城市下穿隧道基坑支護(hù)設(shè)計分析

劉麗媚

（中恩工程技術(shù)有限公司，廣東 廣州 510000）

隨著城市化進(jìn)程的推進(jìn)，城市地面交通變得日益擁擠，道路交叉口可通過設(shè)置下穿隧道實(shí)現(xiàn)主交通流的快速通行。下穿隧道具有不破壞道路兩側(cè)景觀、噪聲污染較小等優(yōu)點(diǎn)，近幾年得到了迅速的推廣[1]。但城市用地普遍緊張，城市發(fā)展中地鐵、電力、雨水、污水、綜合管廊等多項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施均需利用現(xiàn)有道路走廊[2]。基坑支護(hù)型式確定需充分考慮這些制約因素，選擇既安全可靠又對環(huán)境友好的基坑支護(hù)方式。

1 工程概況

云溪路下穿高唐路隧道基坑工程項(xiàng)目位于廣州市天河區(qū)，該隧道基坑起點(diǎn)為K4+244，終點(diǎn)為K4+620，全長348m，基坑寬度為30.6～31.9m，基坑最大開挖深度為9.32m（泵房處為12.4m）。隧道起點(diǎn)至K4+300范圍有華觀路綜合管廊在基坑下部穿過，豎向距離最小為5.7m；K4+510～K4+530范圍有高唐大道綜合管廊從基坑正下方穿過，與基坑走向垂直，最小豎向間距為1.6m；K0+580處有地鐵21號線下穿，豎向間距大于20m。

2 基坑難點(diǎn)分析

該基坑周邊環(huán)境復(fù)雜，有兩條綜合管廊及一條地鐵下穿，需逐一分析其影響并確定最終方案。隧道起點(diǎn)至K4+300范圍基坑深度為1.75～5.2m，經(jīng)計算擬采用9m拉森Ⅳ鋼板樁+一道鋼支撐進(jìn)行支護(hù)，在本項(xiàng)目基坑施工前華觀路綜合管廊會已施工完成，鋼板樁施作后樁底距管廊外頂凈高為0.92m，不會造成華觀路綜合管廊的破壞。K0+580處有地鐵21號線下穿范圍基坑深度為2.98～3.7m，經(jīng)計算擬采用9m拉森Ⅳ鋼板樁+一道鋼支撐進(jìn)行支護(hù)，在本項(xiàng)目基坑施工前該段地鐵已施工完成，鋼板樁施作后樁底距地鐵凈高約為12m，不會對21號地鐵造成影響。K4+510～K4+530范圍基坑深度為6.13～7.04m，該段基坑深度較深，基坑施工時高唐路綜合管廊已施工完畢，為避免造成已施工完成管廊的破壞，需重點(diǎn)考慮此段基坑的支護(hù)方案。

3 工程地質(zhì)

3.1 地層巖性

根據(jù)勘察資料，場地內(nèi)埋藏地層主要有人工填土層（Q4ml）、沖洪積層（Q4al+pl）、殘積層（Qel）及下伏燕山期（γy）花崗巖等四大類，主要土層為1-1素填土1-2填筑土、2-1淤泥質(zhì)土、2-2粉質(zhì)黏土、2-3粗砂、2-4粉質(zhì)黏土、3-1砂質(zhì)黏性土、3-2砂質(zhì)黏性土、4-1全風(fēng)化花崗巖、4-2強(qiáng)風(fēng)化花崗巖。各地層參數(shù)如表1所示。

表1 土層物理力學(xué)性質(zhì)表

3.2 水文地質(zhì)

勘察資料顯示擬建場地地表水欠發(fā)育，地下水類型主要有第四系孔隙潛水，第四系孔隙水主要賦存于粗砂2-3層。

4 基坑支護(hù)方案的確定

結(jié)合周邊環(huán)境條件，該場地的水文地質(zhì)情況及基坑深度的不同，分別采用懸臂拉森Ⅳ鋼板樁、拉森鋼板樁+鋼支撐、灌注樁樁+混凝土內(nèi)撐+雙排單軸攪拌樁止水帷幕。K4+510～K4+530范圍基坑支護(hù)需與高唐路綜合管廊基坑聯(lián)合考慮，該段綜合管廊采用頂管方式下穿云溪路，緊鄰基坑南側(cè)設(shè)工作井，距基坑北側(cè)約17m設(shè)工作井，該段止水帷幕借用兩側(cè)工作井止水帷幕，但兩側(cè)需與本隧道基坑的止水帷幕連接搭接。經(jīng)與管廊設(shè)計單位協(xié)商，本項(xiàng)目基坑該段南側(cè)借用管廊工作井支護(hù)樁為Φ1.2m@1.5m，北側(cè)為保護(hù)綜合管廊采用雙排樁+擋土板方式支護(hù)，支護(hù)樁采用全長護(hù)筒，采用Φ1.5m灌注樁，前后排樁排距為4.5m，樁間距按避開管廊結(jié)構(gòu)布置，最大間距為6.5m。北側(cè)雙排樁縱斷面如圖1所示。

