填海區(qū)域復(fù)雜環(huán)境條件下明挖隧道工程施工技術(shù)探討

王濤龍

（中鐵廣州工程局集團(tuán)深圳工程有限公司）

1 工程概述

本工程基坑標(biāo)準(zhǔn)段寬度約14.5m，加寬段約26.6m，基坑開(kāi)挖深度最淺12.4m，最深23.3m，基坑安全等級(jí)為一級(jí)。主體結(jié)構(gòu)有上下疊層雙孔、水平雙孔兩種形式，上下疊層段采用單孔三車道、水平雙孔段采用單孔雙車道框架結(jié)構(gòu)。

本工程場(chǎng)區(qū)原始地貌為濱海相潮間帶灘涂，分布有較厚的淤泥層，后經(jīng)人工填海造陸，回填至現(xiàn)狀標(biāo)高，地面現(xiàn)狀高程為4.68～9.23m，地勢(shì)略有起伏。

根據(jù)地勘報(bào)告，本場(chǎng)區(qū)范圍內(nèi)分布的地層自上至下有：①1層素填土、①2層填石、③2層淤泥、⑤1層粘土、⑤2層中粗砂、⑥1層含有機(jī)質(zhì)粉質(zhì)粘土、⑥2層淤泥質(zhì)粉細(xì)砂、⑥3層含黏性土粗砂、⑧1層砂質(zhì)粘性土、全風(fēng)化混合花崗巖層、土狀強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖層、中風(fēng)化混合花崗巖層。

結(jié)合地勘報(bào)告，本工程支護(hù)結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)方案主要是鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐形式，局部采用地下連續(xù)墻。支護(hù)樁凈距0.3m，樁間采用雙重管高壓旋噴樁止水帷幕。由于本工程里程長(zhǎng)、沿線施工條件不同、開(kāi)挖深度差異大且周邊施工條件不斷變化，屬于邊設(shè)計(jì)邊施工狀態(tài)。通過(guò)和設(shè)計(jì)單位及周邊地塊單位不斷協(xié)調(diào)溝通，進(jìn)場(chǎng)后根據(jù)施工條件調(diào)整優(yōu)化了初步設(shè)計(jì)支護(hù)方案，采用的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系主要有以下幾類：

⑴標(biāo)準(zhǔn)段基坑，兩側(cè)新建支護(hù)樁，由于每段建設(shè)時(shí)序不同，基坑兩端采用封堵樁臨時(shí)隔斷。

⑵單側(cè)新建支護(hù)樁，另一側(cè)利用地塊既有支護(hù)樁，形成支撐系統(tǒng)。

⑶采用兩級(jí)放坡+單側(cè)雙排樁支護(hù)，不設(shè)置內(nèi)支撐支護(hù)體系。

2 周邊地塊尚未開(kāi)發(fā)的基坑支護(hù)、開(kāi)挖及回筑技術(shù)

2.1 支護(hù)結(jié)構(gòu)施工

本工程支護(hù)樁采用鉆孔灌注樁，主要施工設(shè)備為旋挖鉆機(jī)，采用泥漿護(hù)壁工藝。由于本工程位于填海區(qū)域，地質(zhì)條件較復(fù)雜，特殊地層如下所述：地面以下約6～10m 左右存在雜填土、填石層?；靥顚酉麓嬖诩s3～5m厚淤泥層、淤泥層下是原始灘涂（以中粗砂為主）、部分樁基需進(jìn)入中風(fēng)化巖。因此，樁基施工需克服的風(fēng)險(xiǎn)和困難較多。

