隧道基坑支護(hù)工程地質(zhì)分析和方案設(shè)計(jì)

鐘濤

(廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州 510060)

自20世紀(jì)90年代以來(lái)，隨著廣州市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，為緩解城區(qū)日益增長(zhǎng)的交通壓力，車行隧道作為解決城市立體交通問(wèn)題的方案逐漸為政府主管部門和市民接受，并在近幾年得到迅速推廣，目前已修建30多條城市車行隧道。大量城市車行隧道的建成，較好地改善了城市交通堵塞狀況，保護(hù)了城市環(huán)境，產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

1 現(xiàn)階段隧道基坑施工方法

基坑工程設(shè)計(jì)要根據(jù)設(shè)計(jì)依據(jù)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，確定合理，便捷，安全經(jīng)濟(jì)的基坑開(kāi)挖方法，并在此基礎(chǔ)上作出圍護(hù)結(jié)構(gòu)，支撐體系，地基加固和開(kāi)挖施工等配套設(shè)計(jì)?；庸こ涕_(kāi)挖方法主要有:放坡開(kāi)挖、無(wú)支撐圍護(hù)開(kāi)挖、有支護(hù)分層開(kāi)挖、中心島開(kāi)挖、壕溝式開(kāi)挖、逆筑法開(kāi)挖、沉井開(kāi)挖。現(xiàn)在隧道工程施工過(guò)程中基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的主要類型有:

(1)鋼板樁

鋼板樁是用錘擊打入帶鎖口的鋼板樁，使之在基坑四周閉合，抵抗板樁背后的水，土壓力，達(dá)到基坑內(nèi)外穩(wěn)定。鋼板樁適用于軟土，淤泥質(zhì)土及地下水多地區(qū)，難于打入密砂硬粘土中，鋼板樁間若咬合不好，易滲水，涌砂。

(2)灌注樁

灌注樁屬于非擠土或少量擠土樁，樁身剛度大，除能承受較大的豎向荷載外，還能承受較大的橫向荷載，增強(qiáng)建筑物的抗震能力，還可在基坑開(kāi)挖后繼續(xù)作為地下室的承重墻等永久性結(jié)構(gòu)使用。

(3)地下連續(xù)墻

地下連續(xù)墻的墻體剛度大，整體性好，因而結(jié)構(gòu)和地基變形都較小，既可用于超深圍護(hù)結(jié)構(gòu)，也可用于主體結(jié)構(gòu)。

(4)土釘支護(hù)

在基坑開(kāi)挖坡面，用機(jī)械鉆孔或洛陽(yáng)鏟成孔，孔內(nèi)放鋼筋并注漿，在坡面安放鋼筋網(wǎng)，噴射混凝土，使土體、鋼筋與噴射混凝土面板結(jié)合，成為深基坑土釘支護(hù)。適宜于地下水位以上或經(jīng)降水措施后的雜填土，普通粘土或松散性砂土。

(5)逆作法施工

深基坑逆作法施工是從地上往地下逐層支撐挖土施工，可以地下、地上同時(shí)施工，充分利用空間，時(shí)間，縮短工期，可節(jié)約大量投資。

2 工程概況

隧道工程位于廣州市科學(xué)城中心區(qū)東南部，北接科東大道，南至黃云路，規(guī)劃為城市主干道，隧道總長(zhǎng)為 672 m，寬為 28.6 m;右轉(zhuǎn)匝道下穿廣深高速公路及南部一橫路后與主線隧道相接，右轉(zhuǎn)匝道總長(zhǎng)為335 m，寬為7.6 m。

3 工程場(chǎng)地地質(zhì)條件

本工程場(chǎng)區(qū)工程地質(zhì)條件:場(chǎng)地位于廣州市東郊科學(xué)城，場(chǎng)區(qū)地貌主要呈剝蝕殘丘和山間凹地，起伏較大，擬建隧道主要位于山間凹地，地勢(shì)相對(duì)較為開(kāi)闊，四周分布著殘丘和果樹(shù)。

場(chǎng)地主要出露地層:人工填土層(Qml4):①1素填土、①2耕土;第四系上更新統(tǒng)沖積層(Qal3):②1淤泥、淤泥質(zhì)亞粘土、②2粉質(zhì)粘土、②3中、粗砂;殘積層(Qel):③1可塑砂質(zhì)粘性土、③2硬塑砂質(zhì)粘性土;燕山晚期()花崗巖:④1全風(fēng)化帶、④2強(qiáng)風(fēng)化帶。

場(chǎng)區(qū)地處低丘陵地帶地勢(shì)低洼的丘間凹地，為地表水與地下水的徑流排泄區(qū)。地下水類型主要為上層滯水和孔隙水。其中砂層孔隙水是場(chǎng)區(qū)的主要含水層，主要接受大氣降水直接滲入補(bǔ)給和河涌的側(cè)向補(bǔ)給。

4 隧道基坑支護(hù)設(shè)計(jì)

本工程基坑支護(hù)具有以下特點(diǎn):場(chǎng)地地勢(shì)開(kāi)闊;廣深高速公路橋底凈空較小，僅 3.0 m，大型機(jī)械施工困難;場(chǎng)區(qū)地處低丘陵地帶地勢(shì)低洼的丘間凹地，地下水含量豐富。