5 基坑支護(hù)計算模型選擇及計算參數(shù)

本文重點(diǎn)研究K4+510～K4+530范圍基坑的模型計算，確定一側(cè)排樁一側(cè)雙排樁的方案是否可行，并對比不同軟件計算結(jié)果。擬采用理正深基坑7.0PB3版及MIDAS GTS NX V270版分別進(jìn)行剖面計算。各土層均采用修正摩爾-庫倫本構(gòu)關(guān)系，支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)及本構(gòu)關(guān)系如表2所示。

圖1 K4+510～K4+530范圍北側(cè)雙排樁縱斷面圖（單位：cm）

表2 支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)表

6 基坑計算結(jié)果分析

6.1 采用理正深基坑軟件

采用理正深基坑軟件計算斷面4-1北側(cè)雙排樁，支護(hù)樁最大位移為26.93mm，地表最大沉降為15mm，滿足規(guī)范要求，同時計算的支護(hù)的抗傾覆最小安全系數(shù)2.133，整體穩(wěn)定最小安全系數(shù)4.382以及抗隆起最小安全系數(shù)4.451均滿足規(guī)范的限值，土反力滿足要求。因此，可判斷采用雙排樁加大樁間距的這種支護(hù)方式是可靠的。采用理正深基坑軟件計算斷面4-1南側(cè)單排樁，支護(hù)樁最大位移為7.71mm，地表最大沉降為12mm，滿足規(guī)范要求，同時計算的支護(hù)的抗傾覆最小安全系數(shù)1.238，整體穩(wěn)定最小安全系數(shù)1.646以及抗隆起最小安全系數(shù)2.661均滿足規(guī)范的限值，土反力滿足要求。由此可判斷南側(cè)采用這種支護(hù)方式是可靠的。

6.2 采用MIDAS GTS NX V270

由于理正軟件的剖面計算并不能將4-1剖面南北側(cè)的不同支護(hù)型式進(jìn)行聯(lián)動計算，因此采用有限元軟件MIDAS GTS-NX V270進(jìn)行剖面建模并進(jìn)行復(fù)核計算。采用MIDAS GTS NX V270建立有限元基坑模型，基坑水平、豎向位移云圖如圖2、圖3所示。由圖2、圖3可知，坑底的隆起約為11mm，小于基坑監(jiān)測規(guī)范中對于一級基坑的控制值，地面最大沉降約為21.8mm，滿足規(guī)范要求，相比于理正計算結(jié)果略大。北側(cè)雙排樁前排樁最大彎矩為754kN·m，樁身最大位移為4.17mm，后排樁最大彎矩約為570kN·m，樁身最大位移為3.17mm。南側(cè)排樁最大彎矩約為423kN·m，樁身最大位移為4.44mm。北側(cè)雙排樁彎矩值遠(yuǎn)小于理正軟件的計算值，南側(cè)單排樁彎矩值也比理正軟件的計算值小，但幅度小于北側(cè)。

圖2 基坑水平位移云圖

圖3 基坑豎向位移云圖

7 結(jié)論

（1）在城市下穿隧道基坑中由于綜合管廊限制無法實(shí)施排樁支護(hù)的情況下采用雙排樁加大樁間距的方案避開管廊結(jié)構(gòu)是切實(shí)可行的，但需結(jié)合地層情況綜合計算后采用。（2）通過對理正深基坑及MIDAS GTS NX兩種軟件的建模及計算分析比較，有限元分析計算的彎矩值及位移值都偏小，不建議直接用于指導(dǎo)設(shè)計方案，建議先采用理正數(shù)值計算后采用有限元軟件進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算。（3）有限元軟件建模靈活，對于分析基坑對周圍環(huán)境及建構(gòu)筑的影響具有良好的適用性，能對各種支護(hù)構(gòu)件進(jìn)行聯(lián)動計算。（4）文章只針對云溪路基坑避讓綜合管廊采用的雙排樁支護(hù)的型式進(jìn)行探討，對于城市隧道基坑與管線沖突時支護(hù)型式的選擇還需深入探索。