填海區域復雜環境條件下明挖隧道工程施工技術探討

王濤龍

（中鐵廣州工程局集團深圳工程有限公司）

1 工程概述

本工程基坑標準段寬度約14.5m，加寬段約26.6m，基坑開挖深度最淺12.4m，最深23.3m，基坑安全等級為一級。主體結構有上下疊層雙孔、水平雙孔兩種形式，上下疊層段采用單孔三車道、水平雙孔段采用單孔雙車道框架結構。

本工程場區原始地貌為濱海相潮間帶灘涂，分布有較厚的淤泥層，后經人工填海造陸，回填至現狀標高，地面現狀高程為4.68～9.23m，地勢略有起伏。

根據地勘報告，本場區范圍內分布的地層自上至下有：①1層素填土、①2層填石、③2層淤泥、⑤1層粘土、⑤2層中粗砂、⑥1層含有機質粉質粘土、⑥2層淤泥質粉細砂、⑥3層含黏性土粗砂、⑧1層砂質粘性土、全風化混合花崗巖層、土狀強風化混合花崗巖層、中風化混合花崗巖層。

結合地勘報告，本工程支護結構初步設計方案主要是鉆孔灌注樁+內支撐形式，局部采用地下連續墻。支護樁凈距0.3m，樁間采用雙重管高壓旋噴樁止水帷幕。由于本工程里程長、沿線施工條件不同、開挖深度差異大且周邊施工條件不斷變化，屬于邊設計邊施工狀態。通過和設計單位及周邊地塊單位不斷協調溝通，進場后根據施工條件調整優化了初步設計支護方案，采用的支護結構體系主要有以下幾類：

⑴標準段基坑，兩側新建支護樁，由于每段建設時序不同，基坑兩端采用封堵樁臨時隔斷。

⑵單側新建支護樁，另一側利用地塊既有支護樁，形成支撐系統。

⑶采用兩級放坡+單側雙排樁支護，不設置內支撐支護體系。

2 周邊地塊尚未開發的基坑支護、開挖及回筑技術

2.1 支護結構施工

本工程支護樁采用鉆孔灌注樁，主要施工設備為旋挖鉆機，采用泥漿護壁工藝。由于本工程位于填海區域，地質條件較復雜，特殊地層如下所述：地面以下約6～10m 左右存在雜填土、填石層。回填層下存在約3～5m厚淤泥層、淤泥層下是原始灘涂（以中粗砂為主）、部分樁基需進入中風化巖。因此，樁基施工需克服的風險和困難較多。

雜填土層主要存在的風險是塌孔，本工程主要采用長6～10m 的鋼護筒；其次調整泥漿性能，鉆進階段控制泥漿比重在1.25～1.3 左右，如低于1.25 極易塌孔。埋設鋼護筒前由項目部測量組進行放樣，并在樁孔四周埋設護樁。護樁采用十字交叉并互相垂直設置，便于護筒埋設完成后復核樁位。為避免樁基垂直度偏差造成結構侵限，保證主體結構尺寸，支護樁放樣時向基坑外側偏移100mm 控制[1]。

填石層主要存在的困難是由于塊石粒徑較大、孔壁填石間空隙大，鉆進至該層后泥漿順著塊石間的空隙滲漏。在短時間泥漿全部漏完，泥漿補充不及時導致上部塌孔。為避免連續塌孔后期成孔困難，需果斷采取措施處理。具體為：就近采用黏土拌和水泥進行回填，填塞縫隙。為加快回填效率，水泥土采用挖機拌和。根據經驗水泥摻量宜控制在20%左右，每回填2～3m 后采用旋挖鉆機鉆頭進行強制夯實。回填至護筒底以上1m 左右，等待約24h 后重新鉆進，一般可以解決此類問題。

樁間止水帷幕采用雙重管高壓旋噴工藝，在施工前根據以往施工經驗和相關規范文件進行試樁。通過試樁檢測確定在不同地層中的工藝參數，在后期施工中根據地勘報告在相應的地層中選用合適的施工參數。注意在砂層中必須采取復噴措施，確保止水效果，否則基坑在砂層滲漏相當嚴重。

2.2 土方開挖及內支撐施工技術

2.2.1 土方開挖技術

基坑土方開挖必須遵循“水平分段、豎向分層、先撐后挖、不得超挖”的原則。在此基礎上結合主體結構變形縫設置，確定的分段長度為縱向20m 一個開挖循環、豎向分層高度為上下相鄰兩道支撐的間距，一般≤5m。

