下沉式隧道基坑支護施工方案與技術要點

1、PAGE PAGE 15下沉式隧道基坑支護施工方案及技術要點五公司 趙建國摘要：復合土釘墻支護技術是近年來發(fā)展起來用于土體開挖和邊坡穩(wěn)定的一種新型擋土結構。該文結合工程實例的地質(zhì)及周邊復雜的施工條件，對下沉式大跨度汽車隧道基坑工程結構所采用的復合土釘墻支護方案的支護機理進行了分析，對該支護方案的施工技術要點、技術難題處理及施工保通措施進行了闡述。關鍵詞：隧隧道；基基坑支護護；土釘釘墻；下下沉式隧隧道；施施工技術術某樞紐互通通位于國國道G1007線鄭州州段改建建工程項項目終點點，連接接機場互互通連接接線中州州第一門門、航空空港區(qū)主主干道新新港大道道和迎賓賓大道，現(xiàn)現(xiàn)狀為環(huán)環(huán)形平交交，交叉叉樁號K

2、411+8771.4432。（見圖1）圖1迎賓大大道互通通（一期期）地理理位置示示意圖為保護迎賓賓大道的的形象，不不干擾在在建的大大型雕塑塑，采用用單向雙雙車道定定向式匝匝道增加加通行能能力；主線直直行方向向采用下下沉式隧隧道，減減少直行行與轉(zhuǎn)向向交通的的沖突。地地面層進進行渠化化交通設設計，解解決其余余方向的的轉(zhuǎn)向交交通。根據(jù)預測的的交通量量，該互通可可分期實實施，近近期僅實實施主線線下沉式式隧道，地地面采用用環(huán)島（充充分利用用現(xiàn)狀環(huán)環(huán)島、避避免大量量拆遷)渠化交交通。其其遠期方方案和近近期實施施工程如如圖2所示。（a）遠期期（b）一期期圖2 迎賓賓大道互互通立交交實施方方案1. 下沉沉式隧

3、道道工程地地質(zhì)概況況根據(jù)程巖土土工程勘勘察報告告，所建建隧道區(qū)區(qū)段內(nèi)的的地下水水補給來來源以降降雨和側(cè)側(cè)向徑流流為主，屬屬空隙潛潛水。穩(wěn)穩(wěn)定水位位4.4米左右右。根據(jù)鉆探土土的成因因、結構構及物理理力學性性質(zhì)，該該隧道所所在區(qū)域域內(nèi)的土土層可劃劃分為7個小層層，其物物理性質(zhì)質(zhì)如表1所示。表1土層物物理性質(zhì)質(zhì)層號土層土質(zhì)特點土層厚度/m1粉土黃褐色，松松散，局局部夾粉粉砂9.52粉質(zhì)黏土黃褐色，軟軟塑塑，含含小顆粒粒鈣質(zhì)結結核3.03粉砂中密密實實，黃褐褐色，飽飽和6.04粉土黃褐色，密密實，飽飽和，含含小顆粒粒鈣質(zhì)結結核，粒粒徑不等等3.05中砂黃褐色，密密實，飽飽和，礦礦物成分分以石英英長石

4、為為主2.06粉質(zhì)粘土棕黃色，硬硬塑，濕濕，含鐵鐵質(zhì)斑點點及小顆顆粒鈣質(zhì)質(zhì)結核等等14.07黏土硬塑堅硬硬，棕紅紅色，濕濕，局部部夾薄層層粉土7.52. 基坑坑支護方方案基坑支護的的常用方方案有放放坡、護護坡樁、錨錨桿和噴錨等等，各種種方案有有其優(yōu)點點和局限限性。因此，選選擇合理理的支護護方案是是保證基基坑工程程質(zhì)量和和施工安安全的關關鍵。在在掌握和和深入研研究該隧隧道所在在區(qū)域工工程地質(zhì)質(zhì)、水文文地質(zhì)資資料和周周邊環(huán)境境條件的的基礎上上，進行行多種方方案的分分析、論論證與優(yōu)優(yōu)化，確確定采用用敞口放放坡開挖挖及微型型樁、復合土土釘墻相相結合的的支護方方案。2.1 微微型樁+預應力力復合土土釘支

