海滄隧道海滄端明挖基坑放坡開挖設計

楊際宇 王立宏

(1.中鐵一局集團有限公司，陜西 西安 710000； 2.中交第二公路勘察設計研究院有限公司，湖北 武漢 430056)

1 工程概況

海滄隧道起于馬青路與海滄大道交叉口附近，與海滄隧道海滄接線工程對接，自西向東，在海警三支隊北側進入廈門西海域，穿西海域后過疏港路，沿興湖路前行，下穿石鼓山立交后至本項目終點。路線長7 073.499 m，跨海域寬度為2.8 km。隧道進口段ZK12+060～ZK12+350段的地貌屬剝蝕殘丘，地表為雜填土，厚約6.9 m，結構疏密不均，夾碎石，其下為殘積土，厚小于5 m，全～強風化帶厚約2 m～15 m，中風化巖不發育，微風化基巖埋深10 m～21 m，場區地勢開闊。

2 隧道方案選擇

ZK12+060～ZK12+350段隧道拱頂主要為第四系的雜填土和粉質粘土，由于基巖面起伏較大，洞身段局部需穿越基巖。初步設計階段對該段采用明挖和暗挖兩種方案進行了比選：考慮到該段隧道埋深淺，同時隧道跨度大，隧道的覆跨比小，屬沉降難以控制地段。若采用暗挖，則需要實施地表注漿配合洞內強大的超前支護，如長管棚與小導管等。同時洞內需采用雙側壁導坑法或CRD法開挖，施工工效低，施工風險大。經綜合比選采用明挖法開挖。

該段位于狗頭山山前開闊地段，地勢較為平坦，除仰坡段緊鄰擁軍路外，周邊無其他控制性的建構筑物，可采用放坡開挖方案。考慮到后期拱頂回填土厚度較大，根據不同的填土高度，采用不同的襯砌厚度：當填土厚度小于6 m時，明洞襯砌厚0.7 m；當填土厚度大于6 m且小于11 m時，明洞襯砌厚0.8 m。

3 基坑放坡開挖設計

3.1 邊坡開挖防護

基坑開挖土(巖)層依次為雜填土、粉質粘土、全～微風化花崗巖。其中雜填土結構疏密不均，土石工程分級為Ⅱ級～Ⅲ級；粉質黏土，可塑狀，質較均，最大層厚約5 m，土石工程分級為Ⅰ級；全風化花崗巖，巖體已呈砂土狀，土石工程分級為Ⅲ級；強風化花崗巖土石工程分級為Ⅳ級；中風化花崗巖土石工程分級為Ⅴ級。針對不同的地層采用不同的開挖方式：對于基巖面(中風化巖層)以上的巖、土層采用機械開挖，對于中～微風化巖層采用爆破開挖。

根據已有工程實踐及本項目的地質條件，針對不同的地層采用不同的坡率，中微風化花崗巖采用1∶0.5的坡率；強風化花崗巖采用1∶1的坡率；強風化花崗巖采用1∶1.25的坡率；對于地表雜填土、黏土及局部的淤泥采用1∶1.5的坡率。明挖段設置二級～三級邊坡，一、二級邊坡的高度一般為8 m。

對于放坡開挖的基坑多采用噴錨防護，即采用噴射混凝土、鋼筋網及錨桿作為防護體系，對于基巖面以上的地層采用鋼筋錨桿可能存在如下問題：

1)雜填土、淤泥質土均勻性差，結構松散，自穩能力差。由于本段地下水位較高，加之本基坑開挖面積大，基坑開挖過程中土方的開挖改變了土中原有的應力狀態，引起土層的變形蠕動，容易引起邊坡失穩。

2)殘積土、全～強風化花崗巖遇水易軟化、崩解、強度降低，位于地下水位以下，施工過程中由于動水壓力作用，容易產生邊坡滑塌。

上述地層中，砂漿錨桿的錨固劑砂漿與土體的粘聚力小，防護效果差。有鑒于此，對于自穩性差的第四系覆蓋層、全～強風化花崗巖及富水砂層邊坡采用4 m長φ42鋼花管注漿加固，漿液采用P.O425水泥，水灰比0.8∶1，注漿壓力為0.5 MPa。采用跳孔注漿，既能保證注漿效果，還能防止相鄰孔之間串漿。注漿后，需鉆孔取樣驗證注漿效果。對于自穩性較好的中風化花崗巖，采用4 m長φ22砂漿錨桿防護。當現場地質與設計不符時可對邊坡防護方式做適當調整。應在邊坡坡面設置泄水孔，及時排除坡體內積水。

