明挖隧道深基坑支護(hù)施工及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

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關(guān)鍵詞：明挖隧道；深基坑支護(hù)；鋼支撐；降水；監(jiān)測(cè)

引言

隨著廈門城市建成區(qū)的擴(kuò)大和成熟，重建現(xiàn)有的道路面臨越來(lái)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(yùn)營(yíng)及第二西通道全線貫通，對(duì)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(gè)較為普遍的設(shè)計(jì)理念，而深基坑支護(hù)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(hù)施工難點(diǎn)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(kāi)展情況，對(duì)其施工中存在的突出難點(diǎn)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)14m為鐘溫10號(hào)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23m，周邊有燃?xì)夤芫€、給水管道、各類光纜等。2）該基坑最深有24m，場(chǎng)地內(nèi)地下水主要為潛水，大氣降水補(bǔ)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(hù)質(zhì)量控制要點(diǎn)

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(hù)工程的難度。該項(xiàng)目其含沙量較大，透水性較強(qiáng)，遇水存在軟化的現(xiàn)象[1]，支護(hù)方式不當(dāng)就很容易造成基坑的塌方，為了提高支護(hù)強(qiáng)度，該項(xiàng)目采用圍護(hù)樁+高壓旋噴樁施工組合模式，提高了圍護(hù)強(qiáng)度，并用旋噴樁咬合，形成止水帷幕，對(duì)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(hù)（鋼支撐5m深一道，水平3m一道），基坑內(nèi)外采用井點(diǎn)降水。

2.1圍護(hù)樁+高壓旋噴樁質(zhì)量控

在進(jìn)行上述公路工程的明挖隧道深基坑支護(hù)施工中，對(duì)圍護(hù)樁+高壓旋噴樁施工的質(zhì)量控制，應(yīng)從以下3點(diǎn)入手。1）為了提高與圍護(hù)樁之間的咬合性，高壓旋噴樁樁位必須嚴(yán)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(chǎng)試樁情況為準(zhǔn)。運(yùn)灰小車及攪拌桶都做了明顯的標(biāo)記，以確保漿液配比的正確性?；覞{攪拌應(yīng)該均勻，并進(jìn)行過(guò)濾。在噴漿過(guò)程中漿液應(yīng)該連續(xù)攪動(dòng)，防止水泥沉淀。3）嚴(yán)格控制噴漿提升速度，噴漿過(guò)程應(yīng)連續(xù)均勻，如果噴漿過(guò)程中出壓力驟然上升或下降，大量冒漿、串漿等異常情況時(shí)[2]，應(yīng)該及時(shí)提鉆出地表排除故障后，復(fù)噴接樁時(shí)應(yīng)加深0.4m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(shí)，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(shí)應(yīng)該及時(shí)調(diào)整樁機(jī)水平，防止因機(jī)械振動(dòng)或地面濕陷造成鉆孔垂直度偏差過(guò)大。為了保證順利安放注漿管，引孔直徑采用Φ150mm成孔，巖芯管長(zhǎng)不小于2.0m。穿過(guò)砂層時(shí)，采用濃泥漿護(hù)壁成孔，必要時(shí)可以下套管護(hù)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(kāi)挖的支護(hù)施工設(shè)計(jì)方案，其中，橫向開(kāi)挖分為2~4層開(kāi)挖，每次土方開(kāi)挖深度控制在2m，并在開(kāi)挖后8h內(nèi)完成樁間網(wǎng)噴支護(hù)施工，待開(kāi)挖至支撐下方0.5m時(shí)，及時(shí)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(hù)施工中，其具體工藝流程為土方開(kāi)挖（2.0m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(kāi)挖。以上工序循環(huán)進(jìn)行直至基坑底部。其中，在對(duì)噴射混凝土配合比設(shè)計(jì)中，應(yīng)該通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)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Φ20mm鋼筋土釘，并設(shè)置Φ14mm拉筋與土釘焊接固定網(wǎng)片，豎向間距1.5m，完成后噴射8cm厚C20早強(qiáng)噴射混凝土。噴射混凝土的強(qiáng)度為C20，混凝土拌制采用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，攪拌時(shí)間不得少于1min，宜隨拌隨用；對(duì)不摻速凝劑的干混合料存放時(shí)間不超過(guò)2h，而摻有速凝劑時(shí)的存放時(shí)間不超過(guò)20min。混凝土噴射前對(duì)噴射面進(jìn)行檢查，清除開(kāi)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(jìn)行；對(duì)終凝1h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(guò)15％；混凝土噴射施工中，噴頭宜與受噴面垂直，其間距以0.8m~1.0m為宜，噴頭應(yīng)該連續(xù)、緩慢地進(jìn)行橫向環(huán)型移動(dòng)，噴層厚度應(yīng)均勻；混凝土噴射后的表面應(yīng)濕潤(rùn)光澤，無(wú)干斑、滑移及流淌現(xiàn)象；噴射混凝土終凝2h后，進(jìn)行噴水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于14d。其次，在鋼支撐施工中，根據(jù)開(kāi)挖施工段的劃分進(jìn)行相應(yīng)的鋼支撐安裝施工，一般在開(kāi)挖至每道鋼支撐下0.5m處安裝鋼支撐。在鋼支撐施工中，支撐施加的是否及時(shí)、牢固，直接影響了基坑的安全，在施加設(shè)計(jì)應(yīng)力后根據(jù)對(duì)支撐梁的監(jiān)控，如與設(shè)計(jì)存在偏差時(shí)，及時(shí)聯(lián)系設(shè)計(jì)單位，對(duì)支撐應(yīng)力值進(jìn)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(rèn)過(guò)程中，應(yīng)該在基坑開(kāi)挖至鋼支撐下0.5m處進(jìn)行測(cè)量放線，測(cè)量放線的高差應(yīng)不得大于3cm。鋼支撐制作是采用Φ609mm鋼管（t=16mm）加工而成，并分活動(dòng)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(chǎng)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(jìn)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(jī)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(zhǎng)度不小于30m，鋼圍檁在拐角位置應(yīng)該保證等強(qiáng)連接，其現(xiàn)場(chǎng)拼裝點(diǎn)位置應(yīng)該設(shè)置在支撐點(diǎn)附近，不超過(guò)圍檁凈跨度的1/3；對(duì)鋼圍檁分段預(yù)制長(zhǎng)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(dòng)，并用鋼楔塊將支架與鋼圍檁間隙焊實(shí)，如鋼圍檁與圍護(hù)樁間有空隙，中間采用強(qiáng)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(duì)其標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量放樣；架設(shè)時(shí)對(duì)32c槽鋼之間可采用840mm（長(zhǎng)）×280mm（寬）×10mm（厚）間距800mm鋼板進(jìn)行加強(qiáng)。鋼支撐安裝包括直撐安裝和斜撐安裝2個(gè)部分，在直撐安裝前，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際架設(shè)長(zhǎng)度，將標(biāo)準(zhǔn)管節(jié)先在地面進(jìn)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20mm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(jì)角度，在斜撐對(duì)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(jìn)行支撐安裝作業(yè)。支撐臨時(shí)固定后，立即開(kāi)始按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行施加預(yù)壓軸力；在施壓時(shí)，將2臺(tái)100t液壓千斤頂?shù)醴湃牖罱j(luò)頭頂壓位置，2臺(tái)液壓千斤頂安放位置必須對(duì)稱平行。砼支撐與鋼支撐安裝施工后，應(yīng)該對(duì)其支撐應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以確保其在基坑穩(wěn)定支撐中發(fā)揮作用。

