明挖隧道深基坑支護施工及其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析

劉燦陽

（合誠工程咨詢集團股份有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

隨著廈門城市建成區(qū)的擴大和成熟，重建現(xiàn)有的道路面臨越來越多的難題，向地下要空間，成為一條清晰的思路，隨著廈門地鐵1、2線投入運營及第二西通道全線貫通，對疏導(dǎo)廈門島內(nèi)外交通起到了重要的作用。明挖隧道施工已經(jīng)成為城市道路一個較為普遍的設(shè)計理念，而深基坑支護穩(wěn)定性直接影響了密集的建筑物及基坑本身的安全。

1 城市明挖隧道基坑圍護施工難點分析

結(jié)合廈門市蘆澳路（馬青路-翁角路）公路工程的施工條件及其施工開展情況，對其施工中存在的突出難點總結(jié)如下。1）明洞基坑西側(cè)為蘆坑社居民居住區(qū)，距基坑?xùn)|側(cè)14 m為鐘溫10號高壓電塔基坑，北側(cè)為既有馬青路高架橋，高架橋墩距基坑邊最近距離約23 m，周邊有燃氣管線、給水管道、各類光纜等。2）該基坑最深有24 m，場地內(nèi)地下水主要為潛水，大氣降水補給，雨季水量較大，旱季水量較小，結(jié)合地質(zhì)情況，地下水位較高。土質(zhì)為回填垃圾土，第四系殘積砂質(zhì)黏性土層。

2 城市明挖隧道基坑支護質(zhì)量控制要點

由于福建省廈門臨海地區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)條件增加了深基坑支護工程的難度。該項目其含沙量較大，透水性較強，遇水存在軟化的現(xiàn)象[1]，支護方式不當(dāng)就很容易造成基坑的塌方，為了提高支護強度，該項目采用圍護樁+高壓旋噴樁施工組合模式，提高了圍護強度，并用旋噴樁咬合，形成止水帷幕，對基坑穩(wěn)定及止水發(fā)揮較大的效果?；觾?nèi)采用一道砼支撐+鋼支撐支護（鋼支撐5 m深一道，水平3 m一道），基坑內(nèi)外采用井點降水。

2.1 圍護樁+高壓旋噴樁質(zhì)量控

在進行上述公路工程的明挖隧道深基坑支護施工中，對圍護樁+高壓旋噴樁施工的質(zhì)量控制，應(yīng)從以下3點入手。1）為了提高與圍護樁之間的咬合性，高壓旋噴樁樁位必須嚴格控制。2）漿液水灰比、漿液比重、每米樁體摻入水泥重量等參數(shù)均以現(xiàn)場試樁情況為準。運灰小車及攪拌桶都做了明顯的標記，以確保漿液配比的正確性?；覞{攪拌應(yīng)該均勻，并進行過濾。在噴漿過程中漿液應(yīng)該連續(xù)攪動，防止水泥沉淀。3）嚴格控制噴漿提升速度，噴漿過程應(yīng)連續(xù)均勻，如果噴漿過程中出壓力驟然上升或下降，大量冒漿、串漿等異常情況時[2]，應(yīng)該及時提鉆出地表排除故障后，復(fù)噴接樁時應(yīng)加深0.4 m重復(fù)噴射接樁，防止出現(xiàn)斷樁。4）由于地下孔隙等原因造成返漿不正常，漏漿時，應(yīng)該停止提升，用水泥漿灌注，直至返漿正常后才能提升。5）引孔鉆孔施工時應(yīng)該及時調(diào)整樁機水平，防止因機械振動或地面濕陷造成鉆孔垂直度偏差過大。為了保證順利安放注漿管，引孔直徑采用Φ150 mm成孔，巖芯管長不小于2.0 m。穿過砂層時，采用濃泥漿護壁成孔，必要時可以下套管護壁，以防垮孔。

2.2 砼支撐+鋼支撐施工

根據(jù)上述工程基坑開挖的支護施工設(shè)計方案，其中，橫向開挖分為2～4層開挖，每次土方開挖深度控制在2 m，并在開挖后8 h內(nèi)完成樁間網(wǎng)噴支護施工，待開挖至支撐下方0.5 m時，及時架設(shè)鋼支撐；基坑縱向共分為5段11斷面。

