談多斷面城市隧道明挖基坑中支護形式應用

丁金雷 譚國贛 周 麟

(中建五局土木工程有限公司，湖南 長沙 410004)

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談多斷面城市隧道明挖基坑中支護形式應用

丁金雷 譚國贛 周 麟

(中建五局土木工程有限公司，湖南 長沙 410004)

結合株洲市鐵東路核心段新建工程的地質條件和周邊環境情況，提出了鉆孔樁+對撐支護、樁錨支護、土釘墻支護三種多斷面支護方案，并對三者進行了對比分析，以選擇出既經濟合理，又安全可靠的支護形式。

隧道，鉆孔樁，錨索，土釘墻，支護形式

0 引言

20世紀以來，人類對地下空間的需求越來越多，因而對地下工程的研究有了一個突飛猛進的發展，城市隧道工程成為了解決城市用地緊張、交通擁擠的有效辦法之一。隧道及地下洞室工程，其核心問題都歸結于開挖和支護兩個關健工序上，城市隧道的出現，更是對以上兩個工序提出了更高的要求。目前在國內城市大型淺埋隧道修建中多采用明挖法，但對繁華城市中心地段明挖隧道，尤其是臨近高大建筑物的隧道基坑周邊環境復雜多變，采用何種最優支護形式的研究，既保證安全可靠，又經濟節約，顯得越來越重要。

本文以株洲鐵東路項目為載體，基于基坑開挖范圍大小、開挖深度、土質條件及周邊環境等影響因素，探討三種不同支護形式的各自特點及比選分析，以解決多斷面城市隧道明挖基坑施工安全問題。

1 工程概況

1.1 工程簡介及工程地質條件

鐵東路核心段新建工程項目位于株洲市荷塘區，主線隧道全長912.5 m(K7+373.5～K8+286)，基坑平面形狀近似長條形，沿隧道方向基坑開挖深度不斷變化，最深開挖15 m。部分區段離用地紅線較近，周邊環境復雜，周邊管網線較多，隧址范圍內有富華國際大廈(地上26層，地下1層)、株洲市荷塘區石塘沖社區居委會大樓(地上15層，地下1層)需要保護。

沿隧道線基坑開挖范圍內總體上土質情況較好，從上往下依次是素填土，粉質粘土，泥質粉砂巖。隧道基坑開挖底在粉砂巖層。

1.2 基坑周邊環境概況

3個不同斷面支護周邊環境調查見表1。

表1 3個不同斷面支護周邊環境調查表

2 多斷面支護方案與施工工藝

本隧道工程基坑開挖深度大，大部分地方開挖深度10 m以上，屬深基坑。周邊環境比較敏感，部分區段用地范圍狹小，隧道開挖邊線距離城市中心部分高大建筑物較近，周邊管網線較多，隧址范圍內有富華國際大廈、株洲市荷塘區石塘沖社區居委會大樓等需要保護。根據該基坑的特點，不同區段采用不同的支護形式，在保證基坑安全前提下，又盡可能節約成本。

本文選取三個不同支護形式的典型斷面進行介紹,斷面K7+373.5～K8+480采用鉆孔樁+對撐支護方案，K7+560～K7+610右側采用樁錨支護方案，K7+560～K7+610左側采用土釘墻支護方案。

2.1 鉆孔樁+對撐支護斷面

2.1.1 斷面支護結構體系

K7+373.5～K8+480區段范圍內采用鉆孔樁結合三道對撐的支護方案。該區段基坑開挖深度10 m～11 m，有富華國際大廈及周邊管網線需要保護，采用直徑800@1 000鉆孔樁，鉆孔樁樁間采用直徑600 mm高壓旋噴樁止水樁，鉆孔樁嵌固深度大于6 m，第一道冠梁采用混凝土支撐800 mm×800 mm，第二和第三道腰梁采用直徑609,t=16 mm的鋼支撐，水平間距3 m。支撐豎向間距3 m～4 m,支撐樁上部采用550 mm×550 mm格構柱，下部采用直徑1 000 mm的鉆孔樁，格構柱插入鉆孔樁深度2 m，支撐樁位置如果離工程樁較近，為節約造價，也可用工程樁代替。第一道混凝土支撐采用600 mm×800 mm，第二和第三道鋼支撐采用雙拼20槽鋼，鋼腰梁采用雙拼56a。

