隧道基坑支護工程地質分析和方案設計

鐘濤

(廣州市市政工程設計研究院，廣東廣州 510060)

自20世紀90年代以來，隨著廣州市經濟快速發(fā)展，為緩解城區(qū)日益增長的交通壓力，車行隧道作為解決城市立體交通問題的方案逐漸為政府主管部門和市民接受，并在近幾年得到迅速推廣，目前已修建30多條城市車行隧道。大量城市車行隧道的建成，較好地改善了城市交通堵塞狀況，保護了城市環(huán)境，產生了良好的經濟和社會效益。

1 現階段隧道基坑施工方法

基坑工程設計要根據設計依據，設計標準，確定合理，便捷，安全經濟的基坑開挖方法，并在此基礎上作出圍護結構，支撐體系，地基加固和開挖施工等配套設計。基坑工程開挖方法主要有:放坡開挖、無支撐圍護開挖、有支護分層開挖、中心島開挖、壕溝式開挖、逆筑法開挖、沉井開挖。現在隧道工程施工過程中基坑圍護結構的主要類型有:

(1)鋼板樁

鋼板樁是用錘擊打入帶鎖口的鋼板樁，使之在基坑四周閉合，抵抗板樁背后的水，土壓力，達到基坑內外穩(wěn)定。鋼板樁適用于軟土，淤泥質土及地下水多地區(qū)，難于打入密砂硬粘土中，鋼板樁間若咬合不好，易滲水，涌砂。

(2)灌注樁

灌注樁屬于非擠土或少量擠土樁，樁身剛度大，除能承受較大的豎向荷載外，還能承受較大的橫向荷載，增強建筑物的抗震能力，還可在基坑開挖后繼續(xù)作為地下室的承重墻等永久性結構使用。

(3)地下連續(xù)墻

地下連續(xù)墻的墻體剛度大，整體性好，因而結構和地基變形都較小，既可用于超深圍護結構，也可用于主體結構。

(4)土釘支護

在基坑開挖坡面，用機械鉆孔或洛陽鏟成孔，孔內放鋼筋并注漿，在坡面安放鋼筋網，噴射混凝土，使土體、鋼筋與噴射混凝土面板結合，成為深基坑土釘支護。適宜于地下水位以上或經降水措施后的雜填土，普通粘土或松散性砂土。

(5)逆作法施工

深基坑逆作法施工是從地上往地下逐層支撐挖土施工，可以地下、地上同時施工，充分利用空間，時間，縮短工期，可節(jié)約大量投資。

2 工程概況

隧道工程位于廣州市科學城中心區(qū)東南部，北接科東大道，南至黃云路，規(guī)劃為城市主干道，隧道總長為 672 m，寬為 28.6 m;右轉匝道下穿廣深高速公路及南部一橫路后與主線隧道相接，右轉匝道總長為335 m，寬為7.6 m。

3 工程場地地質條件

本工程場區(qū)工程地質條件:場地位于廣州市東郊科學城，場區(qū)地貌主要呈剝蝕殘丘和山間凹地，起伏較大，擬建隧道主要位于山間凹地，地勢相對較為開闊，四周分布著殘丘和果樹。

場地主要出露地層:人工填土層(Qml4):①1素填土、①2耕土;第四系上更新統(tǒng)沖積層(Qal3):②1淤泥、淤泥質亞粘土、②2粉質粘土、②3中、粗砂;殘積層(Qel):③1可塑砂質粘性土、③2硬塑砂質粘性土;燕山晚期()花崗巖:④1全風化帶、④2強風化帶。

場區(qū)地處低丘陵地帶地勢低洼的丘間凹地，為地表水與地下水的徑流排泄區(qū)。地下水類型主要為上層滯水和孔隙水。其中砂層孔隙水是場區(qū)的主要含水層，主要接受大氣降水直接滲入補給和河涌的側向補給。

4 隧道基坑支護設計

本工程基坑支護具有以下特點:場地地勢開闊;廣深高速公路橋底凈空較小，僅 3.0 m，大型機械施工困難;場區(qū)地處低丘陵地帶地勢低洼的丘間凹地，地下水含量豐富。

