城市綜合管廊超深基坑開挖支護(hù)技術(shù)探討

馮亞麗 （中交第四公路工程局有限公司，北京 100000）

1 發(fā)展現(xiàn)狀

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展。人民生活水平不斷得到改善。各方面要求基礎(chǔ)設(shè)施功能性越來(lái)越多，所需要城市地下管線數(shù)量日益擴(kuò)大，地下空間的使用也需日益完善。根據(jù)發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，地下綜合管廊的建設(shè)是解決上述問(wèn)題的有效途徑。將各種電力、通信、給排水管道整合在一起，然后建立在城市道路地下空間的集約隧道，提高城市地下空間利用率。

城市地下管線廊道基坑支護(hù)技術(shù)是最重要的技術(shù)內(nèi)容之一，施工技術(shù)的好壞將直接影響到城市地下管線廊道的質(zhì)量。為了保證施工人員的安全，避免對(duì)周圍環(huán)境和建筑物的過(guò)度影響，保證城市地下管線廊道的順利發(fā)展，有必要對(duì)基坑支護(hù)技術(shù)進(jìn)行研究。

2 工程概況

本工程為赤峰市中心城區(qū)綜合管廊PPP項(xiàng)目（八家西組團(tuán)綜合管廊建設(shè)工程），管廊主干線路由大板路和巴林大街組成，次干線由經(jīng)棚路、支八街及天山路組成，支線路由玉龍大街和王府大街組成。各級(jí)綜合走廊連接成環(huán)形走廊，全長(zhǎng)約15km。主要工程內(nèi)容是在赤峰市地下建造一個(gè)隧道空間，將各種工程管線集于一體。入廊管線有電力電纜、通信電纜、給水管線、中水管線、熱力管線、廣播電視等專業(yè)管線。有專門的維修口、進(jìn)料口和監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)行統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一管理，是城市運(yùn)行的重要基礎(chǔ)設(shè)施和生命線。

而本項(xiàng)目最大難點(diǎn)就是深基坑開挖與支護(hù)。深基坑主要是指基坑開挖深度大于或等于5m，其地質(zhì)及周圍環(huán)境因素十分復(fù)雜，主要表現(xiàn)出以下特點(diǎn)：深基坑支護(hù)作為臨時(shí)結(jié)構(gòu)，其安全性相對(duì)較低；隨著開挖深度的不斷增加，支護(hù)施工難度也會(huì)增大；具有非常明顯的特點(diǎn)，在實(shí)際的支護(hù)中，設(shè)計(jì)和施工不僅與地質(zhì)條件有關(guān)，而且與基坑周圍環(huán)境有一定的關(guān)系；基坑工程作為系統(tǒng)工程，其時(shí)空效應(yīng)較強(qiáng)，具有環(huán)境效應(yīng)。本工程最深基坑達(dá)到14.4m，屬于超深基坑，下面將對(duì)本工程的超深基坑開挖支護(hù)施工技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探討。

3 超深基坑開挖支護(hù)技術(shù)

3.1 超深基坑開挖技術(shù)

在開挖基坑的過(guò)程中不對(duì)既有地上地下管線等造成破壞，開挖嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行，尤其是在開挖前和開挖后做好防排水工作，開挖完成后支護(hù)要及時(shí)，不留安全隱患。開挖順序是從上至下，從前至后，分層開挖。開挖方法是全斷面開挖，遵循“分區(qū)、分塊、分層、對(duì)稱、限時(shí)、限量”原則進(jìn)行施工，確?；拥陌踩?。每一段的開挖長(zhǎng)度根據(jù)管廊廊體的伸縮縫而定，一般為25m，開挖至第二級(jí)坡頂時(shí)留出1m寬碎落臺(tái)。確定二級(jí)邊坡開挖線。第一級(jí)邊坡坡度為1∶1，第二級(jí)邊坡坡度為1∶0.2，第二級(jí)邊坡的垂直高度根據(jù)開挖的總深度而定，當(dāng)開挖總深度H≤8.4m時(shí)第二級(jí)邊坡的垂直高度為5m，當(dāng)開挖總深度8.4≤H≤11.4m時(shí)第二級(jí)邊坡的垂直高度為7.4m，當(dāng)開挖總深度11.4≤H≤14.4m時(shí)第二級(jí)邊坡的垂直高度為7.9m。開挖時(shí)在出料方向修筑便道，保證載重汽車順利上下。土方采用自卸車運(yùn)至指定位置。