首先，在樁間網(wǎng)噴支護施工中，其具體工藝流程為土方開挖（2.0 m以內(nèi)）→人工清坡（含土方清理、樁體的清理）→掛鋼筋網(wǎng)→噴射混凝土→砂漿抹面→土方開挖。以上工序循環(huán)進行直至基坑底部。其中，在對噴射混凝土配合比設(shè)計中，應(yīng)該通過室內(nèi)試驗和現(xiàn)場試驗進行合理選定，并確保其符合施工圖紙要求。鋼筋網(wǎng)片掛設(shè)施工采用Φ6@200×200mm鋼筋網(wǎng)片，并確保其焊接牢靠；樁間設(shè)置L=2m 豎向間距1m的Φ20 mm鋼筋土釘，并設(shè)置Φ14 mm拉筋與土釘焊接固定網(wǎng)片，豎向間距1.5 m，完成后噴射8 cm厚C20早強噴射混凝土。噴射混凝土的強度為C20，混凝土拌制采用強制式攪拌機，攪拌時間不得少于1 min，宜隨拌隨用；對不摻速凝劑的干混合料存放時間不超過2 h，而摻有速凝劑時的存放時間不超過20 min?；炷羾娚淝皩娚涿孢M行檢查，清除開挖面浮渣和堆積物；噴射作業(yè)應(yīng)分段、分片，由下而上按照分層噴射方式進行；對終凝1 h后再噴射的作業(yè)情況，應(yīng)該先用風(fēng)、水清洗噴層表面；噴射混凝土的回彈率邊墻不應(yīng)該超過15%；混凝土噴射施工中，噴頭宜與受噴面垂直，其間距以0.8 m～1.0 m為宜，噴頭應(yīng)該連續(xù)、緩慢地進行橫向環(huán)型移動，噴層厚度應(yīng)均勻；混凝土噴射后的表面應(yīng)濕潤光澤，無干斑、滑移及流淌現(xiàn)象；噴射混凝土終凝2 h后，進行噴水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不得少于14 d。

其次，在鋼支撐施工中，根據(jù)開挖施工段的劃分進行相應(yīng)的鋼支撐安裝施工，一般在開挖至每道鋼支撐下0.5 m處安裝鋼支撐。在鋼支撐施工中，支撐施加的是否及時、牢固，直接影響了基坑的安全，在施加設(shè)計應(yīng)力后根據(jù)對支撐梁的監(jiān)控，如與設(shè)計存在偏差時，及時聯(lián)系設(shè)計單位，對支撐應(yīng)力值進行調(diào)整。圖1為鋼支撐安裝施工的工藝流程示意圖。

在鋼支撐定位確認過程中，應(yīng)該在基坑開挖至鋼支撐下0.5 m處進行測量放線，測量放線的高差應(yīng)不得大于3 cm。鋼支撐制作是采用Φ609 mm鋼管（t=16 mm）加工而成，并分活動端、固定端和中間節(jié)，全部采用法蘭連接；為了保證支撐的精度、質(zhì)量，所有支撐都在工廠加工制作，現(xiàn)場安裝、調(diào)整。鋼圍檁采用雙拼I63a工字鋼焊接而成，鋼圍檁靠樁側(cè)采用700mm（高）×200mm（寬）×20mm（厚）鋼綴板，并與L=34cm植入樁身內(nèi)的6C28鋼筋進行牢固焊接，靠基坑內(nèi)側(cè)設(shè)置480mm（高）×150mm（寬）×16mm（厚）鋼頂綴板；鋼圍檁隨支撐架設(shè)順序逐段吊裝，人工配合吊車或挖機將鋼圍檁安放于鋼支架上；鋼圍檁應(yīng)縱向連續(xù)，連續(xù)長度不小于30 m，鋼圍檁在拐角位置應(yīng)該保證等強連接，其現(xiàn)場拼裝點位置應(yīng)該設(shè)置在支撐點附近，不超過圍檁凈跨度的1/3；對鋼圍檁分段預(yù)制長度不應(yīng)小于支撐間距的2倍。鋼圍檁安裝完成后，檢查鋼支架是否因撞擊而松動，并用鋼楔塊將支架與鋼圍檁間隙焊實，如鋼圍檁與圍護樁間有空隙，中間采用強度C30的混凝土填嵌。鋼連系梁采用32c槽鋼焊接而成，鋼系梁施工前應(yīng)該對其標高進行測量放樣；架設(shè)時對32c槽鋼之間可采用840mm（長）×280mm（寬）×10mm（厚）間距800 mm鋼板進行加強。鋼支撐安裝包括直撐安裝和斜撐安裝2個部分，在直撐安裝前，根據(jù)現(xiàn)場的實際架設(shè)長度，將標準管節(jié)先在地面進行預(yù)拼接，并檢查支撐的平整度，其兩端中心連線的偏差度控制在20 mm以內(nèi)，并采取整體一次性吊裝到位；斜撐安裝受斜撐與鋼圍檁呈斜交關(guān)系，可能使鋼圍檁存在后移，可以按設(shè)計角度，在斜撐對應(yīng)處的鋼圍檁上設(shè)置三角形抗剪蹬，確保鋼管支撐與受力面成垂直關(guān)系，然后進行支撐安裝作業(yè)。支撐臨時固定后，立即開始按設(shè)計要求進行施加預(yù)壓軸力；在施壓時，將2臺100 t液壓千斤頂?shù)醴湃牖罱j(luò)頭頂壓位置，2臺液壓千斤頂安放位置必須對稱平行。砼支撐與鋼支撐安裝施工后，應(yīng)該對其支撐應(yīng)力進行監(jiān)測，以確保其在基坑穩(wěn)定支撐中發(fā)揮作用。