3.2 仰坡開挖防護

仰坡的設計是本基坑開挖的難點部分，其難度主要體現在如下幾個方面：1)由于本隧道開挖深度大，導致仰坡的寬達97.2 m。本段拱頂以上的仰坡均為粉質粘土和雜填土，加之左右兩側邊坡的開挖，使得仰坡失去側限，更加容易失穩。2)仰坡的前方為擁軍路，擁軍路路面寬7.7 m，雙向行車，其交通量不大，但重載車多。擁軍路較地面高3 m，為后期填筑而成，路基壓實度差。擁軍路下方有一透水砂層，厚3 m～6 m，隧道的開挖易引起地下水涌至正在開挖的基坑，危及擁軍路上的行車安全。

設計采用如下措施確保仰坡與擁軍路的安全：

1)設置止水帷幕：止水帷幕在平面上呈“U”字形布置，即布置的范圍為仰坡及兩側各20 m的邊坡。止水帷幕采用雙排三軸攪拌樁[1]，攪拌樁的直徑為800 mm，間距為650 mm，搭接150 mm。攪拌樁的加固深度為地表至強風化巖層的頂面。根據現場實際，攪拌樁的單根長度為8.0 m～11.7 m。本項目共設置了133根三軸攪拌樁。攪拌樁采用量P.O425水泥，水泥的摻量為20%。后期需對攪拌樁進行取芯檢測其強度。實施的三軸攪拌樁即可作為止水帷幕，防止擁軍路地下水涌入基坑，又可作為仰坡的擋土結構，減少基坑開挖對擁軍路的影響，提高仰坡的穩定性。

2)對于不同的地層設置不同的坡率，中間預留5 m的平臺確保仰坡的穩定性。

隧道邊仰坡的開挖都應遵循“隨挖隨支”的原則[2]，基坑的開挖應盡量避開臺風季節與雨季。

4 降水設計

本項目地下水的設計降深為仰拱以下1 m。原則上每側沿隧道縱向布置兩排降水井，一排布置于坡頂，一排布置于一級邊坡與二級邊坡之間的平臺上。井點的縱向間距為25 m，根據不同的地質情況作適當地調整。一級井點深度為地表至邊坡平臺以下3 m，二級井點深度為隧底以下1 m。當提前遇中風化圍巖時，進入中風化巖層2 m后終孔。井口直徑70 cm，每個降水井內配置潛水泵一臺。

降水井的施工工藝為：井點測量定位→挖井口→安護筒→鉆機就位→鉆孔→回填井底粗砂墊層→吊放井管→回填井管與孔壁間的碎石過濾層→洗井→井管內下設水泵、安裝抽水控制電路→試抽水→降水井正常工作→降水完畢封井。

基坑開挖前20 d應采用井點對基坑與主線洞口暗挖段進行預降水、用于疏干基坑上部強風化巖層、全風化巖層、砂土層、殘積粘性土層及填土層中含水，以保證無水開挖。在施作了5口井開始抽水的過程中，流量計顯示，每口井每天的出水量僅為10 m3/d，水量偏小，與地勘揭示的不符，主要原因是殘積土、全風化的花崗巖及砂礫狀強風化花崗巖的滲透系數小，采用重力降水效果不佳，經研究決定，增設部分真空降水井。經測試，真空降水量的出水量則大大增加，部分井出水量達50 m3/d。實踐證明，真空降水井對此類地層更加適應。

5 結語

海滄隧道海滄端基坑已開挖并完成了明洞結構的回填，未出現邊仰坡失穩等事故，表明設計方式是合理可行的。

1)放坡開挖的基坑應根據不同的地層采用不同的坡率，以兼顧安全性和經濟性。當地層富水且自穩性較差時，可采用注漿鋼花管代替砂漿錨桿，以達到更好的邊坡加固效果。

2)采用放坡開挖的基坑，當周邊有敏感構筑物和含水層時，采用止水帷幕也是必要的，該帷幕既能起到隔水的功能，還能起到擋土結構的作用。

3)應根據地層選擇合適的降水方式。當地層的滲透系數小的時候，重力降水效果不佳，可考慮采用真空降水。

參考文獻：

[1] JGJ 120—2012，建筑基坑支護技術規程[S].

[2] 高水琴.放坡開挖基坑的施工技術[J].科學技術與工程,2010(1):818-821.