明挖單洞雙向雙車道基坑支護技術

柯 千，柯 凱

（中國葛洲壩集團股份有限公司，湖北 武漢430000）

隨著城市化進程繼續推進，類似城市軌道、地下管廊、地下商場、地下停車場、倉儲室等地下空間廣泛建設[1]。地下空間建設需要根據地形、水文條件進行基坑支護設計，保證穩定性與安全性。基坑支護可以對基坑側壁與周圍環境起到支擋、固定以及保護的作用，常見的支護形式有排樁支護、地下連續墻支護、樁撐支護、水泥擋土墻支護、樁錨支護、簡單水平支撐支護、排樁懸臂支護和混凝土排樁支護等[2]。任意支護組合，即可形成一個牢固的基坑支護形式。單洞雙向雙車道是指通過單洞隧道時具有兩個方向的車輛行駛條件，每個方向具有兩個車道，可以提供較多車輛同時駛入駛出[3]，屬于地下空間建設，同樣需要進行基坑支護設計。傳統單洞雙向雙車道基坑支護的最大承載力較小，很難適應基坑的穩定性要求，影響車輛行駛效果。因此，本文提出明挖單洞雙向雙車道基坑支護技術，旨在為基坑工程的穩定性提供保障。

1 明挖單洞雙向雙車道基坑支護

1.1 地質條件

通過分析基坑周圍環境條件，尋找最佳基坑支護樁施工位置。由于隧道較長，基坑需要與地面相距19.58~21.92 m，相對高差不能超過±2.34 m[4]。基坑區域的表層素填土厚度較小，需要在施工之前清除；黏土廣泛分布在淺部范圍，具有一定的承載力，壓縮性不佳，厚度同樣較小；淤泥質黏土為軟流塑狀，會出現局部缺失的情況，極易壓縮，承載力幾乎為0，淤泥質黏土普遍分為粉土粉砂與層黏土兩種形式，均具有一定的承載力，土質薄厚不均，分布情況不佳，同樣需要進行清除[5]。對于壓縮情況良好的土質可以予以保留，對于壓縮情況不佳的土質需要及時清除，從根源上保證基坑施工的穩定性。

1.2 明挖基坑支護結構

明挖法是將地面進行分層次、分段次開挖的過程，在基坑中進行施工與防水作業，回填地面后，可以保證該區域的穩定性[6]。先將鋼板樁位置固定并放線，在分析基坑周圍環境條件時，找出鋼板樁的合適固定位置后，安裝導梁打入鋼板樁，完成基坑初步支護；將導梁拆除，放置內支撐支護結構，進行土方結構施工，保證基坑內部支撐穩定[7]；基坑回填，將鋼板樁拔出，基坑內環境具有抵抗水側壓力與土側壓力的功能，進而保證基坑的穩定性。

1.3 計算基坑支護最大承載力

為了實現穩定的單洞雙向雙車道基坑支護，在基坑支護結構施工完畢后，通過計算基坑支護的最大承載力，來判定支護的穩定性與施工質量[8]。由于隧道施工區域可能存在水壓力，將水壓力考慮在內下

式中：Fw為水壓力；α為基坑支護的受力系數；Cpressure為基坑支護的實際壓力。

水壓力計算出來之后需要對基坑中的主動土壓力進行計算

式中：Mc為基坑主動土壓力；M0為土質初始重度；Marc為基坑主動側土質高度。

采用相同的方法得出基坑被動土壓力

式中：Mb為基坑被動土壓力；λ與λpcr分別為主動土側壓力系數與被動土側壓力系數；Mpcr為基坑被動土側土質高度。

在地下水滲流的情況下，基坑支護兩側的水壓力會相互抵消，此時支護不會受到水壓力的影響；在地下水正常的情況下，水壓力仍然存在，支護結構會受到水壓力的影響，因此，基坑支護承載力的最大值、最小值分別為