雜填土層主要存在的風(fēng)險(xiǎn)是塌孔，本工程主要采用長(zhǎng)6～10m 的鋼護(hù)筒；其次調(diào)整泥漿性能，鉆進(jìn)階段控制泥漿比重在1.25～1.3 左右，如低于1.25 極易塌孔。埋設(shè)鋼護(hù)筒前由項(xiàng)目部測(cè)量組進(jìn)行放樣，并在樁孔四周埋設(shè)護(hù)樁。護(hù)樁采用十字交叉并互相垂直設(shè)置，便于護(hù)筒埋設(shè)完成后復(fù)核樁位。為避免樁基垂直度偏差造成結(jié)構(gòu)侵限，保證主體結(jié)構(gòu)尺寸，支護(hù)樁放樣時(shí)向基坑外側(cè)偏移100mm 控制[1]。

填石層主要存在的困難是由于塊石粒徑較大、孔壁填石間空隙大，鉆進(jìn)至該層后泥漿順著塊石間的空隙滲漏。在短時(shí)間泥漿全部漏完，泥漿補(bǔ)充不及時(shí)導(dǎo)致上部塌孔。為避免連續(xù)塌孔后期成孔困難，需果斷采取措施處理。具體為：就近采用黏土拌和水泥進(jìn)行回填，填塞縫隙。為加快回填效率，水泥土采用挖機(jī)拌和。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)水泥摻量宜控制在20%左右，每回填2～3m 后采用旋挖鉆機(jī)鉆頭進(jìn)行強(qiáng)制夯實(shí)?；靥钪磷o(hù)筒底以上1m 左右，等待約24h 后重新鉆進(jìn)，一般可以解決此類問(wèn)題。

樁間止水帷幕采用雙重管高壓旋噴工藝，在施工前根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)規(guī)范文件進(jìn)行試樁。通過(guò)試樁檢測(cè)確定在不同地層中的工藝參數(shù)，在后期施工中根據(jù)地勘報(bào)告在相應(yīng)的地層中選用合適的施工參數(shù)。注意在砂層中必須采取復(fù)噴措施，確保止水效果，否則基坑在砂層滲漏相當(dāng)嚴(yán)重。

2.2 土方開(kāi)挖及內(nèi)支撐施工技術(shù)

2.2.1 土方開(kāi)挖技術(shù)

基坑土方開(kāi)挖必須遵循“水平分段、豎向分層、先撐后挖、不得超挖”的原則。在此基礎(chǔ)上結(jié)合主體結(jié)構(gòu)變形縫設(shè)置，確定的分段長(zhǎng)度為縱向20m 一個(gè)開(kāi)挖循環(huán)、豎向分層高度為上下相鄰兩道支撐的間距，一般≤5m。

本工程基坑開(kāi)挖深、寬度窄，不適合在基坑內(nèi)采用挖機(jī)接力翻運(yùn)的開(kāi)挖方案。因此采用垂直取土的方式，采用PC120、CAT330 長(zhǎng)臂挖機(jī)、液壓抓斗三種類型的開(kāi)挖設(shè)備。由于長(zhǎng)臂挖機(jī)工效高，地面以下15m 深度內(nèi)采用長(zhǎng)臂挖機(jī)開(kāi)挖?；觾?nèi)配置1 臺(tái)PC120 挖機(jī)配合進(jìn)行翻土，基本可以滿足開(kāi)挖工效。超過(guò)15m 以下的基坑土方采用液壓抓斗，液壓抓斗開(kāi)挖深度大，同時(shí)可保證垂直運(yùn)輸，保證后續(xù)支撐及時(shí)安裝。

本工程地質(zhì)條件復(fù)雜，防止基坑內(nèi)土方縱向滑移是控制重點(diǎn)，主要采取的措施是每層土方縱向邊坡盡量放緩，每層土方之間的邊坡預(yù)留平臺(tái)，本工程的經(jīng)驗(yàn)是在淤泥層放坡坡度≥1:3，在其他地層≥1:2，每層邊坡的平臺(tái)寬度≥4m，以保證臨時(shí)縱坡的抗滑移。

