城市下穿隧道基坑支護設計分析

劉麗媚

（中恩工程技術有限公司，廣東 廣州 510000）

隨著城市化進程的推進，城市地面交通變得日益擁擠，道路交叉口可通過設置下穿隧道實現主交通流的快速通行。下穿隧道具有不破壞道路兩側景觀、噪聲污染較小等優點，近幾年得到了迅速的推廣[1]。但城市用地普遍緊張，城市發展中地鐵、電力、雨水、污水、綜合管廊等多項基礎設施均需利用現有道路走廊[2]。基坑支護型式確定需充分考慮這些制約因素，選擇既安全可靠又對環境友好的基坑支護方式。

1 工程概況

云溪路下穿高唐路隧道基坑工程項目位于廣州市天河區，該隧道基坑起點為K4+244，終點為K4+620，全長348m，基坑寬度為30.6～31.9m，基坑最大開挖深度為9.32m（泵房處為12.4m）。隧道起點至K4+300范圍有華觀路綜合管廊在基坑下部穿過，豎向距離最小為5.7m；K4+510～K4+530范圍有高唐大道綜合管廊從基坑正下方穿過，與基坑走向垂直，最小豎向間距為1.6m；K0+580處有地鐵21號線下穿，豎向間距大于20m。

2 基坑難點分析

該基坑周邊環境復雜，有兩條綜合管廊及一條地鐵下穿，需逐一分析其影響并確定最終方案。隧道起點至K4+300范圍基坑深度為1.75～5.2m，經計算擬采用9m拉森Ⅳ鋼板樁+一道鋼支撐進行支護，在本項目基坑施工前華觀路綜合管廊會已施工完成，鋼板樁施作后樁底距管廊外頂凈高為0.92m，不會造成華觀路綜合管廊的破壞。K0+580處有地鐵21號線下穿范圍基坑深度為2.98～3.7m，經計算擬采用9m拉森Ⅳ鋼板樁+一道鋼支撐進行支護，在本項目基坑施工前該段地鐵已施工完成，鋼板樁施作后樁底距地鐵凈高約為12m，不會對21號地鐵造成影響。K4+510～K4+530范圍基坑深度為6.13～7.04m，該段基坑深度較深，基坑施工時高唐路綜合管廊已施工完畢，為避免造成已施工完成管廊的破壞，需重點考慮此段基坑的支護方案。

3 工程地質

3.1 地層巖性

根據勘察資料，場地內埋藏地層主要有人工填土層（Q4ml）、沖洪積層（Q4al+pl）、殘積層（Qel）及下伏燕山期（γy）花崗巖等四大類，主要土層為1-1素填土1-2填筑土、2-1淤泥質土、2-2粉質黏土、2-3粗砂、2-4粉質黏土、3-1砂質黏性土、3-2砂質黏性土、4-1全風化花崗巖、4-2強風化花崗巖。各地層參數如表1所示。

表1 土層物理力學性質表

3.2 水文地質

勘察資料顯示擬建場地地表水欠發育，地下水類型主要有第四系孔隙潛水，第四系孔隙水主要賦存于粗砂2-3層。

4 基坑支護方案的確定

結合周邊環境條件，該場地的水文地質情況及基坑深度的不同，分別采用懸臂拉森Ⅳ鋼板樁、拉森鋼板樁+鋼支撐、灌注樁樁+混凝土內撐+雙排單軸攪拌樁止水帷幕。K4+510～K4+530范圍基坑支護需與高唐路綜合管廊基坑聯合考慮，該段綜合管廊采用頂管方式下穿云溪路，緊鄰基坑南側設工作井，距基坑北側約17m設工作井，該段止水帷幕借用兩側工作井止水帷幕，但兩側需與本隧道基坑的止水帷幕連接搭接。經與管廊設計單位協商，本項目基坑該段南側借用管廊工作井支護樁為Φ1.2m@1.5m，北側為保護綜合管廊采用雙排樁+擋土板方式支護，支護樁采用全長護筒，采用Φ1.5m灌注樁，前后排樁排距為4.5m，樁間距按避開管廊結構布置，最大間距為6.5m。北側雙排樁縱斷面如圖1所示。

5 基坑支護計算模型選擇及計算參數

本文重點研究K4+510～K4+530范圍基坑的模型計算，確定一側排樁一側雙排樁的方案是否可行，并對比不同軟件計算結果。擬采用理正深基坑7.0PB3版及MIDAS GTS NX V270版分別進行剖面計算。各土層均采用修正摩爾-庫倫本構關系，支護結構參數及本構關系如表2所示。

圖1 K4+510～K4+530范圍北側雙排樁縱斷面圖（單位：cm）

表2 支護結構參數表

6 基坑計算結果分析

6.1 采用理正深基坑軟件

采用理正深基坑軟件計算斷面4-1北側雙排樁，支護樁最大位移為26.93mm，地表最大沉降為15mm，滿足規范要求，同時計算的支護的抗傾覆最小安全系數2.133，整體穩定最小安全系數4.382以及抗隆起最小安全系數4.451均滿足規范的限值，土反力滿足要求。因此，可判斷采用雙排樁加大樁間距的這種支護方式是可靠的。采用理正深基坑軟件計算斷面4-1南側單排樁，支護樁最大位移為7.71mm，地表最大沉降為12mm，滿足規范要求，同時計算的支護的抗傾覆最小安全系數1.238，整體穩定最小安全系數1.646以及抗隆起最小安全系數2.661均滿足規范的限值，土反力滿足要求。由此可判斷南側采用這種支護方式是可靠的。

6.2 采用MIDAS GTS NX V270

由于理正軟件的剖面計算并不能將4-1剖面南北側的不同支護型式進行聯動計算，因此采用有限元軟件MIDAS GTS-NX V270進行剖面建模并進行復核計算。采用MIDAS GTS NX V270建立有限元基坑模型，基坑水平、豎向位移云圖如圖2、圖3所示。由圖2、圖3可知，坑底的隆起約為11mm，小于基坑監測規范中對于一級基坑的控制值，地面最大沉降約為21.8mm，滿足規范要求，相比于理正計算結果略大。北側雙排樁前排樁最大彎矩為754kN·m，樁身最大位移為4.17mm，后排樁最大彎矩約為570kN·m，樁身最大位移為3.17mm。南側排樁最大彎矩約為423kN·m，樁身最大位移為4.44mm。北側雙排樁彎矩值遠小于理正軟件的計算值，南側單排樁彎矩值也比理正軟件的計算值小，但幅度小于北側。

圖2 基坑水平位移云圖

圖3 基坑豎向位移云圖

7 結論

（1）在城市下穿隧道基坑中由于綜合管廊限制無法實施排樁支護的情況下采用雙排樁加大樁間距的方案避開管廊結構是切實可行的，但需結合地層情況綜合計算后采用。（2）通過對理正深基坑及MIDAS GTS NX兩種軟件的建模及計算分析比較，有限元分析計算的彎矩值及位移值都偏小，不建議直接用于指導設計方案，建議先采用理正數值計算后采用有限元軟件進行復核驗算。（3）有限元軟件建模靈活，對于分析基坑對周圍環境及建構筑的影響具有良好的適用性，能對各種支護構件進行聯動計算。（4）文章只針對云溪路基坑避讓綜合管廊采用的雙排樁支護的型式進行探討，對于城市隧道基坑與管線沖突時支護型式的選擇還需深入探索。