2.1.2 圍護體系施工工藝

1)平整場地至設計標高，施工鉆孔支護樁，然后在支護樁之間施工高壓旋噴止水樁。

2)基坑內支撐體系下鉆孔支撐樁，局部可用工程樁代替以節約造價，底板以上采用井字形鋼構柱與支撐梁聯接傳遞豎向荷載，鋼構柱底端錨入支撐樁內2.0 m，確保支撐體系可靠安全。支撐樁可安排在工程樁施工階段實施。

3)基坑放坡分段挖至支撐梁、冠梁底，施工澆筑混凝土支撐梁、冠梁等。待支撐體系達到混凝土設計強度的80%后往下分段開挖至第二道腰梁底，施工第二道鋼腰梁及支撐，然后再開挖至第三道鋼腰梁底，施工第三道腰梁及支撐，最后開挖至基坑坑底。

2.2 鉆孔樁+錨索支護斷面

2.2.1 斷面支護結構體系

K7+560～K7+610右側范圍內采用鉆孔樁結合四道錨索的支護方案。該區段基坑開挖深度約14 m，有荷塘區石塘沖社區居委會大樓及周邊管網線需要保護，采用直徑800@1 000鉆孔樁，鉆孔樁樁間采用直徑600 mm高壓旋噴樁止水樁，鉆孔樁嵌固深度大于6 m。冠梁采用混凝土支撐800 mm×800 mm，錨索采用4根直徑15.2的高強度低松馳預應力鋼絞線，鋼絞線長度19 m～22 m，其中錨固段6 m,錨索豎向間距3.5 m，水平間距2 m。

2.2.2 圍護體系施工工藝

1)平整場地至設計標高，施工鉆孔支護樁，然后在支護樁之間施工高壓旋噴止水樁。

2)分段開挖至冠梁底，及時施工冠梁內錨索，并將錨索端部與冠梁整體澆筑；待達混凝土設計強度80%后再往下開挖至壓頂梁下第一道錨索下300，及時施工錨索，待錨索達養護期后再開挖至第二道錨索下300，及時施工錨索，待錨索達養護期后再開挖至第三道錨索下300，及時施工錨索，待錨索達養護期后再開挖至基坑底部。

2.3 土釘墻支護斷面

K7+560～K7+610左側采用土釘墻支護方案。該區段先按1∶1.25的坡率放坡，從地面往下3.5 m深度的位置設置一個2 m寬的平臺，再按1∶1坡率的二級邊坡放坡至坑底。豎向和橫向每隔1.5 m設置一道5 m長的砂漿錨桿，坡面采用10 cm厚C20網噴護面。

3 多斷面支護形式分析對比

3.1 鉆孔樁結合內支撐方案

該支護方案特點是受力合理，安全度高，相對也較經濟，可以說是安全度很高的一種圍護形式。其缺點是對于大型基坑，支撐及支撐樁費用高，直接影響圍護工程費用；且由于內支撐的存在影響基坑開挖和地下室施工并造成圍護、地下室施工工期延長。本工程K7+373.5～K8+480區段范圍內用地面積狹小，基坑邊距離征用紅線很近，基坑邊上有高樓富華廣場及眾多管線需要保護，但是基坑開挖深度比較大，超過10 m，屬于狹小空間開挖深基坑類型，需要對基坑開挖進行嚴格變位控制。該區段基坑寬度30 m左右，寬度不大，很適合采用圍護樁+對撐支護結構形式，即可以嚴格控制基坑的變位，受力合理；由于開挖寬度小，產生的支撐及支撐樁費用也不高，故相對也較經濟。該斷面采用樁撐方案的形式是比較合理可靠經濟的。