2.3降水措施

針對(duì)上述明挖隧道工程的深基坑支護(hù)施工情況，在進(jìn)行基坑降水處理過(guò)程中，主要從地下水防治與排水處理、水土保持3個(gè)方面，做好其深基坑支護(hù)施工中的降水處理工作。1）在進(jìn)行深基坑支護(hù)施工中的地下水處治時(shí)，根據(jù)鉆孔監(jiān)測(cè)的地下水位結(jié)果，在進(jìn)行基坑開(kāi)挖施工后，由于部分路段的地下水位會(huì)出現(xiàn)高于設(shè)計(jì)路面標(biāo)高的情況，并且雨季施工中的地下水位升高變化會(huì)更加明顯，對(duì)基坑開(kāi)挖以及深基坑支護(hù)施工均產(chǎn)生了一定的不利影響。針對(duì)這一情況，再結(jié)合基坑開(kāi)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(jì)路面標(biāo)高以及雨季地下水位增高等情況的不利影響，同時(shí)避免對(duì)基坑開(kāi)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(jìn)行基坑開(kāi)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(jìn)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(duì)明挖隧道基坑穩(wěn)定性的不利影響。在上述工程中，針對(duì)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(kāi)挖施工區(qū)域進(jìn)行集水井設(shè)置，以對(duì)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(duì)基坑穩(wěn)定性產(chǎn)生危害。2）上述基坑開(kāi)挖與支護(hù)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(kāi)挖施工過(guò)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(guò)在基坑的頂面距離開(kāi)挖的邊線大約50cm的位置處，沿著基坑的兩側(cè)進(jìn)行臨時(shí)排水溝挖設(shè)，然后通過(guò)和明挖隧道工程的場(chǎng)外排水系統(tǒng)相互連接，從而促進(jìn)基坑開(kāi)挖區(qū)域的頂面排水順利實(shí)現(xiàn)，避免對(duì)基坑開(kāi)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(guò)地面的排水溝對(duì)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(jìn)入開(kāi)挖基坑內(nèi)部或者是對(duì)基坑邊坡形成沖刷，從而保證基坑開(kāi)挖施工及其穩(wěn)定性。其次，明挖隧道開(kāi)挖施工中的排水處理是在隧道開(kāi)挖施工中，由于其土層中包括的地表滲水與地下水均會(huì)隨著基坑的開(kāi)挖滲漏出來(lái)，尤其是在雨天進(jìn)行基坑開(kāi)挖時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生更多圖1鋼支撐安裝施工的工藝流程示意圖的積水，從而對(duì)施工開(kāi)展造成不利的影響，需要及時(shí)地將積水排出，對(duì)其施工開(kāi)展進(jìn)行保障。針對(duì)這一情況，進(jìn)行明挖隧道的基坑開(kāi)挖施工中就可以通過(guò)在地勢(shì)較低區(qū)域臨時(shí)設(shè)置集水坑，匯聚積水，然后使用水泵將其抽出地面，通過(guò)排水溝排出。此外，針對(duì)明挖隧道工程的基坑底部進(jìn)行排水處理，是根據(jù)基坑開(kāi)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(kāi)挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高時(shí)，通過(guò)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(kāi)挖與基坑支護(hù)施工中，采用的是水土保持措施，是針對(duì)基坑開(kāi)挖施工對(duì)周圍自然環(huán)境產(chǎn)生的影響，為了避免基坑開(kāi)挖后的水土流失或者是環(huán)境污染等問(wèn)題發(fā)生，需要對(duì)開(kāi)挖基槽進(jìn)行驗(yàn)收后，對(duì)基坑底部范圍以內(nèi)的場(chǎng)地進(jìn)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(wèn)題，對(duì)基坑開(kāi)挖及其支護(hù)施工效果進(jìn)行保障。

