基坑開挖支護和監測技術研究

張 安 偉

(中鐵十七局集團第一工程有限公司，山西 太原 030032)

0 引言

近些年來，隨著城市化的進程不斷加快，伴隨著市政工程也進行的如火如荼。為了緩解城市日益增加的交通流量，改善地區交通秩序，在眾多市政工程中，常常采用新建地道下穿既有公路的方法來實現，然而地道下穿誘發的周圍土體變形沉降往往不可忽視，因此對新建地道的施工控制顯得尤為重要。本文以太原市西中環南延工程為例，詳細分析了該工程中新建七三路地道下穿既有高速公路的施工方案，總結了下穿工程采用明挖順作法的施工經驗。

1 工程概況

1.1 基本概況

本地下通道工程位于太原市晉源區七三路。下穿通道上方為京昆高速，框架隧道與高速公路中線交角63.5°。機動車地道為單箱雙室鋼筋混凝土框架箱體，匝道、非機動車道為單箱雙室鋼筋混凝土框架箱體。整個地道箱體以高速公路中心線為界，共分兩節，即東、西兩節地道，兩節地道之間設置2 cm厚沉降縫，縫內設置橡膠止水帶。地道頂部為混凝土防水層及高速公路鋪裝層。

1.2 結構設計

七三路地道由主線地道及兩側匝道共同構成。根據道路斷面布置形式，地道主線為雙向四車道，設計時速50 km/h。地道單向設1根3.25 m車道及1根3.5 m車道，兩側路緣帶寬0.25 m，合計車行道凈寬7.25 m。根據地道通行車輛標準，限界高度為4.5 m。由此行車道單孔建筑限界為7.25 m×4.5 m(寬×高)。根據《城市橋梁設計規范》，通行機動車的地下通道內需設置檢修道，綜合考慮縱向設置排水溝的需求，檢修道寬度0.5 m(按一側安全帶寬度)。同時考慮防沖側石、鋪裝、交通信號燈的安裝空間后，結構凈尺寸為8.25 m×5.4 m(寬×高)。

七三路匝道地道橫斷面布置為單向兩車道+非機動車道+人行道，設計時速50 km/h。機動車道設置2根3.25 m車道，兩側路緣帶寬0.25 m，合計車行道凈寬7.0 m，兩側考慮檢修道與線纜橋架安裝空間，總寬合計8 m。人非孔布置0.25 m側石+4 m非機動車+3 m人行道，總寬7.25 m。車行道考慮結構頂板與主線齊平，通行凈高大于4.5 m，人非通行凈高大于2.5 m。

主線及匝道地道橫斷面圖見圖1。

1.3 工程地質

根據勘探揭露地層情況，場地土在勘探深度范圍內的土層主要由第四系全新統人工堆積的填土、第四系全新統沖洪積成因的細砂、粉土、卵石。各巖土層的構成與工程特性如表1所示。

表1 土層特征表

2 施工方案

2.1 總體部署

地道結構總長560 m，其中主線地道橫斷面布置為雙向四車道，暗埋段長360 m，敞開段長200 m，結構最大埋深9.7 m。兩側匝道橫斷面布置為單向兩車道+行人與非機動車道，暗埋段長度分別為QEN匝道68.63 m，QES匝道78.01 m；敞開段分別為QEN匝道165 m，QES匝道177 m，結構最大埋深8 m。

施工地段位于新晉祠路與舊晉祠路中間區域，交通便利，施工及出土道路沿地道兩側平整碾壓，從新、舊晉祠路外運至棄土場。

第一步施工1區敞開段、舊晉祠路半幅暗埋段，2區主線暗埋段及匝道敞開段，3區敞開段及下穿高速東側半幅暗埋段地道。

第二步施工4區舊晉祠路剩余半幅，5區下穿高速西側半幅暗埋段地道。

2.2 基坑圍護方案

綜合考慮工程地質條件、基坑開挖深度和周圍環境條件，決定采用鋼筋混凝土支撐體系結合鉆孔灌注樁的圍護方案，基坑外采用三軸攪拌樁止水帷幕，局部放坡掛網噴漿防護。

鋼筋混凝土支撐體系，采用鋼筋混凝土支撐(800×800)及混凝土連接桿(600×800)，混凝土強度等級為C30，采用商品混凝土。鉆孔灌注樁采用直徑為800，間距1 100。樁身混凝土強度等級為C30，采用商品混凝土。三軸攪拌樁直徑850@1 200作為止水帷幕，采用重復套打施工。水泥采用42.5 MPa普通水泥，水泥摻量300 kg/m，水泥強度不低于1.2 MPa。成樁工藝按設計要求旋擺定噴射提升，自下而上至設計標高，停止噴射，提出噴射管，嚴格控制高壓旋噴樁的樁位及垂直度。具體基坑支護如圖2所示。

