔夹角15°，成孔直径180mm，杆体采用φs15.2钢绞线制作，每1.5m设置一组对中支架，采用水灰比0.5的纯水泥浆、二次压力注浆施工工艺。第一次注浆压力为0.5～1.0MPa，第二次注浆压力为1.5MPa，二次压力注浆时间在第一次注浆锚固体强度达到5MPa后进行。以锚索端头为节点设置横向腰梁，桩间土喷射6cmC20素混凝土防护，内置钢筋网，坡面设φ50cm泄水孔。考虑到在冠梁上增加门式吊车方便运输材料，在冠梁顶安装钢支撑，每10m一道。钢支撑规格φ609×16mm，活动端与固定端分别设置三角钢板牛腿，将钢支撑直接安装在冠梁上，施加预应力固定，牛腿与冠梁搭接长度200mm，施加预应力300kN。优化后的计算模型及结果如图7～图9所示。优化后，基坑外地面最大沉降量18.0mm<21.6mm(0.2%H)，围护结构最大水平位移15.65mm<21.6mm(0.2%H)。各工况抗倾覆安全系数分别为5.269、5.724、3.044、3.416、2.005，均大于规范容许值1.25，满足规范要求。

　　4隧道基坑监测

　　4.1监测内容及测点布设

　　(1)每一开挖段(约25m)设一组墙体变形监测点，每两开挖段设一组支撑轴力监测点。(2)沿基坑周边约每25m布置一组测点监测墙顶水平位移和墙顶沉降。(3)每开挖一段设一测量断面监测地表沉降，在垂直基坑方向两倍坑深范围内布设4～6个沉降测点，坡顶上设2个测点。(4)沿基坑长边布设地下水位观测孔，每侧不少于2孔。(5)直接测定地下管线沉降和位移观测。(6)地面建筑应设沉降观测点。

　　4.2监测频率安排

　　施工监测各项内容应贯穿了基坑施工全过程。监测频率原则上每天监测一次，实施过程中需根据基坑开挖和围护情况、所监测物理量的变化速率等作适当调整。各项监测内容初读数据和判别施工安全的基准点，通常需复核无误后才能确定。测读数据尽可能在现场整理分析，尽快提交，以及时安排和调整施工进度。4.3应急措施为确保基坑安全，确保工程顺利进行，对可能出现的险情做应急措施：(1)开挖期间，围护结构漏水时，应积极采取堵漏措施，如背后注浆、砂土回填等。(2)开挖过程中出现围护结构变形过大或变形速率过快时，应立即停止开挖，必要时采取回填措施或设置应急支撑以控制基坑变形发展。(3)开挖过程中，出现坑底涌水、涌砂现象，应立即采取回填措施，必要时启动坑外管井进行降水，并根据周围建筑物及地下管线情况进行回灌防止基础下沉，以免周边地下建筑物或地下管线变形破坏，及时采用坑底注浆加固措施，并密切注意基坑变形情况，发现问题及时补撑;再次开挖前，可根据水位情况，做好坑内降水。(4)施工中遭遇承压水，利用基坑内、外降水井进行降水，确保开挖顺利进行。

　　5结束语

　　经过施工优化研究，采取加大桩径，以减少桩基数量，并更换支撑系统类型，既满足规范要求，又能方便施工，加快施工进度，降低对周边道路的交通影响。

　　参考文献：

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　　[2]熊智彪.建筑基坑支护[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.

　　[3]王卫国,钱烨.PCMW工法在东城大道下穿通道基坑支护中的运用[J].城市道桥与防洪,2013(9):127-132+13.

　　[4]彭定新,吴立鹏,余玲.下穿通道深基坑支护工程的设计与施工[J].城市道桥与防洪,2007(1):66-70+19-20.

　　作者：朱浩良单位：合肥市市政设计研究总院有限公司

文章名称：隧道基坑支护结构施工怎样优化

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