明挖法施工淺水湖底隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化

1、明挖法施工淺水湖底隧道圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案優(yōu)化摘要：明挖法施工淺水水下隧道，圍護(hù)結(jié)構(gòu)以“圍堰 +支護(hù)”的施工方法最為常見，如 何選擇最優(yōu)支護(hù)方案進(jìn)而提升圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全性、成本控制及施工進(jìn)度一直是相關(guān)技術(shù)人員為 之努力的目標(biāo)，文章主要針對該問題進(jìn)行了分析研究。關(guān)鍵詞：明挖隧道 圍護(hù)結(jié)構(gòu) 方案優(yōu)化引言：近十年國內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)高速發(fā)展，國內(nèi)水下隧道建設(shè)規(guī)模逐年提高，目前國內(nèi) 公路水下隧道常見的施工工法有三種：第一種是以港珠澳大橋為代表的沉管工法，這一種工 法適用于深水域；第二種是以南昌紅谷隧道為例的盾構(gòu)工法；第三種就是以武漢東湖隧道為 例的明挖施工工法。由于圍堰明挖法較其他工法經(jīng)濟(jì)，施工方法簡單，故國內(nèi)較多在

2、條件滿 足的情況下趨向于采用此工法。例如已通車的蘇州獨(dú)墅湖隧道、武漢東湖隧道和正在施工的 太湖隧道（蘇錫常南部高速公路）和金雞湖隧道。然而目前國內(nèi)圍堰明挖法的支護(hù)形式多重 多樣，明挖法圍堰支護(hù)形式的選擇，在很大程度上影響著后續(xù)隧道基坑開挖及主體結(jié)構(gòu)的施 工進(jìn)度、施工便捷性和項目整體的安全質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。因此，從方案的選擇到實(shí)際的施工 過程中，必須給予各個環(huán)節(jié)足夠的重視，以此來提高施工的全方面效益。本文以阜陽市345國道下穿潁州西湖隧道工程實(shí)例為依托，針對原初步設(shè)計單排樁+內(nèi)支撐的支護(hù)方案，又提出了雙排樁和單排樁+B索方案，通過與原方案在施工進(jìn)度、安全質(zhì)量、施工便捷性、經(jīng)濟(jì) 性等方面進(jìn)行對比，從

3、而確定最優(yōu)方案。一、工程案例項目概況：阜陽市345國道下穿潁州西湖隧道工程為 EP頌?zāi)?，項目主體大部分位于潁 州區(qū)規(guī)劃的西湖游覽區(qū)內(nèi)，湖中圍堰明筑段 600m主要設(shè)計參數(shù)為垂直支護(hù)深度14.38m, 鉆孔灌注樁樁長22.7m小1.2m1.4m內(nèi)支撐及臨時支撐4層6m格構(gòu)柱兩排。原設(shè)計湖中段圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式為單排樁+內(nèi)支撐原設(shè)計方案思路：原設(shè)計方案參考了城市地鐵的工程設(shè)計思路，經(jīng)同設(shè)計單位溝通后了 解，本工程地質(zhì)等條件符合國內(nèi)廣泛采納的類似明挖地鐵隧道工程施工，施工工藝成熟，安 全可靠性高，造價合理。由于該項目的合同模式為EPC奠式，可以使施工單位更便利、更深入和積極的參與到設(shè) 計工作中去，為項目的

4、質(zhì)量、安全、管理及經(jīng)濟(jì)、社會效益增值提供了良好條件?；谝陨?因素，項目施工單位的技術(shù)部門對方案的優(yōu)化進(jìn)行了大量調(diào)查論證工作。二、方案優(yōu)化條件分析2.1項目環(huán)境調(diào)查結(jié)合線路設(shè)計方案對現(xiàn)場調(diào)查走訪后發(fā)現(xiàn)，該項目線路范圍空曠，具備基坑放坡開挖條件。同時穎州西湖水位基本受連通泉河的揚(yáng)水站水閘控制，水位穩(wěn)定，平均水深2.1m。地質(zhì)勘察報告顯示，有效影響基坑及其圍護(hù)結(jié)構(gòu)范圍的土質(zhì)為擬建場地20m深度范圍內(nèi)除薄層飽和土外，分布的飽和粉土均屬于第四系晚更新統(tǒng)地層( Q3al),不考慮土層液化影響。 場地地基土的工程性質(zhì)自上而下分析如下：(1)淤泥：灰黑色，飽和，流塑狀態(tài)，高壓縮性，含大量腐殖物，平均厚度1.