2.3 基坑開挖施工

基坑開挖應待整個基坑圍護封閉、圍護樁達到設計強度后，方可進行。土方開挖應按設計要求、有計劃有步驟地進行，不得隨意開挖。基坑開挖時應嚴格按照相應的施工規范進行，具體要求為挖土臨時邊坡不得大于1∶2。當挖深超過5 m時，應結合挖土的分層分級留坡，坡間留置3 m寬平臺。機械挖土不得一挖到底，坑底留200 mm～300 mm厚基土用人工鏟除修平。挖土機不得直接碾壓支撐，如需在支撐上運行，需覆土高于支撐頂面300 mm且鋪設走道板。嚴禁挖土機械在底部掏空的支撐構件上行走和操作。分塊開挖至坑底后應及時對坑壁掛網噴射混凝土，對樁間土進行防護。圍護結構與放坡開挖交接處，先進行圍護結構施工，遵循橫斷面施工步序。

具體施工步驟如下：

1)交通導流支立圍擋，排查遷移管線；

2)三軸攪拌樁、圍護樁施工；

3)可放坡開挖地段按1∶1放坡開挖。施工截水溝及硬化地坪；

5)混凝土強度滿足要求后，開挖第二次土方至鋼支撐向下50 cm，施工鋼支撐；

6)開挖第三次土方至基坑設計底標高，通知監理進行驗槽；

7)進行樁間土噴錨施工并沿地道基坑底兩側開挖臨時排水槽；

8)基底換填，施工防水層、墊層。

2.4 基坑開挖引發變形監測

在具體施工中，基坑按照分層分塊開挖時，使得圍護樁產生向基坑內部的變形，與此同時基坑周邊土體以及周邊建筑(構筑物)也會產生不同程度的變形。因此，檢測內容應包括：基坑坡頂水平位移和垂直位移、地表裂縫、坡頂建(構)筑物變形、降雨與時間關系、錨桿(索)拉力、支護結構變形、地下水和滲水與降雨關系等。

2.4.1基坑圍護樁樁頂水平位移

1)監測方法。

采用TS09PLUS型全站儀(精度2″)進行測量，具體方法：利用全站儀前視固定點形成測量基線，隨著施工的進行，不斷測量圍護體頂部各測點與施工前形成的基線間距離的變化，從而了解圍護體因相應位置土體的挖除對其頂部水平位移的影響程度，分析圍護體的穩定情況。

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2)測點布置。

測點沿基坑周邊布置，在基坑頂部距離開挖上口線0.5 m埋設觀測點，間距約為30 m，共設置30個點。在圍護樁頂部相對穩固的部位用沖擊鉆進行成孔處理，埋入光滑的凸球面的鋼制測釘，并用水泥漿液先進行固定，測釘與混凝土體間不應有松動。

2.4.2圍護體頂垂直位移(沉降)

1)監測方法。

采用TS09PLUS型全站儀(精度2″)進行測量，具體方法：利用全站儀測量圍護體頂部各測點與基準點相對高程的變化，則建立高程控制網，從而了解圍護體因相應位置土體的挖除對其頂部垂直位移的影響程度，分析圍護體的穩定情況。

2)測點布置。

具體測量方法與圍護樁樁頂水平位移相同。

2.4.3基坑周圍建筑物變形

1)監測方法。

采用TS09PLUS型全站儀(精度2″)進行測量，具體方法：將基坑施工影響范圍內的建筑物(構筑物)均應布設沉降測點。用全站儀建立原始觀測高程基線，在基坑開挖過程中觀測設在建筑物上的測點的高程變化情況。

2)測點布置。

在建筑物(構筑物)上從底部至頂部各設置了30個測點，在測點部位將測釘通過鉆孔打入或埋入待測結構內，測點頭部磨成凸球型，測釘與待測結構通過補填水泥漿液固定，并用(紅色)油漆標明點號和保護標記，隨時檢查，保證測點在施工期間絕對不遭到破壞。

2.4.4基坑位移預警要求

針對開挖過程中不同位置的建筑物、構筑物的變形值，及時將實測值進行分析。由于本工程基坑等級為二級，根據設計沉降控制要求以及施工規范，提出基坑圍護體、邊坡、臨近構筑物變形沉降預警值(見表2)。

表2 預警值表

3 結語

在基坑開挖過程中，支護的正確選擇和土體變形數據的監測分析，對整個工程的推進都起到了至關重要的作用。

3.1 基坑支護結構選擇方法

1)考慮基坑尺寸、開挖深度和基礎施工；

2)考慮場地工程土的物理性質和地下水埋藏條件；

3)考慮鄰近建筑(構筑)物的剛度，距基坑的距離；

4)考慮臨近地下管線以及其他設施；

5)考慮工程造價和工期要求。

3.2 信息化施工

1)開挖之前充分收集現場資料，編制嚴謹周密的施工方案和組織設計；

2)開挖時必須分層開挖，先支撐后開挖，嚴禁超挖；

3)加強檢測和預警，對實時數據進行記錄、分析和匯報。

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