本工程基坑開挖深、寬度窄，不適合在基坑內采用挖機接力翻運的開挖方案。因此采用垂直取土的方式，采用PC120、CAT330 長臂挖機、液壓抓斗三種類型的開挖設備。由于長臂挖機工效高，地面以下15m 深度內采用長臂挖機開挖。基坑內配置1 臺PC120 挖機配合進行翻土，基本可以滿足開挖工效。超過15m 以下的基坑土方采用液壓抓斗，液壓抓斗開挖深度大，同時可保證垂直運輸，保證后續支撐及時安裝。

本工程地質條件復雜，防止基坑內土方縱向滑移是控制重點，主要采取的措施是每層土方縱向邊坡盡量放緩，每層土方之間的邊坡預留平臺，本工程的經驗是在淤泥層放坡坡度≥1:3，在其他地層≥1:2，每層邊坡的平臺寬度≥4m，以保證臨時縱坡的抗滑移。

基坑開挖過程中及時清理掉基坑上方可能掉落的附著物，尤其是第一道混凝土支撐底部的墊層，在開挖過程中可能不易掉落，但隨著時間的推移隨時可能掉落下來，產生安全隱患，因此要安排專人及時清理。本工程的經驗是在支撐梁墊層上面鋪設一層地板膠之類的隔離層，比較容易清理，不推薦采用油毛氈，油毛氈易粘接在支撐梁底部，不易清理干凈。

2.2.2 樁間噴錨技術

基坑開挖后在支護樁內側及時掛網噴錨，防止樁間土坍塌及涌水涌沙。由于支護樁施工不可避免地擴孔造成樁身局部凸出，因此每開挖出一小段（≤10m）應安排人員清理支護樁。為便于清理和噴射混凝土施工，保證作業人員的施工安全，土方開挖時在樁邊預留2～3m 寬土臺，分兩次開挖，每次開挖高度約2～2.5m，有助于消除施工安全隱患。待樁邊第一層噴錨完成后再開挖至本層土方底，進行第二層噴錨的施工。

2.2.3 鋼支撐安裝技術

開挖過程中必須及時安裝支撐，保證基坑變形受控。由于本工程基坑絕大多數采用排樁支護，鋼支撐兩端均需設置鋼圍檁，本工程采用雙拼700mm×320mm 鋼圍檁，每條圍檁的標準長度為6m。首先采用測量設備在樁身上標注出鋼圍檁標高，安裝圍檁托架。托架采用L80×80×8mm 角鋼焊接制作成三角狀，三角架高度和寬度方向的邊長均為80㎝，其中一條邊開孔采用φ20mm、長度200mm 的膨脹螺絲固定在樁身上。鋼圍檁擱置在托架后，為保證鋼圍檁不發生側翻墜落，在每條鋼圍檁上設置3 根φ12 鋼絲繩拉結（左中右各1 根），并用花籃螺栓拉緊。相鄰兩條鋼圍檁之間采用等強度焊接，按規范要求設置加強鋼板。然后按照鋼支撐設計位置在鋼圍檁上焊接鋼支撐擱置點（牛腿），擱置點采用L150×150×20mm 角鋼制作，長度20cm。焊接完成后將鋼支撐吊裝至擱置點上，在施加預應力前填塞鋼圍檁和支柱樁之間的空隙，一般采用C20 細石混凝土填充，以保證圍檁和支護樁密貼，達到傳力均勻的目的。

2.2.4 混凝土支撐及圍檁施工技術

混凝土支撐及圍檁在土方開挖至相應標高后施工，土方開挖標高應控制在設計標高以下約50mm 處，在土基上先打50mm 厚C20 混凝土墊層，使支撐標高與設計相符。目前混凝土支撐和圍檁一般采用繩鋸切割的方式拆除，因此特別注意在混凝土圍檁上預埋后期拆除的吊環，吊環規格和埋設間距應按照計劃的吊裝設備和圍檁的截面尺寸（延米重量）統籌考慮。

本工程混凝土圍檁截面為1.4m×1m，計劃使用的吊裝設備為80t 汽車吊，在基坑邊吊裝半徑按15m 計算，最大吊裝重量為7.6t 左右，計劃切割分塊長度為1.5m，重量約5.5t，滿足要求。因此每隔1m 即預埋一個吊環，吊環采用直徑20mm 圓鋼制作。為便于繩鋸穿過圍檁進行切割作業，應在圍檁靠支護樁側預埋穿繩管，一般采用φ25mmPVC 管，預埋管應上下貫通，在澆筑混凝土前進行嚴密封堵，避免混凝土進入堵塞。

2.3 主體結構施工及拆撐

2.3.1 主體結構施工技術

土方開挖見底應預留30cm 土方由人工清理整平，避免擾動基底。清理完成后及時施工墊層、底板防水層、防水保護層。防水保護層凝固后綁扎底板鋼筋澆筑混凝土，底板混凝土一般與側墻腋角以上30cm 部分同步澆筑，以保證水平施工縫止水帶的安裝質量。

