城市地下綜合管廊工程勘察技術與支護設計方法

于宏波，孫亮亮，張苗苗

（赤峰昊林工程勘察設計有限公司，內蒙古 赤峰）

1 工程概況

某城市的地下綜合管廊工程，旨在集中管理城市的電力、通信、水、熱力、燃氣等多種公共設施，以優化城市運行，提高資源利用效率。規劃建設的綜合管廊，總長度約為9.4 km，形成兩縱兩橫的網格結構。管廊寬度為14.5 m，高度為3.8 m，內部凈高為3.0 m，其斷面示意如圖1 所示，設在道路綠化帶下方。

圖1 綜合管廊斷面

按照規劃，地下綜合管廊的管線種類包括電力線纜、通訊線纜、給排水管線、熱力管線和天然氣管線[1]。地下綜合管廊為矩形四艙結構，管廊上邊界至綠化帶表面層的土層厚度為3 m，綜合管廊為整體閉合式框架結構。

2 城市地下綜合管廊工程勘察

綜合管廊工程的勘察采用鉆探方法，用鉆機向地下鉆孔，提取土樣和巖芯樣本，進而獲得地質數據，進一步分析巖土類型及分布。

2.1 地質勘察參數

地下綜合管廊工程勘察的主要參數包括鉆探深度和鉆孔間距。鉆探深度主要取決于管廊設計的深度和地質條件的復雜性。間距應根據地質條件的變化性決定，地質條件復雜或變化較大的地方，應適當縮小鉆探間距[2]。

綜合管廊自身高度為3.8 m，考慮到該管廊上邊界到綠化帶表層的土層深度為3 m，管廊基礎距離土壤表層的深度約為7 m，基坑開挖深度約為10 m。工程勘察的鉆孔深度應至少20 m，對于軟弱地層，鉆孔深度可取為25 m，為基坑設計和施工提供詳盡的地質資料。

依據《巖土工程勘察規范》，綜合管廊工程的重要性等級為一級，建筑抗震設防類別為乙類，鉆孔間距范圍為15～25 m，根據項目經驗，此次鉆孔間距定為20 m。

2.2 地質勘察實施

勘察過程中使用DPP200-5F1 型鉆機，鉆進工藝為泥漿護壁回轉，鉆孔結束后提取土樣，觀測地下水位，然后進行回填夯實。勘察過程中，共鉆孔627 個，鉆探總進尺長度為9 758 m，共進行貫入試驗1 347次，提取了668 件土樣，其中包含擾動砂土樣41 件。通過GPS 測量了627 個孔位的孔口高程和地下水位高度，為基坑施工提供詳細的技術資料。勘察中獲取的原狀土樣，將進行物性試驗、固結試驗和剪切試驗，進一步分析地質數據。

2.3 勘察結果分析

鉆探和取樣結果顯示，地質結構主要由黏土、砂土和花崗巖層組成，土層中混有礫石，地下水穩定水位埋深為3.0～5.8 m，地下水位高程約為10～11.5 m。地下沒有大的巖石裂隙和孔洞，地質災害的風險較小。在鉆探深度范圍內，根據勘察數據，地層從上往下的結構如表1 所示。

表1 地層結構

素填土較為松散，不宜作為基礎持力層，粉質黏土、細砂工程性質一般。中粗砂、砂質黏性土、全風化混合花崗巖為中密和硬塑性，屬于中低壓縮性土層，工程性質較好。強風化混合花崗巖和中風化混合花崗巖為較硬巖層，巖體基本質量等級為Ⅳ級。工程性質較好，可直接作為持力層。各地質土層的承載力特征如表2 所示。

表2 地層承載力特征及巖土參數

由勘察數據可知，地下管廊場地較穩定，花崗巖層以上為富水地層，在基坑設計和施工時應著重防護變形。全風化和強風化混合花崗巖層的地質特性良好，可承載工程自身結構及上層負重的壓力，可作為基礎持力層。