3城市明挖隧道監(jiān)控量測(cè)要點(diǎn)

在明挖隧道深基坑支護(hù)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(kāi)挖以及圍護(hù)、擋土和防水等多項(xiàng)施工內(nèi)容，其中任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，都會(huì)對(duì)深基坑工程的整體施工質(zhì)量產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時(shí)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(huì)對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性造成影響，進(jìn)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(duì)其各項(xiàng)施工監(jiān)控量測(cè)的內(nèi)容和要點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確把握，也十分關(guān)鍵。一般情況下，對(duì)明挖隧道深基坑支護(hù)施工的監(jiān)控量測(cè)，主要包括對(duì)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)及其裂縫、基坑底部隆起、支護(hù)體系的位移、鄰近建筑與道路的沉降或傾斜變化等進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，需要施工單位根據(jù)施工監(jiān)控量測(cè)方案，進(jìn)行監(jiān)測(cè)點(diǎn)合理布設(shè)后，按照相應(yīng)的監(jiān)測(cè)頻率對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)控和量測(cè)分析，從而避免上述各種變化對(duì)深基坑支護(hù)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(hù)施工中，其施工監(jiān)控量測(cè)的內(nèi)容還包括對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)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(cè)和分析，從而通過(guò)獲取全面、真實(shí)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)其動(dòng)態(tài)發(fā)展與變化進(jìn)行預(yù)測(cè)，為明挖隧道的開(kāi)挖以及深基坑支護(hù)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(cè)主要項(xiàng)目?jī)?nèi)容。為了避免明挖隧道深基坑支護(hù)施工中各種監(jiān)測(cè)與控制工作開(kāi)展不足引起的質(zhì)量和安全問(wèn)題，就需要施工單位嚴(yán)格按照施工開(kāi)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(jì)方案的要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，并注意對(duì)深基坑工程的各項(xiàng)施工進(jìn)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(hù)施工的各種問(wèn)題。例如，進(jìn)行深基坑開(kāi)挖施工中，應(yīng)該避免對(duì)工程樁以及支護(hù)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(wèn)題，應(yīng)立即停下，對(duì)其原因進(jìn)行分析并有效解決和處理后，再進(jìn)行施工開(kāi)展，從而保證明挖隧道深基坑支護(hù)施工的安全和質(zhì)量；另一方面，進(jìn)行深基坑工程的土方開(kāi)挖施工前，還應(yīng)該對(duì)其施工地區(qū)的建構(gòu)物以及地下管線分布等情況進(jìn)行了解，制定合理的施工開(kāi)展方案，避免對(duì)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(yǔ)

總之，對(duì)明挖隧道深基坑支護(hù)施工及其穩(wěn)定性控制等有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行研究，有利于提高明外隧道深基坑支護(hù)工程的施工技術(shù)和質(zhì)量水平，從而確保明挖隧道的開(kāi)挖施工順利開(kāi)展，同時(shí)保證其隧道工程的整體結(jié)構(gòu)安全，在推動(dòng)我國(guó)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(jìn)行研究和關(guān)注。

參考文獻(xiàn)

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作者：劉燦陽(yáng) 單位：合誠(chéng)工程咨詢集團(tuán)股份有限公司