5、護護形式微型樁和部部分預應應力復合合土釘支支護（見見圖3）即聯(lián)合合應用微微型樁與與土釘兩兩種支護護形式，并通過過對部分分土釘施施加預應應力的措措施來控控制變形形，保證證支護結結構的安全。圖3 微型樁樁+復合土土釘支護護形式2.2 微微型樁+預應力力復合土土釘支護護施工工工藝基坑開挖前前，先在待待開挖的的坑壁邊邊緣采用用壓力注注漿法設設置微型型樁，微微型樁強強度滿足足后，對對土體進行行分段開開挖，設設置土釘釘。對需施加加預應力力的土釘釘，注漿時時其前端預預留24米作為為自由段段，并在端部部設置腰腰梁，以以便在面面層砼達到強強度后施施加預應應力（見見圖4）。腰梁梁內(nèi)土釘釘鋼筋加加塑料套套管，防防止

6、砼與鋼筋筋粘結。圖4 預預應力土土釘與面面層的連連接2.3 微微型樁+預應力力復合土土釘支護護機理2.3.11復合土土釘受力力機理復合土釘受受力過程程分為三三階段（見見圖5）：1）土釘安安設的初初期，注注漿體與與土層的的粘結尚尚未形成成，土釘釘基本不不受力 ；2） 注漿體體將土釘釘粘結于于地層中中，隨著著開挖深深度的增增加，土土釘逐漸漸產(chǎn)生拉拉力，并并將拉力力集中在在與面層層粘結的的部位，這這時內(nèi)力力類似于于無自由由變形段段的土層層錨桿(靠近面面層處拉拉力最大大，往后后逐漸縮縮小)； 3） 開挖足足夠深度度，土釘釘?shù)拇蟛坎糠痔幱谟诨逊斗秶畠?nèi)內(nèi)，這時土土釘內(nèi)力力表現(xiàn)為為中間部部位(近滑裂裂面

7、)最大、兩端最最小，類類似于土土筋。(a) 土土釘內(nèi)力力為零 (bb) 土釘內(nèi)內(nèi)力類似似于錨桿 (3) 土釘內(nèi)內(nèi)力類似似于土筋圖5 復合土土釘?shù)氖苁芰^程程2.3.22微型樁樁受力作作用機理理微型樁受力力主要來來自土壓壓力，在不同同情況，可可能受彎彎、受壓壓、受剪剪、受扭扭及各種種作用的的組合，目前其其主要起起超前支支護作用用，體現(xiàn)現(xiàn)在：(1) 提提高了微微型樁周周圍一定定范圍內(nèi)內(nèi)土體的的強度和和面層強強度.(2) 改改善了開開挖后土土體的受受力和變變形.(3)調(diào)動動并協(xié)調(diào)調(diào)土釘?shù)牡闹ёo作作用，保保證基坑坑周圍環(huán)環(huán)境的安安全.2.4 基基坑計算算荷載(1)土壓壓力及水水壓力，水水壓力取取離地面

8、面4.44m為地地下水位位線。(2)地面面堆積荷荷載及大大型車輛輛的動、靜靜荷載。(3)周邊邊建筑物物的作用用荷載：為20kkPa。(4)施工工荷載，為為20kkPa。2.5 支支護結構構形式該項目采用用明挖施施工，支支護結構構根據(jù)基基坑開挖挖深度按按表2選取。表2 明挖挖基坑與與放坡級級別關系系表基坑深度HH/m放坡級別土釘長度/ m及型型號入射角/()橫豎間距/ m0H221：1放坡坡開挖2H55一級4：1110、22820115mH10兩級4：1115、2282011H10三級4：1120、2282011注：當基坑坑深度大大于5mm，放坡坡的平臺臺為2mm，且每每個平臺臺采用一一排微型型