基坑支護總體采用放坡和土釘墻支護，攪拌樁或旋噴樁止水的方案，即在開闊地段采用放坡、在穿越廣深高速公路橋孔段采用土釘墻的支護形式，并結合攪拌樁或旋噴樁止水。選取代表性工段A、B、C、D為例分別介紹設計方案。

工段A:適用于場地開闊，周邊無大的建筑物地段，基坑開挖深度 2.50 m～8.00 m，采用一級或二級放坡開挖方案，坡率均為 1∶2。第一級放坡坡腳距地面 2.50 m，坡腳寬 2.00 m，并在第一級放坡坡腳處設置 Φ500 mm攪拌樁止水;第二級放坡至基坑底。于一級放坡坡腳靠基坑開挖一側布設一排Φ500 mm深層攪拌樁，攪拌樁要求穿過砂層進入粘性土層不少于 0.5 m。面板網筋采用5號鐵絲網按150 mm×150 mm編網;加強筋采用 Φ16 mm鋼筋菱形布設，焊牢于土釘端部;坡面開挖后如有滲水，應根據實際情況設置泄水孔。

圖1 工段A設計圖

圖2 工段B設計圖

工段B:適用于隧道下穿廣深高速公路段地段，開挖深度 5.50 m，采用土釘墻支護，旋噴樁止水的方案。

沿基坑開挖邊線布設一排Φ600 mm旋噴樁，旋噴樁間距為 400 mm，要求穿過砂層進入粘性土層不少于 0.5 m。沿基坑開挖面布設五排土釘，土釘桿體采用Φ48×3.5 mm焊管，用人工或機械直接打入。沿基坑開挖邊線向外側 1.5 m處布設一排摩擦土釘，土釘采用Φ16 mm鋼筋。面板網筋采用Φ8 mm鋼筋通過加強筋采用Φ16 mm鋼筋菱形布設焊牢于土釘端部。

工段C:本工段適用于隧道泵房地段，基坑開挖深度約 4.50 m，設計采用水泥土重力式圍護結構進行擋土止水的方案。

在隧道泵房四周布設“格柵式”水泥土重力式擋土墻結構，水泥土樁采用 Φ800 mm旋噴樁，樁長為10.0 m，分五排布設;為增強水泥土的抗剪，在Φ600 mm旋噴樁中心加插Φ25 mm鋼筋，長度為6.0 m，位于旋噴樁的上部。

工段D:適用于隧道基坑靠近規(guī)劃河涌地段，基坑開挖深度為 7.00 m，采用土釘墻支護，攪拌樁止水的方案。

沿基坑開挖邊線施工二排Φ500 mm深層攪拌樁，要求穿過砂層進入粘性土層不少于 0.5 m。沿靠基坑開挖邊線一側的攪拌樁中心布設一排Φ25 mm鋼筋，位于攪拌樁的上部。基坑開挖面布設5排土釘，土釘桿體采用Φ16 mm鋼筋，采用人工或機械直接打入。面板網筋采用鐵絲網通過加強筋焊牢于土釘端部。

5 基坑監(jiān)測

基坑監(jiān)測的主要項目:基坑周邊沉降及位移監(jiān)測、地下水監(jiān)測、土體側向變形監(jiān)測。通過對施工監(jiān)測數據的相關分析和信息反饋，掌握隧道施工的變化情況，及時修正設計和指導施工，對施工過程進行有效的預測和控制。當變形超過有關標準或場地條件變化較大時，應加密觀測。當有危險事故征兆時，則需進行連續(xù)監(jiān)測。

6 結語

本文結合廣州科學城某隧道工程，通過資料調研、理論分析和施工技術研究等手段，通過對地質和場地條件分析，針對工程場地砂層發(fā)育和橋底凈空小等特點，基坑采用放坡和土釘墻支護，攪拌樁或旋噴樁止水的綜合支護設計方案，保證了本工程的順利完工，為今后城市隧道設計提供了理論和實踐經驗。

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