式中：ΔFmax(z)為基坑支護最大承載力；z為支護位移；β為支護位移系數；ΔFmin(z)為基坑支護最小承載力。

2 工程實例

2.1 工程概況

某智能網聯汽車測試場地占地面積約20 km2，主要測試內容包括高速性能、交通場景測試、山路測試等，交通場景測試至關重要，在進場隧道連接城市交通場景測試的區域，通道為單洞雙向車道并在單側設置人行橫道，總長度277.543 m，明挖暗埋段，長度約76 m，其余路段為敞口段。

混凝土閉合箱型結構高約5.7 m，底板寬度約14.45 m。結構的框架頂板厚約1 m，側墻厚約0.9 m。墊層采用C20 的素混凝土，保證施工質量。由于該區域的地質水文條件較復雜，環境條件一般，XK0+060~XK0+090、XK0+110~XK0+176 段通道位于或鄰近賽車道路路基管樁實施區域且大部分地面標高均已場平至19.5 m，故基坑施工前，將場地標高均場平至19.5 m。基坑約2~3.3 m 深，XK0+070~XK0+090 采用通道內支撐支護約12 m，支撐在雙拼HN500 mm×200 mm 型鋼腰梁上。XK0+090~XK0+110 段通道及雨水泵房基坑，深度約3.1~7.6 m，支撐支護樁頂與樁間分別設置一道鋼支撐。

XK0+176~XK0+185.5 段通道基坑，深度1.6~2.2 m，樁頂標高為場平標高19.5 m，鋼板樁間距0.5 m，拉森鋼板樁與通道外壁的距離為0.8 m。XK 0+200~XK0+210 段通道基坑深度1.8~2.1 m，采用懸臂支護，鋼板樁間距0.5 m，XK+210~XK0+227.543 段通道基坑深度0.3~1.9 m，放坡開挖，坡率1∶1.5，坡面采用100 厚C20 噴射混凝土防護面。XK0+000~XK0+040 段通道，現狀或場平后地面標高低于通道底板底標高，不需進行基坑支護。鋼板鋼材屈服強度不低于Q345，壁厚為27.6 mm，橫截面積每片為153 cm2，內支撐采用螺旋焊鋼管。

2.2 應用結果

選取里程號為XK0+100、XK0+105、XK0+110、XK0+115、XK0+120、XK0+125、XK0+130、XK0+135、XK0+140、XK0+145 的明挖段，間距為10 m，每個明挖段的最大承載力不同，可以保證實例分析的有效性。在此基礎上，根據式（4）計算出基坑支護的最大承載力，與傳統基于BIM 的單洞雙向雙車道基坑支護的最大承載力進行對比。見表1。

表1 應用結果 kN/m3

一般情況下，基坑支護的最大承載力需要達到45 kN/m3，才能保證基本施工穩定性，超過55 kN/m3施工穩定性更高。在車道基坑施工過程中，基坑支護的承載力關系到基坑的施工效果，基坑支護的承載力越大，車道基坑施工效果越好。在相同條件下，傳統基于BIM 的單洞雙向雙車道基坑支護的最大承載力偏低，大部分明挖段的最大承載力在45 kN/m3以上，僅有明挖段里程號為XK0+100、XK0+130 的最大承載力低于45 kN/m3，不能保證后續施工穩定性；明挖段里程號為XK0+120、XK0+125、XK0+145 的最大承載力可以超過55 kN/m3，施工穩定性較高。因此，使用傳統基于BIM 的單洞雙向雙車道基坑支護可以滿足基本施工效果，仍存在較多的不確定性因素，容易影響后續施工環境；而本文設計的基于明挖法的單洞雙向雙車道基坑支護的最大承載力相對較高，均超過了55 kN/m3的高質量指標，最大承載力是傳統支護設計的2 倍。大部分的明挖段支護最大承載力可以100 kN/m3以上，施工穩定性更佳。

3 結語

基坑工程具有較高的風險性，需要設計一個與之配套的基坑支護結構，進一步保證基坑工程的質量控制。傳統單洞雙向雙車道基坑支護的最大承載力較低，施工質量與施工安全性很難得到保證。本文以現場勘查基坑周圍環境—設計基坑支護結構—計算支護承載力的流程設計單洞雙向雙車道基坑支護并利用實例分析的方式，得出該基坑支護的承載力更高的結論。

□■