本工程主體結構前期采用碗扣支架支撐體系進行施工，模板采用1.5cm 厚竹膠板，主楞采用雙拼φ48×3mm 鋼管，次楞采用50mm×100mm/100mm×100mm 方木，側墻模板采用在碗扣架基礎上增加水平鋼管對撐的方式加固，側墻和相應的板同步澆筑。在側墻混凝土澆筑過程中澆筑速度必須與支架方案設計的計算相一致，同時兩側對頂側墻要基本同步澆筑，澆筑高差≤50cm，澆筑過程中值班人員勤測量，防止兩側混凝土側壓力不均衡導致支架失穩。

項目后期出于施工效率、成本和安全等方面的考慮，對主體結構施工的支撐體系進行了修訂。板的支撐體系采用φ60×3.5mm 盤扣支架，主梁采用12 工字鋼，次梁采用100mm×100mm 方木。側墻采取大鋼模單側支模的方式先澆筑，首次側墻澆筑高度至板的腋角以下500mm。

2.3.2 支撐拆除技術

相應板的混凝土強度達到設計強度的80%以上才可拆除上一道支撐。為卡控拆撐時間，由試驗室在現場回彈，強度達到要求后匯報工程部出具支撐拆除令方可拆除。支撐拆除令上需明確拆除范圍，嚴禁提前拆撐。

支撐拆除時大部分屬于高空作業，作業人員要系好安全帶，由于缺乏安全帶的可靠系掛點，一般情況下在每根支撐上部設置生命繩。生命繩采用φ12 鋼絲繩，兩端可靠地錨固在支護樁身上，可以結合圍檁的防墜落措施同步考慮。

2.3.3 防水施工技術

本工程底板和側墻的防水材料采用HDPE 高分子防水卷材，采用的施工工藝為預鋪反粘法。卷材頂部采用鋼釘+白鐵皮的方式進行固定，每幅卷材之間搭接≥10㎝，搭接處增加一層自粘膠條加強卷材搭接。上層防水卷材必須與下層防水進行搭接，搭接寬度≥10cm，并且要覆蓋固定下層卷材的鋼釘，以確保防水效果。為保證防水卷材的鋪貼質量，在卷材鋪設前修整基面，局部采用水泥砂漿進行找平，達到卷材鋪貼的平整度要求。

3 利用毗鄰已開發地塊側既有圍護結構的基坑支護技術

本工程K0+500～K0+800 約300m 區段側穿已建成的恒裕地塊，基坑西側為空地，目前尚未開發，環境較簡單。基坑東側地塊地下室及塔樓已建成。東側主體結構外邊線距離既有地塊的圍護樁邊距離約1m 左右，不具備新建支護樁的條件。東側地塊的支護樁冠梁頂較現狀地面標高低7m 左右，原地塊基坑采用的支護結構是上部7m 放坡開挖，7m 以下為支護樁的形式。

因基坑東側無新建支護樁的空間，只能利用地塊原有的支護樁。基坑西側新建φ1.4m 排樁，樁頂冠梁標高與現狀地面相平，因此基坑兩側的樁頂冠梁存在約7m高差。

為便于支撐施工且保持支撐位置基本與地塊地下室的結構板處于同一標高，達到傳力明確的目的，通過與設計院和地塊單位積極溝通協調，在東側原地塊的支護樁頂上設置了3.5m 高擋墻，將第一道鋼支撐設置為斜向（即鋼支撐西高東低），接樁后兩側冠梁及支撐的高差降低為3.5m。

為了開挖原地塊的支護樁頂冠梁，在冠梁上接高擋墻，同時避免懸臂開挖7m 后西側支護結構位移過大，采取分兩層放坡開挖至原支護樁頂冠梁的方案。即先將第一層土方整體開挖3.5m，第二層土方在西側預留6m 寬土臺用于反壓支護樁，再放坡開挖3.5m（坡比1:2）將原地塊支護樁冠梁頂開挖出來。擋墻施工完成后先安裝第一道斜支撐，再繼續開挖，按照標準段施工方案依次開挖見底后施工主體結構。

采用此種開挖方案減小了西側支護樁的懸臂高度，通過分析施工監測數據，支護結構位移、地表沉降等指標均在設計范圍內。

4 結束語

通過與設計單位和周邊地塊單位的積極溝通協調，根據不同周邊環境、不同施工條件，采取因地制宜的支護結構方案和施工方案，在前期階段解決了施工中可能存在的各種困難和問題，為同類工程的設計施工積累了經驗。