圖1鋼支撐安裝施工的工藝流程示意圖

2.3 降水措施

針對上述明挖隧道工程的深基坑支護施工情況，在進行基坑降水處理過程中，主要從地下水防治與排水處理、水土保持3個方面，做好其深基坑支護施工中的降水處理工作。1）在進行深基坑支護施工中的地下水處治時，根據(jù)鉆孔監(jiān)測的地下水位結(jié)果，在進行基坑開挖施工后，由于部分路段的地下水位會出現(xiàn)高于設(shè)計路面標高的情況，并且雨季施工中的地下水位升高變化會更加明顯，對基坑開挖以及深基坑支護施工均產(chǎn)生了一定的不利影響。針對這一情況，再結(jié)合基坑開挖施工區(qū)域的填土層厚度以及其滲透性變化，為了避免地下水位超出設(shè)計路面標高以及雨季地下水位增高等情況的不利影響，同時避免對基坑開挖施工區(qū)域周圍埋藏管線的破壞影響，除了在上述施工中進行基坑開挖施工前采用攪拌樁止水帷幕技術(shù)和濕噴混凝土方法進行地下水及其水位升高影響的防治處理外，還需要采取有效的措施，降低地下水位，以減少其對明挖隧道基坑穩(wěn)定性的不利影響。在上述工程中，針對地下水水位及其基坑穩(wěn)定性的影響，采取的降低地下水水位措施主要為集水井[3]，即在基坑開挖施工區(qū)域進行集水井設(shè)置，以對周圍的地下水形成匯集，使其流向集水井，并使用水泵向外抽出，避免其對基坑穩(wěn)定性產(chǎn)生危害。2）上述基坑開挖與支護施工中，采取的是排水措施，根據(jù)具體施工的內(nèi)容和情況不同，主要包含地面排水與開挖施工過程中的排水處理、基坑底部排水等不同排水方式。其中，地面排水是通過在基坑的頂面距離開挖的邊線大約50 cm的位置處，沿著基坑的兩側(cè)進行臨時排水溝挖設(shè)，然后通過和明挖隧道工程的場外排水系統(tǒng)相互連接，從而促進基坑開挖區(qū)域的頂面排水順利實現(xiàn)，避免對基坑開挖以及基坑的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。地面排水方式在上述工程施工中，不僅能夠通過地面的排水溝對基坑頂部的地面水起到相應(yīng)的截流作用，以避免地面水進入開挖基坑內(nèi)部或者是對基坑邊坡形成沖刷，從而保證基坑開挖施工及其穩(wěn)定性。其次，明挖隧道開挖施工中的排水處理是在隧道開挖施工中，由于其土層中包括的地表滲水與地下水均會隨著基坑的開挖滲漏出來，尤其是在雨天進行基坑開挖時，可能會產(chǎn)生更多的積水，從而對施工開展造成不利的影響，需要及時地將積水排出，對其施工開展進行保障。針對這一情況，進行明挖隧道的基坑開挖施工中就可以通過在地勢較低區(qū)域臨時設(shè)置集水坑，匯聚積水，然后使用水泵將其抽出地面，通過排水溝排出。此外，針對明挖隧道工程的基坑底部進行排水處理，是根據(jù)基坑開挖的深度較大，導(dǎo)致地下水外滲，從而出現(xiàn)基坑內(nèi)積水的情況。因此，需要在基坑開挖至設(shè)計標高時，通過在基坑底部的合適位置設(shè)置排水溝，并沿排水溝將積水引向集水井，從而排出基坑底部的積水。3）明挖隧道的開挖與基坑支護施工中，采用的是水土保持措施，是針對基坑開挖施工對周圍自然環(huán)境產(chǎn)生的影響，為了避免基坑開挖后的水土流失或者是環(huán)境污染等問題發(fā)生，需要對開挖基槽進行驗收后，對基坑底部范圍以內(nèi)的場地進行硬化處理，避免出現(xiàn)雨水沖刷等引起的基坑邊坡失穩(wěn)等問題，對基坑開挖及其支護施工效果進行保障。