3.1.1 基坑開挖方法

①基坑開挖采用人工配合挖掘機(jī)的方式開挖，開挖前現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員向挖掘機(jī)司機(jī)詳細(xì)交底，開挖時(shí)設(shè)專人指揮，時(shí)刻測(cè)量基底高程和寬度。防止超挖和欠挖?；娱_挖的邊坡坡率根據(jù)土質(zhì)和基坑深度進(jìn)行確定，特殊條件限制地段邊坡坡率需調(diào)整，同時(shí)加強(qiáng)支護(hù)，兩側(cè)邊坡在開挖至第一臺(tái)階處分別設(shè)置碎落臺(tái)，具體按施工圖紙及規(guī)范要求操作。為確保基底土壤結(jié)構(gòu)不被擾動(dòng)和破壞，在機(jī)械開挖到基底時(shí)，應(yīng)預(yù)留30cm待人工清除。開挖基底時(shí)，應(yīng)嚴(yán)加管控基底高程、寬度及平整度，嚴(yán)禁基底土壤遭受擾動(dòng)或者破壞。

圖1 施工現(xiàn)場(chǎng)具備自然放坡條件且開挖深度≦8m

②基坑開挖時(shí)為防止邊坡坍塌，應(yīng)采取有效措施保持邊坡的穩(wěn)定。排水溝、集水坑（井）應(yīng)安排在基礎(chǔ)外。積水及時(shí)抽出，基坑坡頂設(shè)置截水溝，防止地面水流入基坑。排水溝縱坡同基坑縱坡一致，截面尺寸300×300mm。每隔40m設(shè)一個(gè)集水井，尺寸為800×800×1000mm。基礎(chǔ)水通過(guò)排水溝收集到集水井，然后由潛水泵均勻排放。

③地質(zhì)條件良好，土壤均質(zhì)，地下水位低于基準(zhǔn)面高程。挖方深度在5m以內(nèi)，開挖后暴露時(shí)間不超過(guò)20d，基坑上層與下層之間的臺(tái)階距離控制在50m以內(nèi)，以第二臺(tái)階為挖機(jī)輔助工作層，開挖第二層基坑，同時(shí)考慮作為汽車運(yùn)土及臨時(shí)工作層。開挖完第一層必須鋪好便道，保證自卸卡車順利上下。

④雨季施工時(shí)，盡量縮短開槽長(zhǎng)度。并作好防排水措施。遇雨水泡槽后，應(yīng)盡快采取措施，排積水，去淤泥。采取合格材料回填，達(dá)到平衡溫度。如鋪墊不均勻?qū)?dǎo)致不均勻沉降。

圖2 施工現(xiàn)場(chǎng)受條件限制無(wú)法自然放坡且開挖深度8m以上

⑤除管廊結(jié)構(gòu)寬度外，管廊底部開挖寬度，兩側(cè)各拓展80cm～120cm工作面寬度。基坑開挖結(jié)束后，立馬進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)施工，在施工的整個(gè)過(guò)程中應(yīng)及時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性狀況進(jìn)行觀察。

3.1.2 基坑土方堆放方法

在開挖時(shí)應(yīng)考慮利用土方的堆放位置。堆放位置應(yīng)選擇施工紅線以外，范圍較大且周圍環(huán)境不受影響和限制的空地，距離堆土地距離不小于5m，方便進(jìn)料、堆料和施工。

3.2 超深基坑支護(hù)技術(shù)

3.2.1 鋼筋網(wǎng)+噴射混凝土+土釘組合支護(hù)技術(shù)

圖3 開挖總深度H≤8.4m

適用于基坑深度不大于8.4m的路段，放坡高度計(jì)土釘?shù)呢Q向分布宜根據(jù)實(shí)際施工條件調(diào)整，應(yīng)避開周邊雨、污水管，但放坡高度不應(yīng)大于3m。第一道土釘距坡頂豎向間距不得大于0.5m，土釘豎向間距不得大于1.5m。施工每次開挖深度為該層土釘下300mm，土釘平面布置形式如右圖，加強(qiáng)筋Φ18，面層鋼筋網(wǎng)φ8@200，鋼筋搭接長(zhǎng)度達(dá)到300mm或以上，土釘與面層連接構(gòu)造采用L筋。