3.2 鉆孔樁+錨索支護方案

該支護方案受力特點類同于鉆孔樁加內撐支護體系，只是用多道錨索代替內支撐，一個是內撐方式，一個是外拉方式。當基坑開挖范圍大設置內支撐困難，且場地周邊條件允許打設錨索時，采用樁錨支護形式有其獨特的優越性。錨索對土體變位控制雖然不如內支撐嚴格，但是在內支撐方案無法實施的情況下，外錨也是一個不錯的選擇，而且它比內支撐方便施工，通過設計計算增設多道錨索往往亦能達到變位控制的要求。本工程K7+560～K7+610右側范圍內用地面積狹小，基坑開挖深度比較大，基坑邊距離征用紅線很近，基坑邊上有荷塘區石塘沖社區居委會大樓及周邊管網線需要保護，需要進行變位控制，但是該區段基坑左側比較開闊，對變位要求不高，如果按樁撐方案雖然能做到安全可靠，但是造價成本同時也會增加很多，造成不必要的浪費。該區段地質情況較好，地面以下3 m～4 m是巖層，采用4道20 m長錨索，將6 m長的錨固段錨入巖石，不但能達到控制變位、保護周邊環境的效果，而且較內支撐方案節約大量成本，故綜合考慮，該斷面采用鉆孔樁+錨索支護形式是比較合理可靠經濟的。

3.3 土釘墻支護方案

土釘墻圍護是目前較盛行的圍護做法，其適合在土性較好的粘土和粉砂土中(結合降水)，優點是價格便宜，施工方便，安全度也有保障。純土釘墻的缺點是無插入深度，在軟土中整體穩定性差，一旦基坑失穩，必將影響臨近道路和建筑，同時也將擠斜坑內工程樁，造成重大工程事故。本工程K7+560～K7+610左側雖然開挖深度較大，但是具有基坑土層較好的特點，且用地紅線離坑邊外側距離很遠，場地較寬闊，無重點保護的高樓等，對基坑變位要求不高，通過大放坡的土釘墻支護形式在能滿足安全需求的情況下，又能降低造價節約成本，故采用土釘墻是比較經濟合適的。

4 結語

1)在城市中心開挖隧道基坑，往往存在用地面積狹小，部分高大建筑物較近，周邊管網線較多，環境特別復雜，對施工要求較高。沿隧道線基坑開挖往往很長，根據土質條件，周邊環境，基坑開挖大小，開挖深度的不同，往往需要對多斷面支護結構形式進行比選，確保方案既安全可靠，又經濟合理。

2)深基坑開挖往往需要進行變形控制，特別是對于用地狹小的深基坑開挖，如果坑邊有重要建筑物需要保護，往往優先考慮樁撐支護形式，雖然造價較高，但是控制變形最為嚴格，也最為安全可靠。如果基坑范圍太大，采用樁撐支護方案造價太高，可以考慮采用樁錨支護形式，特別是對于土質條件較好，巖層較淺的地方，有其獨特的優越性，錨索的錨拉作用同樣能達到內撐的作用，既方便施工，同時能節省造價。周邊環境好，用地廣，對變形要求不嚴格的區段，往往采用土釘墻支護方案，最大程度的節省造價。

3)多斷面城市隧道明挖基坑施工，應綜合考慮基坑開挖范圍大小、開挖深度、土質條件及周邊環境等影響因素，根據不同支護形式的各自特點，比選分析，分段進行支護形式設計，在確保基坑施工安全的前提下，尋求經濟合理的基坑支護形式。

[1] 劉建航，侯學淵.基坑工程手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1997.

[2] 陳肇元，崔京浩.土釘支護在基坑工程中的應用[M].北京：中國建筑工業出版社，1997.

[3] 龔曉南，高有潮.深基坑工程設計施工手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1998.

Application of support form in open pit excavation of multi section urban tunnel

Ding Jinlei Tan Guogan Zhou Lin

(ChinaConstructionFiveEngineeringCo.,Ltd,Changsha410004,China)

Combining with geological conditions and surrounding environment conditions of new-built engineering of core section of east Tiedong road in Zhuzhou city, the paper puts forward three kinds of multi-section supporting scheme including bored pile + symmetrical support, pile anchor support and soil nailing wall support, and makes a comparative analysis, with a view to select economic, rational and safe and reliable support form.

tunnel, bored pile, anchor cable, soil-nailing wall, supporting form

1009-6825(2017)11-0071-02

2017-02-07

丁金雷(1981- )，男，碩士，工程師; 譚國贛(1980- )，男，工程師; 周 麟(1989- )，男，工程師

TU463

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