3 地下綜合管廊基坑工程

3.1 地下管廊基坑支護

地下管廊基坑支護體系采用SMW 工法樁，樁的深度為18 m，采用的H 型鋼截面高度為700 mm,寬度為300 mm, 翼板厚度為24 mm, 腹板厚度為13 mm。基坑深度為10.0 m，基坑寬度為17 m，設置兩道內支撐，內支撐橫向間距為5 m，冠梁為C30 混凝土，截面為800 mm×400 mm，如圖2 所示。

圖2 基坑支護方案

對于兩側有建筑或者軟弱地質結構區段，需要采用錨固支護體系進行加強，布置兩道錨索，錨孔的直徑為80 mm，錨間距為1.2 m，錨桿傾角為15°，錨固體采用PO42.5 水泥砂漿，第一道設置在冠梁處，冠梁截面為800 mm×400 mm，第二道設置在基坑深度為5 m 處。

3.2 地下管廊基坑監測

地下管廊工程的施工場地為富水地層，基坑施工應著重注意基坑變形，確保施工安全。為此，必須對基坑進行監測[3]，監測內容如表3 所示。

表3 基坑監測內容

基坑監測點布置如圖3 所示，基坑頂部水平位移每組布置間距為40 m；支撐軸力監測點每組間距為40 m，地表沉降監測點距離基坑分別為2 m、5 m、10 m、15 m，每組監測點間距為40 m。

圖3 監測點布置

3.2.1 位移分析

某樁段中點附近的監測點處的基坑頂部水平位移的部分監測數據如表4 所示。

由表4 中數據可知，隨著施工推進，基坑挖掘的深度增加，基坑頂部水平位移呈現逐漸增大的趨勢，挖掘至基坑底部時，水平位移最大，最大水平位移為8.47 mm，且小于預警值30 mm。出現在深度為10 m的位置。除了挖掘深度為2 m 的最大位移出現在5 m深度之處外，其他各個工況的位移均出現在深度為10 m 的位置，也即基坑的深度一半的位置。

3.2.2 內支撐軸力分析

地下管廊基坑施工過程中，內支撐承受兩側的土壓力，某監測點的內支撐軸力曲線如圖4 所示。

圖4 內支撐軸力曲線

第一道內支撐的軸力較小，最大值為264.14 kN，在施工第11 天出現該最大值，當天進行了第二道內支撐的搭設，此后內支撐軸力緩慢減小，至施工24 天后，趨于穩定，內支撐軸力在125 kN 左右。隨著基坑開挖深度增加，第二道內支撐的軸力比較大，從搭設完成至施工的22 天內增長較快，然后增長趨勢變緩，最大值為1 042 kN，但處于安全范圍內。

3.2.3 地表沉降

地表沉降D1-1～D1-4 的沉降監測數據，如表5所示。

表5 地表沉降監測數據/mm

由表5 中數據可知，隨著基坑開挖，基坑兩側的地表沉降量不斷增大。開挖初期沉降變化較快，施工后期，沉降變化率逐漸趨緩。距離基坑位置越近，同一時間的地表沉降監測值越大，距離基坑邊緣為2 m 的監測點得到的最大地表沉降量為11.81 mm，整體可控，施工安全。

4 結論

結合某城市地下綜合管廊工程，研究勘察技術和支護方法，得到以下結論：

（1） 采用鉆探方法獲取土樣和巖芯樣本，地下管廊施工場地較穩定，花崗巖層以上為富水地層，應著重防護變形。全風化和強風化混合花崗巖層的地質特性良好，可作為基礎持力層。

（2） 地下管廊基坑支護體系采用SMW 工法樁，部分地段采用錨固支護體系進行加強。

（3） 基坑頂部最大水平位移為8.47 mm，內支撐軸力最大值為1 042 kN，最大地表沉降量為11.81 mm，均低于預警值，項目整體可控，施工安全。