3 城市明挖隧道監(jiān)控量測要點

在明挖隧道深基坑支護施工中，由于深基坑施工所涉及的內(nèi)容與環(huán)節(jié)眾多，一般包括土方開挖以及圍護、擋土和防水等多項施工內(nèi)容，其中任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會對深基坑工程的整體施工質(zhì)量產(chǎn)生影響，嚴重時甚至?xí)l(fā)生相應(yīng)的安全事故。此外，基坑結(jié)構(gòu)的變形以及沉降、移位等變化，都會對支護結(jié)構(gòu)的安全性造成影響，進而影響明挖隧道工程的施工質(zhì)量和效果。因此，在明挖隧道施工中，對其各項施工監(jiān)控量測的內(nèi)容和要點進行準確把握，也十分關(guān)鍵。一般情況下，對明挖隧道深基坑支護施工的監(jiān)控量測，主要包括對深基坑支護結(jié)構(gòu)及其裂縫、基坑底部隆起、支護體系的位移、鄰近建筑與道路的沉降或傾斜變化等進行監(jiān)測和控制，需要施工單位根據(jù)施工監(jiān)控量測方案，進行監(jiān)測點合理布設(shè)后，按照相應(yīng)的監(jiān)測頻率對其進行相應(yīng)的監(jiān)控和量測分析，從而避免上述各種變化對深基坑支護施工及其質(zhì)量效果的不利影響。此外，在明挖隧道深基坑支護施工中，其施工監(jiān)控量測的內(nèi)容還包括對施工現(xiàn)場的地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及周圍環(huán)境、地下管線等數(shù)據(jù)資料的監(jiān)測和分析，從而通過獲取全面、真實的監(jiān)測數(shù)據(jù)，對其動態(tài)發(fā)展與變化進行預(yù)測，為明挖隧道的開挖以及深基坑支護施工提供可靠的依據(jù)和支持。表1為上述明挖隧道施工中的監(jiān)控量測主要項目內(nèi)容。

為了避免明挖隧道深基坑支護施工中各種監(jiān)測與控制工作開展不足引起的質(zhì)量和安全問題，就需要施工單位嚴格按照施工開展的有關(guān)規(guī)定與依據(jù)，結(jié)合深基坑工程施工組織設(shè)計方案的要求和技術(shù)標準執(zhí)行，并注意對深基坑工程的各項施工進行全面控制，從而確保其施工質(zhì)量，提高安全性，避免出現(xiàn)深基坑工程支護施工的各種問題。例如，進行深基坑開挖施工中，應(yīng)該避免對工程樁以及支護結(jié)構(gòu)、原始土層等結(jié)構(gòu)體形成碰撞和影響，一旦出現(xiàn)異常問題，應(yīng)立即停下，對其原因進行分析并有效解決和處理后，再進行施工開展，從而保證明挖隧道深基坑支護施工的安全和質(zhì)量；另一方面，進行深基坑工程的土方開挖施工前，還應(yīng)該對其施工地區(qū)的建構(gòu)物以及地下管線分布等情況進行了解，制定合理的施工開展方案，避免對施工地區(qū)的建構(gòu)物及地下管線分布產(chǎn)生影響。

4 結(jié)語

總之，對明挖隧道深基坑支護施工及其穩(wěn)定性控制等有關(guān)問題進行研究，有利于提高明外隧道深基坑支護工程的施工技術(shù)和質(zhì)量水平，從而確保明挖隧道的開挖施工順利開展，同時保證其隧道工程的整體結(jié)構(gòu)安全，在推動我國有關(guān)工程建設(shè)及其行業(yè)發(fā)展等方面，均具有十分積極的作用，值得進行研究和關(guān)注。

表1明挖隧道施工的監(jiān)控量測項目