3.2.2 鋼筋網(wǎng)+噴射混凝土+土釘+預(yù)應(yīng)力錨索組合支護(hù)技術(shù)

圖4 開挖總深度8.4≤H≤14.4m

適用于基坑深度8.4m＜H≤14.4m的路段。施工每次開挖深度為該層土釘下300mm。土釘平面布置形式同上，加強(qiáng)筋Φ18，面層鋼筋網(wǎng)φ8@200。鋼筋搭接長(zhǎng)度達(dá)到300mm以上，土釘和面層連接構(gòu)造采用L筋加固，如右圖。預(yù)應(yīng)力錨索施工時(shí)，鉆孔深度應(yīng)超過(guò)錨索設(shè)計(jì)長(zhǎng)度0.5m～1m。預(yù)應(yīng)力錨索水平間距是1.5m，采用預(yù)應(yīng)力錨索fpk=1860kPa。一束為7φ5鋼絞線，使用機(jī)械鉆孔，孔徑150mm。利用二次注漿工藝，并使用純水泥漿。一次注漿水灰比0.38～0.45，常壓注漿（0.50～0.80MPa）；二次注漿液水灰比 0.4～0.50，注漿壓力應(yīng)不小于2.5MPa。按照設(shè)計(jì)總說(shuō)明要求，應(yīng)采用預(yù)應(yīng)力錨索的張拉和鎖定。

圖5 節(jié)點(diǎn)圖

3.2.3 拉森鋼板樁+預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)技術(shù)

由于部分路段的管廊施工靠近居民小區(qū)和高壓電桿，且不具備放坡開挖條件。當(dāng)管廊一側(cè)因距離構(gòu)筑物較近無(wú)法自然放坡開挖時(shí)，支護(hù)形式采用鋼板樁加預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)；管廊兩側(cè)均受構(gòu)筑物影響無(wú)法自然放坡時(shí)，支護(hù)形式采用鋼板樁加對(duì)錨桿支護(hù)。

使用鋼板樁單側(cè)支護(hù)時(shí)，利用9m或12m長(zhǎng)的III號(hào)拉森鋼板樁和預(yù)應(yīng)力錨索，圍欄距地面2m。拉森鋼板樁用升降機(jī)就位后采用履帶式液壓挖土機(jī)KATO-1250或KATO-1430帶VH-3000或VH-4500的液壓振錘機(jī)施打。

①開挖應(yīng)采取分層分段對(duì)稱進(jìn)行。在開挖期間控制好“分層、分步、對(duì)稱、平衡、限時(shí)”五個(gè)要點(diǎn)，遵循“豎向分層、縱向分段、先支后挖”的施工原則。

②在開挖過(guò)程中先掏槽2m深安裝鋼圍檁、預(yù)應(yīng)力錨索，以盡早對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行支撐。人工開挖基底上30cm部分土壤。對(duì)最后一次開挖嚴(yán)加管控，禁止超挖。

③地下滲水或者雨水應(yīng)安排水泵及時(shí)排出基坑。并在基坑兩端設(shè)置截水溝和排水溝。

④土方開挖施工中，及時(shí)檢測(cè)周圍環(huán)境。并按照事先編制的檢測(cè)方案實(shí)施，并及時(shí)把信息反饋回來(lái)，起到指導(dǎo)施工作業(yè)的作用。

⑤考慮到長(zhǎng)鋼板樁，在鋼板樁在應(yīng)用過(guò)程中傾斜到一側(cè)。因?yàn)閮A斜誤差的累積不容易被糾正，則難以控制鋼板樁壁的平面度。因此，準(zhǔn)備采取屏風(fēng)式打入法進(jìn)行施工。屏風(fēng)法不易產(chǎn)生屈曲扭轉(zhuǎn)，施工高精度且容易閉合。在施工期間，10φ20鋼板樁將被插入到導(dǎo)架內(nèi)，使其呈屏風(fēng)狀，然后再打。如果鋼板樁不能一次進(jìn)入，就必須采用引洞。

⑥鋼板樁施工順序：鋼板樁位置的定位放線→安裝吊機(jī)挖基坑→安裝導(dǎo)梁→施打鋼板樁，如無(wú)法打入需進(jìn)行長(zhǎng)螺旋引孔施打→拆除導(dǎo)梁→設(shè)置圍檁，安裝預(yù)應(yīng)力錨索→開挖至基底→人工清底→排水溝及集水井施工→管廊主體施工→拔除鋼板樁。