基坑開(kāi)挖過(guò)程中及時(shí)清理掉基坑上方可能掉落的附著物，尤其是第一道混凝土支撐底部的墊層，在開(kāi)挖過(guò)程中可能不易掉落，但隨著時(shí)間的推移隨時(shí)可能掉落下來(lái)，產(chǎn)生安全隱患，因此要安排專人及時(shí)清理。本工程的經(jīng)驗(yàn)是在支撐梁墊層上面鋪設(shè)一層地板膠之類的隔離層，比較容易清理，不推薦采用油毛氈，油毛氈易粘接在支撐梁底部，不易清理干凈。

2.2.2 樁間噴錨技術(shù)

基坑開(kāi)挖后在支護(hù)樁內(nèi)側(cè)及時(shí)掛網(wǎng)噴錨，防止樁間土坍塌及涌水涌沙。由于支護(hù)樁施工不可避免地?cái)U(kuò)孔造成樁身局部凸出，因此每開(kāi)挖出一小段（≤10m）應(yīng)安排人員清理支護(hù)樁。為便于清理和噴射混凝土施工，保證作業(yè)人員的施工安全，土方開(kāi)挖時(shí)在樁邊預(yù)留2～3m 寬土臺(tái)，分兩次開(kāi)挖，每次開(kāi)挖高度約2～2.5m，有助于消除施工安全隱患。待樁邊第一層噴錨完成后再開(kāi)挖至本層土方底，進(jìn)行第二層噴錨的施工。

2.2.3 鋼支撐安裝技術(shù)

開(kāi)挖過(guò)程中必須及時(shí)安裝支撐，保證基坑變形受控。由于本工程基坑絕大多數(shù)采用排樁支護(hù)，鋼支撐兩端均需設(shè)置鋼圍檁，本工程采用雙拼700mm×320mm 鋼圍檁，每條圍檁的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為6m。首先采用測(cè)量設(shè)備在樁身上標(biāo)注出鋼圍檁標(biāo)高，安裝圍檁托架。托架采用L80×80×8mm 角鋼焊接制作成三角狀，三角架高度和寬度方向的邊長(zhǎng)均為80㎝，其中一條邊開(kāi)孔采用φ20mm、長(zhǎng)度200mm 的膨脹螺絲固定在樁身上。鋼圍檁擱置在托架后，為保證鋼圍檁不發(fā)生側(cè)翻墜落，在每條鋼圍檁上設(shè)置3 根φ12 鋼絲繩拉結(jié)（左中右各1 根），并用花籃螺栓拉緊。相鄰兩條鋼圍檁之間采用等強(qiáng)度焊接，按規(guī)范要求設(shè)置加強(qiáng)鋼板。然后按照鋼支撐設(shè)計(jì)位置在鋼圍檁上焊接鋼支撐擱置點(diǎn)（牛腿），擱置點(diǎn)采用L150×150×20mm 角鋼制作，長(zhǎng)度20cm。焊接完成后將鋼支撐吊裝至擱置點(diǎn)上，在施加預(yù)應(yīng)力前填塞鋼圍檁和支柱樁之間的空隙，一般采用C20 細(xì)石混凝土填充，以保證圍檁和支護(hù)樁密貼，達(dá)到傳力均勻的目的。

2.2.4 混凝土支撐及圍檁施工技術(shù)

混凝土支撐及圍檁在土方開(kāi)挖至相應(yīng)標(biāo)高后施工，土方開(kāi)挖標(biāo)高應(yīng)控制在設(shè)計(jì)標(biāo)高以下約50mm 處，在土基上先打50mm 厚C20 混凝土墊層，使支撐標(biāo)高與設(shè)計(jì)相符。目前混凝土支撐和圍檁一般采用繩鋸切割的方式拆除，因此特別注意在混凝土圍檁上預(yù)埋后期拆除的吊環(huán)，吊環(huán)規(guī)格和埋設(shè)間距應(yīng)按照計(jì)劃的吊裝設(shè)備和圍檁的截面尺寸（延米重量）統(tǒng)籌考慮。