9、樁加固固，其直直徑155cm，樁樁長7.5m，縱縱向樁間間距1.2m?；娱_挖坡坡面均噴噴射C20砼，厚厚度為8cm，內(nèi)含10mmm11001000mm鋼筋網(wǎng)網(wǎng)。該隧隧道基坑坑支護斷斷面如圖6所示。（a）開口口段支護護橫斷面面（b）閉口口段支護護橫斷面面圖6 下下沉式隧隧道基坑坑支護斷斷面（單單位：cm）3. 基坑坑支護施施工及施施工難題題處理方方案3.1 基基坑支護護施工方方案3.1.11基坑開開挖方案案土方開挖中中充分考考慮時空空效應，合合理確定定土方分分層開挖挖層數(shù)、每每層分段段數(shù)量，分分段開挖挖的時間間限制等等，且與與設計工工況保持持一致，并并遵循“開槽支支撐，先先撐后挖挖，分層層開挖

10、，嚴嚴禁超挖挖”的原則則。具體體如下：(1)各斷斷面的開開挖分層層次數(shù)與與該斷面面內(nèi)支撐撐道數(shù)大大致相同同；一般土土層分層層開挖深深度為12m，該項目分分層開挖挖深度為為1.55m；開挖寬寬度滿足足支護作作業(yè)和邊邊坡臨時時穩(wěn)定性性要求。(2)基坑坑開挖自自上而下下進行，嚴嚴禁超挖挖和“大鍋底底”開挖，開開挖后及及時支護護。(3)基坑坑采用機機械開挖挖，基坑坑底及坑坑壁留2200mmm厚土土層，由由人工挖挖掘修整整。開挖層層設集水水坑，及及時用泵泵排除坑坑底積水水。(4)開挖挖到底后后，及時時清底驗驗槽，減減少暴露露時間，防防止地基土土原狀結結構受到到破壞。支支護前，清清除松動動土層。3.1.2

11、2放坡段段施工方方案(1)開挖挖工作面面，修整整邊坡，埋埋設噴射射砼厚度控控制標志志。(2)噴射射第一層層砼。(3)綁扎扎、固定定鋼筋網(wǎng)網(wǎng)，噴射射第二層層砼。(4)坡頂頂、坡面面和坡腳腳的排水水處理。3.1.33噴射砼砼施工方方案(1)噴射射砼分段依依次進行行，同一一分段內(nèi)內(nèi)噴射自自下而上上分兩次次進行。(2)噴射射時，噴噴頭盡量量與噴射射面保持持垂直，距距離為660cmm1200cm。(3)噴射射時控制制好水灰灰比，保保證砼表面平平整、濕濕潤光澤澤、無干干斑及滑滑移流淌淌現(xiàn)象。(4)上一一級噴射射砼面層達達到設計計強度的的70%后，開開挖下一一級放坡坡施工。(5)鋼筋筋網(wǎng)與固固定鋼筋筋連接牢

12、牢固，噴噴射砼時鋼筋筋網(wǎng)不晃晃動。(6)鋼筋筋網(wǎng)的搭搭接長度度不小于于3000mm。3.1.44復合土土釘施工工方案土釘支護設設計見圖圖7。施工工方案如如下：（a）正立立面圖(b) A A斷面面圖圖7 土釘支支護設計計（單位位：cm）(1) 按按設計縱縱向、橫橫向尺寸寸及與水水平面夾夾角進行行鉆孔施施工，采用洛洛陽鏟成成孔。(2) 鋼鋼筋平直直、除銹銹、除油油。(3) 注注漿材料料用水泥泥砂漿，其配合比為1：11：2，水灰比為0.40.45。(4) 注注漿管插插到距成成孔底部部2505000mm，保保證注漿漿飽滿，在在孔口設設止?jié){塞塞。(5) 安安裝土釘釘時設置置定位器器，以保保證鋼筋筋的保護