基坑支護(hù)總體采用放坡和土釘墻支護(hù)，攪拌樁或旋噴樁止水的方案，即在開(kāi)闊地段采用放坡、在穿越廣深高速公路橋孔段采用土釘墻的支護(hù)形式，并結(jié)合攪拌樁或旋噴樁止水。選取代表性工段A、B、C、D為例分別介紹設(shè)計(jì)方案。

工段A:適用于場(chǎng)地開(kāi)闊，周邊無(wú)大的建筑物地段，基坑開(kāi)挖深度 2.50 m～8.00 m，采用一級(jí)或二級(jí)放坡開(kāi)挖方案，坡率均為 1∶2。第一級(jí)放坡坡腳距地面 2.50 m，坡腳寬 2.00 m，并在第一級(jí)放坡坡腳處設(shè)置 Φ500 mm攪拌樁止水;第二級(jí)放坡至基坑底。于一級(jí)放坡坡腳靠基坑開(kāi)挖一側(cè)布設(shè)一排Φ500 mm深層攪拌樁，攪拌樁要求穿過(guò)砂層進(jìn)入粘性土層不少于 0.5 m。面板網(wǎng)筋采用5號(hào)鐵絲網(wǎng)按150 mm×150 mm編網(wǎng);加強(qiáng)筋采用 Φ16 mm鋼筋菱形布設(shè)，焊牢于土釘端部;坡面開(kāi)挖后如有滲水，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置泄水孔。

圖1 工段A設(shè)計(jì)圖

圖2 工段B設(shè)計(jì)圖

工段B:適用于隧道下穿廣深高速公路段地段，開(kāi)挖深度 5.50 m，采用土釘墻支護(hù)，旋噴樁止水的方案。

沿基坑開(kāi)挖邊線布設(shè)一排Φ600 mm旋噴樁，旋噴樁間距為 400 mm，要求穿過(guò)砂層進(jìn)入粘性土層不少于 0.5 m。沿基坑開(kāi)挖面布設(shè)五排土釘，土釘桿體采用Φ48×3.5 mm焊管，用人工或機(jī)械直接打入。沿基坑開(kāi)挖邊線向外側(cè) 1.5 m處布設(shè)一排摩擦土釘，土釘采用Φ16 mm鋼筋。面板網(wǎng)筋采用Φ8 mm鋼筋通過(guò)加強(qiáng)筋采用Φ16 mm鋼筋菱形布設(shè)焊牢于土釘端部。

工段C:本工段適用于隧道泵房地段，基坑開(kāi)挖深度約 4.50 m，設(shè)計(jì)采用水泥土重力式圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行擋土止水的方案。

在隧道泵房四周布設(shè)“格柵式”水泥土重力式擋土墻結(jié)構(gòu)，水泥土樁采用 Φ800 mm旋噴樁，樁長(zhǎng)為10.0 m，分五排布設(shè);為增強(qiáng)水泥土的抗剪，在Φ600 mm旋噴樁中心加插Φ25 mm鋼筋，長(zhǎng)度為6.0 m，位于旋噴樁的上部。

工段D:適用于隧道基坑靠近規(guī)劃河涌地段，基坑開(kāi)挖深度為 7.00 m，采用土釘墻支護(hù)，攪拌樁止水的方案。

沿基坑開(kāi)挖邊線施工二排Φ500 mm深層攪拌樁，要求穿過(guò)砂層進(jìn)入粘性土層不少于 0.5 m。沿靠基坑開(kāi)挖邊線一側(cè)的攪拌樁中心布設(shè)一排Φ25 mm鋼筋，位于攪拌樁的上部?；娱_(kāi)挖面布設(shè)5排土釘，土釘桿體采用Φ16 mm鋼筋，采用人工或機(jī)械直接打入。面板網(wǎng)筋采用鐵絲網(wǎng)通過(guò)加強(qiáng)筋焊牢于土釘端部。

5 基坑監(jiān)測(cè)

基坑監(jiān)測(cè)的主要項(xiàng)目:基坑周邊沉降及位移監(jiān)測(cè)、地下水監(jiān)測(cè)、土體側(cè)向變形監(jiān)測(cè)。通過(guò)對(duì)施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的相關(guān)分析和信息反饋，掌握隧道施工的變化情況，及時(shí)修正設(shè)計(jì)和指導(dǎo)施工，對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行有效的預(yù)測(cè)和控制。當(dāng)變形超過(guò)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或場(chǎng)地條件變化較大時(shí)，應(yīng)加密觀測(cè)。當(dāng)有危險(xiǎn)事故征兆時(shí)，則需進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。

6 結(jié)語(yǔ)

本文結(jié)合廣州科學(xué)城某隧道工程，通過(guò)資料調(diào)研、理論分析和施工技術(shù)研究等手段，通過(guò)對(duì)地質(zhì)和場(chǎng)地條件分析，針對(duì)工程場(chǎng)地砂層發(fā)育和橋底凈空小等特點(diǎn)，基坑采用放坡和土釘墻支護(hù)，攪拌樁或旋噴樁止水的綜合支護(hù)設(shè)計(jì)方案，保證了本工程的順利完工，為今后城市隧道設(shè)計(jì)提供了理論和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

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