本工程混凝土圍檁截面為1.4m×1m，計(jì)劃使用的吊裝設(shè)備為80t 汽車吊，在基坑邊吊裝半徑按15m 計(jì)算，最大吊裝重量為7.6t 左右，計(jì)劃切割分塊長(zhǎng)度為1.5m，重量約5.5t，滿足要求。因此每隔1m 即預(yù)埋一個(gè)吊環(huán)，吊環(huán)采用直徑20mm 圓鋼制作。為便于繩鋸穿過(guò)圍檁進(jìn)行切割作業(yè)，應(yīng)在圍檁靠支護(hù)樁側(cè)預(yù)埋穿繩管，一般采用φ25mmPVC 管，預(yù)埋管應(yīng)上下貫通，在澆筑混凝土前進(jìn)行嚴(yán)密封堵，避免混凝土進(jìn)入堵塞。

2.3 主體結(jié)構(gòu)施工及拆撐

2.3.1 主體結(jié)構(gòu)施工技術(shù)

土方開(kāi)挖見(jiàn)底應(yīng)預(yù)留30cm 土方由人工清理整平，避免擾動(dòng)基底。清理完成后及時(shí)施工墊層、底板防水層、防水保護(hù)層。防水保護(hù)層凝固后綁扎底板鋼筋澆筑混凝土，底板混凝土一般與側(cè)墻腋角以上30cm 部分同步澆筑，以保證水平施工縫止水帶的安裝質(zhì)量。

本工程主體結(jié)構(gòu)前期采用碗扣支架支撐體系進(jìn)行施工，模板采用1.5cm 厚竹膠板，主楞采用雙拼φ48×3mm 鋼管，次楞采用50mm×100mm/100mm×100mm 方木，側(cè)墻模板采用在碗扣架基礎(chǔ)上增加水平鋼管對(duì)撐的方式加固，側(cè)墻和相應(yīng)的板同步澆筑。在側(cè)墻混凝土澆筑過(guò)程中澆筑速度必須與支架方案設(shè)計(jì)的計(jì)算相一致，同時(shí)兩側(cè)對(duì)頂側(cè)墻要基本同步澆筑，澆筑高差≤50cm，澆筑過(guò)程中值班人員勤測(cè)量，防止兩側(cè)混凝土側(cè)壓力不均衡導(dǎo)致支架失穩(wěn)。

項(xiàng)目后期出于施工效率、成本和安全等方面的考慮，對(duì)主體結(jié)構(gòu)施工的支撐體系進(jìn)行了修訂。板的支撐體系采用φ60×3.5mm 盤(pán)扣支架，主梁采用12 工字鋼，次梁采用100mm×100mm 方木。側(cè)墻采取大鋼模單側(cè)支模的方式先澆筑，首次側(cè)墻澆筑高度至板的腋角以下500mm。

2.3.2 支撐拆除技術(shù)

相應(yīng)板的混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%以上才可拆除上一道支撐。為卡控拆撐時(shí)間，由試驗(yàn)室在現(xiàn)場(chǎng)回彈，強(qiáng)度達(dá)到要求后匯報(bào)工程部出具支撐拆除令方可拆除。支撐拆除令上需明確拆除范圍，嚴(yán)禁提前拆撐。

支撐拆除時(shí)大部分屬于高空作業(yè)，作業(yè)人員要系好安全帶，由于缺乏安全帶的可靠系掛點(diǎn)，一般情況下在每根支撐上部設(shè)置生命繩。生命繩采用φ12 鋼絲繩，兩端可靠地錨固在支護(hù)樁身上，可以結(jié)合圍檁的防墜落措施同步考慮。

2.3.3 防水施工技術(shù)