13、護層厚度度。3.1.55微型樁樁施工方方案(1)用全全站儀測測量放線線，確定樁樁位坐標標。(2)調(diào)整整 HYPERLINK /baike/detail.asp?t=鉆機鉆機位置置，慢速速鉆孔。(3)開動動水泵注注入清水水，待 HYPERLINK /baike/detail.asp?t=孔深深深為1m左右時加快 HYPERLINK /baike/detail.asp?t=鉆進速度鉆孔速度，確保成孔孔的位置置和垂直直度。(4)成孔孔至設計計深度后后，往復復提、降鉆桿桿，并不不停抽入入 HYPERLINK /baike/detail.asp?t=泥漿泥漿，盡盡量將孔孔內(nèi)土屑屑排出。(5)排出出 HY

14、PERLINK /baike/detail.asp?t=泥漿泥漿中無大顆顆粒狀土土屑時，停止止抽入 HYPERLINK /baike/detail.asp?t=泥漿泥泥漿，并并將鉆桿桿頭部卸卸掉，接接上注漿漿管準備備注漿。鋼筋籠籠主筋保保護厚度度取25mmm。鋼鋼筋籠一一般在成成孔前完完成，步步驟為加勁箍箍制作主筋配配料主筋定定位 HYPERLINK /baike/detail.asp?t=箍筋箍筋設置對中支支架安裝裝。3.1.66基坑降降水及排排水方案案土釘墻施工工中應采取取有效的的地表排排水、內(nèi)內(nèi)部排水水、基坑地地下水位位降低及及排水等等措施。該該項目主主要采用用降水井井、集水明明排的方方

15、法。(1)基坑坑周圍地地表排水水。為防止止地表水水向地下下滲透，使使涇流遠遠離邊坡坡，在距離坡坡頂邊線線2m左右右設置截截水溝，在在低處設設置集水水井，以以防雨水水大面積積匯入基基坑。(2)基坑坑內(nèi)部排排水。在在基坑開開挖施工工階段，每每開挖一一層土方方，沿坑底底設置臨臨時排水水縱溝及及集水井井，避免免坑底積積水浸泡泡邊坡土土體；基基坑開挖挖到底后后，設置截截水溝，在在基坑四四角和周周邊每隔隔3040mm設一個個集水井井，同時時設置泵泵站排水水。排水水溝底面面比挖土土面低0.30.4，集集水井底底面比溝溝底面低低0.5。(3)基坑坑地下水水位降低低及排水水。當基坑坑側(cè)壁出出現(xiàn)分層層滲水，按按不

16、同高高程設置置導水管管、導水水溝等構構成明排排系統(tǒng)。3.2 施工中中遇到的的問題及及處理方方案3.2.11施工中中遇到的的問題（1）K441775951長1400m隧道閉閉口段采采用單箱箱雙室閉閉口框架架結構，斷斷面全寬寬30.0m，左、右右室凈寬寬為13.5m；K41635775和K41915K42205段共計2600m，開口口段采用用U形框架架結構，凈凈寬27.0m。這兩兩個區(qū)段段均為大大跨度隧隧道基坑坑，地質(zhì)質(zhì)條件復復雜，基基坑支護護難度大大。（2）2條條大型高高壓供電電電纜位位于隧道道開挖段段，管線線保護要要求較高高。（3）基坑坑開挖深深度和長長度較大大，對周周邊建筑筑物及其其他構筑筑

17、物的影影響較大大，對安安全施工工的要求求較高；同時施施工期間間需保證證周圍道道路的通通行，施施工場地地狹小，施施工條件件惡劣。（4）隨著著開挖深深度的不不斷增加加，技術術難度、施施工難度度也相應應增大，施施工單位位承擔的的風險越越來越大大。(5)建設設單位不不僅要求求確保工工程質(zhì)量量，對加加快施工工進度、降降低工程程投資、保保證施工工安全也也提出較較高的要要求，相相應地增增加了施施工難度度。3.2.22處理方方案（1）根據(jù)據(jù)該下沉沉式隧道道施工技技術難度度大、施施工工期期緊及質(zhì)質(zhì)量標準準要求高高的特點點，從多多個項目目中抽調(diào)調(diào)具備類類似工程程經(jīng)驗的的技術人人員，根根據(jù)設計計文件及及現(xiàn)行規(guī)規(guī)范的