3.2.4 鋼筋混凝土排樁支護(hù)技術(shù)

管廊單側(cè)受構(gòu)筑物影響且無(wú)法使用鋼板樁加預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)時(shí)，采用鋼筋混凝土排樁支護(hù)。根據(jù)巖土工程勘察報(bào)告，采用旋挖鉆進(jìn)行混凝土樁施工，該法適用于地下水位以上的一般性黏性黏土、砂以及人工填土地基土質(zhì)支護(hù)。使工程質(zhì)量和進(jìn)度得到充分的保證。采用鉆孔灌注樁作為排樁支護(hù)，排樁排列是一條直線，以便開挖后坑壁整齊。樁的施工應(yīng)間隔兩根，按樁號(hào)的次序先是 1、4、7、10 號(hào)，然后再 2、5、8、11號(hào)。

3.3 超深基坑監(jiān)測(cè)

整個(gè)基坑監(jiān)測(cè)過(guò)程大致為分為5項(xiàng)。土體監(jiān)測(cè)內(nèi)容；監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)；監(jiān)測(cè)方法；監(jiān)測(cè)頻率和報(bào)警值界定。

坡頂水平和垂直位移監(jiān)測(cè)是土體監(jiān)測(cè)內(nèi)容的一部分。監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)基準(zhǔn)點(diǎn)為設(shè)計(jì)院提供的三維坐標(biāo)控制點(diǎn)，經(jīng)導(dǎo)線復(fù)測(cè)，控制點(diǎn)滿足基坑監(jiān)測(cè)要求，可以用于基坑監(jiān)測(cè)。使用50cm長(zhǎng)的A8鋼筋埋入地下作為觀測(cè)點(diǎn)，橫向距開挖線2m、縱向每隔20設(shè)置一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，基坑兩側(cè)對(duì)稱布置；觀察方法為水平位移采用坐標(biāo)法，使用全站儀進(jìn)行；垂直位移采用高程法，使用水準(zhǔn)儀進(jìn)行；監(jiān)測(cè)頻率為水平位移和垂直位移同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，開挖過(guò)程中每天2次，開挖結(jié)束后三日內(nèi)每天2次，三日后至七日內(nèi)每天1次，無(wú)明顯位移時(shí)，可適當(dāng)延長(zhǎng)觀測(cè)周期，每5～10天一次。報(bào)警值界定為基坑監(jiān)測(cè)報(bào)警值以累計(jì)變化量和變化速率并結(jié)合沉降裂縫觀測(cè)進(jìn)行控制，水平垂直位移值設(shè)為25mm和連續(xù)3日大于2mm/d，水平垂直沉降裂縫寬度大于10mm時(shí)應(yīng)立即報(bào)警。

圖6 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

4 地下綜合管廊深基坑施工控制

4.1 施工前控制

項(xiàng)目啟動(dòng)前，必須制定詳細(xì)的施工方案，并詳細(xì)了解當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)情況。科學(xué)、合理、可行的施工方案是施工前控制非常重要的手段。

4.2 施工中控制

首先設(shè)置排水溝再進(jìn)行土方開挖，施工降水階段，還必須考慮附近地面的沉降可能性，對(duì)建筑物和地下管道進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，防止事故的發(fā)生。其次是分層開挖必須嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)措施，科學(xué)合理的結(jié)合實(shí)際情況展開。第三是深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的控制系統(tǒng)，必須防止邊坡不穩(wěn)定可能造成的安全隱患，施工過(guò)程必須禁止大型重型車輛在基坑邊行走，及時(shí)清理周圍的其他負(fù)載，防止引起坍塌。

4.3 檢查與驗(yàn)收

在施工過(guò)程中，必須注意質(zhì)量，每道工序都要嚴(yán)格檢查，及時(shí)消除周圍危險(xiǎn)，杜絕盲目施工。嚴(yán)格按照深基坑施工規(guī)范和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)組織工程驗(yàn)收。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，城市綜合廊道的建設(shè)可以提高市政設(shè)施的整體水平，保證地下空間資源的充分利用，帶來(lái)許多社會(huì)效益。而城市綜合管廊超深基坑開挖支護(hù)技術(shù)也是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，希望通過(guò)對(duì)本項(xiàng)目超深基坑開挖支護(hù)技術(shù)的探討能夠給同類項(xiàng)目帶來(lái)借鑒。