本工程底板和側(cè)墻的防水材料采用HDPE 高分子防水卷材，采用的施工工藝為預(yù)鋪反粘法。卷材頂部采用鋼釘+白鐵皮的方式進(jìn)行固定，每幅卷材之間搭接≥10㎝，搭接處增加一層自粘膠條加強(qiáng)卷材搭接。上層防水卷材必須與下層防水進(jìn)行搭接，搭接寬度≥10cm，并且要覆蓋固定下層卷材的鋼釘，以確保防水效果。為保證防水卷材的鋪貼質(zhì)量，在卷材鋪設(shè)前修整基面，局部采用水泥砂漿進(jìn)行找平，達(dá)到卷材鋪貼的平整度要求。

3 利用毗鄰已開(kāi)發(fā)地塊側(cè)既有圍護(hù)結(jié)構(gòu)的基坑支護(hù)技術(shù)

本工程K0+500～K0+800 約300m 區(qū)段側(cè)穿已建成的恒裕地塊，基坑西側(cè)為空地，目前尚未開(kāi)發(fā)，環(huán)境較簡(jiǎn)單?；?xùn)|側(cè)地塊地下室及塔樓已建成。東側(cè)主體結(jié)構(gòu)外邊線距離既有地塊的圍護(hù)樁邊距離約1m 左右，不具備新建支護(hù)樁的條件。東側(cè)地塊的支護(hù)樁冠梁頂較現(xiàn)狀地面標(biāo)高低7m 左右，原地塊基坑采用的支護(hù)結(jié)構(gòu)是上部7m 放坡開(kāi)挖，7m 以下為支護(hù)樁的形式。

因基坑?xùn)|側(cè)無(wú)新建支護(hù)樁的空間，只能利用地塊原有的支護(hù)樁?；游鱾?cè)新建φ1.4m 排樁，樁頂冠梁標(biāo)高與現(xiàn)狀地面相平，因此基坑兩側(cè)的樁頂冠梁存在約7m高差。

為便于支撐施工且保持支撐位置基本與地塊地下室的結(jié)構(gòu)板處于同一標(biāo)高，達(dá)到傳力明確的目的，通過(guò)與設(shè)計(jì)院和地塊單位積極溝通協(xié)調(diào)，在東側(cè)原地塊的支護(hù)樁頂上設(shè)置了3.5m 高擋墻，將第一道鋼支撐設(shè)置為斜向（即鋼支撐西高東低），接樁后兩側(cè)冠梁及支撐的高差降低為3.5m。

為了開(kāi)挖原地塊的支護(hù)樁頂冠梁，在冠梁上接高擋墻，同時(shí)避免懸臂開(kāi)挖7m 后西側(cè)支護(hù)結(jié)構(gòu)位移過(guò)大，采取分兩層放坡開(kāi)挖至原支護(hù)樁頂冠梁的方案。即先將第一層土方整體開(kāi)挖3.5m，第二層土方在西側(cè)預(yù)留6m 寬土臺(tái)用于反壓支護(hù)樁，再放坡開(kāi)挖3.5m（坡比1:2）將原地塊支護(hù)樁冠梁頂開(kāi)挖出來(lái)。擋墻施工完成后先安裝第一道斜支撐，再繼續(xù)開(kāi)挖，按照標(biāo)準(zhǔn)段施工方案依次開(kāi)挖見(jiàn)底后施工主體結(jié)構(gòu)。

采用此種開(kāi)挖方案減小了西側(cè)支護(hù)樁的懸臂高度，通過(guò)分析施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，支護(hù)結(jié)構(gòu)位移、地表沉降等指標(biāo)均在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)與設(shè)計(jì)單位和周邊地塊單位的積極溝通協(xié)調(diào)，根據(jù)不同周邊環(huán)境、不同施工條件，采取因地制宜的支護(hù)結(jié)構(gòu)方案和施工方案，在前期階段解決了施工中可能存在的各種困難和問(wèn)題，為同類工程的設(shè)計(jì)施工積累了經(jīng)驗(yàn)。