18、要要求，選選擇技術術可行、造造價合理理、安全全可靠的的施工技技術方案案。（2）施工工保通方方案分三三步進行行：1）通過過區(qū)域路路網(wǎng)，對對交通流流實行分分流；施施工完畢畢兩側(cè)設設臨時輔輔道，完完成地面面環(huán)島平平交改造造；利用用兩側(cè)輔輔道及原原有道路路進行局局部交通通疏導，同同時設置置合理的的交通標標志和標標線，保保證交通通暢通。2）對主主線進行行局部封封閉，安安裝彩色色鋼板圍圍欄，開開挖施工工下沉式式隧道閉閉口段；采用土土釘墻支支護施工工，盡量量少占用用地面臨臨時輔道道空間。3）施工工閉口式式隧道頂頂平交路路面，采采用平交交渠化引引導地面面交通；封閉隧隧道開口口段主線線，施工工下沉式式隧道開開口

19、段；隧道開開口段施施工完畢畢，拆除除彩色鋼鋼板圍欄欄，恢復復交通（見見圖8）。圖3-2保保通方案案設計圖圖3.3 基基坑開挖挖施工應應急措施施為預防在基基坑開挖挖過程中中出現(xiàn)意意外，預預先準備備足夠的的鋼支撐撐、土方方及砂袋袋；成立立搶險領領導小組組和搶險險救災隊隊伍；與當?shù)氐貧庀蟛坎块T密切切聯(lián)系，做做好預防防工作；工地自自備發(fā)電電機組和和抽水設設備。 施工期間采采取降水水措施，嚴嚴格控制制地下水水位，側(cè)側(cè)墻施工工到一定定高度時時及時回回填；暴雨時時準備足足夠的砂砂袋，均勻地堆放在在隧道結結構底板板上抗浮浮。 4. 基坑坑支護監(jiān)監(jiān)控深基坑支護護工程是是一項高高風險、高高難度的的系統(tǒng)工工程，在市

20、區(qū)區(qū)高樓林林立、交交通繁忙忙的情況況下，安安全要求求更高。因此，施工動態(tài)管理和信息化管理非常重要。該工程施工工期間對對基坑支支護進行行了的嚴嚴密監(jiān)控控量測（測測布置點點、監(jiān)測測項目及及頻率等等如表3所示），確確保施工工期間基基坑本身身及周邊邊環(huán)境的的安全。表3 下沉式式隧道基基坑支護護監(jiān)控量量測表監(jiān)測項目監(jiān)測對象儀器監(jiān)測精精度量測頻率測點布置地下水位基坑周圍1mm圍護結構施施工及基基坑開挖挖期間11次/(22d)，主主體結構構施工期期間2次/周沿隧道縱向向1525mm布置1個測點地面沉降圍護結構周圍土體1/1000(FFs)圍護結構施施工及基基坑開挖挖期間11次/(22d)，主體結結構施工工期

21、間22次/周15200m布置1個測點孔隙水壓力力圍護結構周圍土體1/1000(FFs)圍護結構施施工及基基坑開挖挖期間11次/(22d)，主主體結構構施工期期間2次/周沿隧道縱向向每側(cè)布布置4個測點，同同一孔豎豎向23m布置1個測點圍護結構邊管線沿管線軸向向1mm1次/(22d)，直至管線恢恢復為止止根據(jù)管線部部門的要要求設置注：Fs為為滿量程程該項目監(jiān)測測結果表表明地面面沉降最最大位移移為22mmm，無局局部塌陷陷發(fā)生。證明微微型樁與與土釘墻墻相結合合的復合合土釘墻墻支護能能有效控控制圍護護結構周周圍地面面土體的的變形。5.結束語語對大跨度深深基坑支支護，目前采采用較多多的鋼板板樁、地地下連續(xù)續(xù)墻等圍圍護支撐撐結構，其造價太高。而復合式土釘墻在傳統(tǒng)土釘墻的基礎上，配合采用微型樁等技術措施，具有較強的技術優(yōu)勢和經(jīng)濟