5、1m。(2)粉質(zhì)黏土：可塑硬塑，中壓縮性，土質(zhì)較均勻，物理力學(xué)性質(zhì)較好，可作為天然基 礎(chǔ)持力層，平均厚度15.0m。(3)粉土：密實(shí)，中壓縮性，滲透性較好，土質(zhì)較均勻，僅少量勘探孔有揭露，物理力學(xué) 性質(zhì)較好，隧道基坑開挖時在地下水作用下易產(chǎn)生流土，平均厚度0.8m。(4)粉質(zhì)黏土：可塑硬塑狀態(tài)，中壓縮性，土質(zhì)較均勻，物理力學(xué)性質(zhì)較好平均厚度 3.1m。地質(zhì)情況具備可優(yōu)化條件。項目合同工期為18個月，湖中段水下隧道又是全線風(fēng)險最高的控制節(jié)點(diǎn)，科學(xué)合理的 施工方案對按期完工該段隧道顯得尤為重要。2.2原設(shè)計方案適用性分析經(jīng)過對現(xiàn)場情況分析結(jié)合工程項目特點(diǎn)，認(rèn)為單排樁 +內(nèi)支撐的原設(shè)計方案雖然結(jié)構(gòu)安

6、 全性好，工藝成熟且應(yīng)用廣泛，但大多數(shù)情況被應(yīng)用在受近交通、近建筑物等外部環(huán)境影響 較大的市區(qū)范圍內(nèi)，在施工條件受限的條件下，設(shè)計方面更多考慮了不影響外部環(huán)境同時保 證結(jié)構(gòu)安全的方案措施，比如垂直支護(hù) +內(nèi)支撐。而本項目根據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，除了受淺水 水體影響，完全不受近交通、近建筑等其他因素的干擾。按原設(shè)計方案施工雖工藝成熟，但 工藝復(fù)雜，質(zhì)量控制難度大，基坑開挖受內(nèi)支撐設(shè)置及換撐等工序的影響導(dǎo)致工效低下，施 工風(fēng)險高。同時，合同工期短，一旦工序中斷將無法確保施工進(jìn)度按計劃完成。原設(shè)計方案受力驗算可行。該方案支護(hù)深度 14.38m,每延米挖土 1007.9m3,樁長 22.7m（I）1.2m1

7、.4旃占孔灌注樁每延米0.71根，內(nèi)支撐及臨時支撐4層6m格構(gòu)柱兩排?？紤]支撐混凝土等強(qiáng)等因素,平均完成一個節(jié)段（30m基坑開挖需要35天。概算造價 每延米圍護(hù)結(jié)構(gòu)約3.66萬元。綜和以上調(diào)查及分析，為該工程打破類似項目的傳統(tǒng)施工方案尋求優(yōu)化提供了動力。三、方案優(yōu)化方向經(jīng)對掌握的資料分析，方案的優(yōu)化方向集中體現(xiàn)在三個方面，在保證基坑及圍護(hù)結(jié)構(gòu)安 全的條件下，確保工期，控制工程項目造價。故以降低基坑深度及取消內(nèi)支撐為主要優(yōu)化方 向?？紤]放坡開挖，優(yōu)點(diǎn)是清理掉軟弱土層及降低基坑深度，減小圍護(hù)結(jié)構(gòu)受到的土體側(cè)壓 力，提高基坑安全系數(shù)。取消內(nèi)撐，提高工效。通過優(yōu)化方向提出以下兩套圍護(hù)方案：3.1放坡開

8、挖+雙排樁方案支護(hù)工藝原理：雙排樁基坑支護(hù)是一種較為新型的支護(hù)結(jié)構(gòu)，即由兩排平行的混凝土灌 注樁、冠梁以及連梁聯(lián)合組成的超靜定鋼架的支護(hù)體系。其主要優(yōu)點(diǎn)是可以應(yīng)用在不能實(shí)施 錨桿錨索或內(nèi)支撐的基坑支護(hù)段落，且施工簡單方便，有助于加快施工進(jìn)度。本工程水中段 基坑開挖深度較深，地質(zhì)情況為飽和砂土、粉土，控制基坑開挖后的變形，雙排樁結(jié)構(gòu)可以 很好的解決這個問題。具體方案如下：先采用放坡開挖約 4.1m后，再進(jìn)行坑內(nèi)垂直支護(hù)，支護(hù)深度 9.2m,每 延米挖土 1077.6m3, 2排樁長21mJ）1.2m1.4ml占孔灌注樁每延米1.42根，長4.8m連梁 6m工藝流程為：先放坡開挖，再進(jìn)行雙排鉆孔灌注樁施工，冠梁、連梁等支護(hù)體系完成后 便可進(jìn)行基坑開挖。方案經(jīng)受力驗算可行。