海滄隧道海滄端明挖基坑放坡開(kāi)挖設(shè)計(jì)

楊際宇 王立宏

(1.中鐵一局集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710000； 2.中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430056)

1 工程概況

海滄隧道起于馬青路與海滄大道交叉口附近，與海滄隧道海滄接線工程對(duì)接，自西向東，在海警三支隊(duì)北側(cè)進(jìn)入廈門(mén)西海域，穿西海域后過(guò)疏港路，沿興湖路前行，下穿石鼓山立交后至本項(xiàng)目終點(diǎn)。路線長(zhǎng)7 073.499 m，跨海域?qū)挾葹?.8 km。隧道進(jìn)口段ZK12+060～ZK12+350段的地貌屬剝蝕殘丘，地表為雜填土，厚約6.9 m，結(jié)構(gòu)疏密不均，夾碎石，其下為殘積土，厚小于5 m，全～強(qiáng)風(fēng)化帶厚約2 m～15 m，中風(fēng)化巖不發(fā)育，微風(fēng)化基巖埋深10 m～21 m，場(chǎng)區(qū)地勢(shì)開(kāi)闊。

2 隧道方案選擇

ZK12+060～ZK12+350段隧道拱頂主要為第四系的雜填土和粉質(zhì)粘土，由于基巖面起伏較大，洞身段局部需穿越基巖。初步設(shè)計(jì)階段對(duì)該段采用明挖和暗挖兩種方案進(jìn)行了比選：考慮到該段隧道埋深淺，同時(shí)隧道跨度大，隧道的覆跨比小，屬沉降難以控制地段。若采用暗挖，則需要實(shí)施地表注漿配合洞內(nèi)強(qiáng)大的超前支護(hù)，如長(zhǎng)管棚與小導(dǎo)管等。同時(shí)洞內(nèi)需采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法或CRD法開(kāi)挖，施工工效低，施工風(fēng)險(xiǎn)大。經(jīng)綜合比選采用明挖法開(kāi)挖。

該段位于狗頭山山前開(kāi)闊地段，地勢(shì)較為平坦，除仰坡段緊鄰擁軍路外，周邊無(wú)其他控制性的建構(gòu)筑物，可采用放坡開(kāi)挖方案。考慮到后期拱頂回填土厚度較大，根據(jù)不同的填土高度，采用不同的襯砌厚度：當(dāng)填土厚度小于6 m時(shí)，明洞襯砌厚0.7 m；當(dāng)填土厚度大于6 m且小于11 m時(shí)，明洞襯砌厚0.8 m。

3 基坑放坡開(kāi)挖設(shè)計(jì)

3.1 邊坡開(kāi)挖防護(hù)

基坑開(kāi)挖土(巖)層依次為雜填土、粉質(zhì)粘土、全～微風(fēng)化花崗巖。其中雜填土結(jié)構(gòu)疏密不均，土石工程分級(jí)為Ⅱ級(jí)～Ⅲ級(jí)；粉質(zhì)黏土，可塑狀，質(zhì)較均，最大層厚約5 m，土石工程分級(jí)為Ⅰ級(jí)；全風(fēng)化花崗巖，巖體已呈砂土狀，土石工程分級(jí)為Ⅲ級(jí)；強(qiáng)風(fēng)化花崗巖土石工程分級(jí)為Ⅳ級(jí)；中風(fēng)化花崗巖土石工程分級(jí)為Ⅴ級(jí)。針對(duì)不同的地層采用不同的開(kāi)挖方式：對(duì)于基巖面(中風(fēng)化巖層)以上的巖、土層采用機(jī)械開(kāi)挖，對(duì)于中～微風(fēng)化巖層采用爆破開(kāi)挖。

根據(jù)已有工程實(shí)踐及本項(xiàng)目的地質(zhì)條件，針對(duì)不同的地層采用不同的坡率，中微風(fēng)化花崗巖采用1∶0.5的坡率；強(qiáng)風(fēng)化花崗巖采用1∶1的坡率；強(qiáng)風(fēng)化花崗巖采用1∶1.25的坡率；對(duì)于地表雜填土、黏土及局部的淤泥采用1∶1.5的坡率。明挖段設(shè)置二級(jí)～三級(jí)邊坡，一、二級(jí)邊坡的高度一般為8 m。

對(duì)于放坡開(kāi)挖的基坑多采用噴錨防護(hù)，即采用噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)及錨桿作為防護(hù)體系，對(duì)于基巖面以上的地層采用鋼筋錨桿可能存在如下問(wèn)題：

1)雜填土、淤泥質(zhì)土均勻性差，結(jié)構(gòu)松散，自穩(wěn)能力差。由于本段地下水位較高，加之本基坑開(kāi)挖面積大，基坑開(kāi)挖過(guò)程中土方的開(kāi)挖改變了土中原有的應(yīng)力狀態(tài)，引起土層的變形蠕動(dòng)，容易引起邊坡失穩(wěn)。

2)殘積土、全～強(qiáng)風(fēng)化花崗巖遇水易軟化、崩解、強(qiáng)度降低，位于地下水位以下，施工過(guò)程中由于動(dòng)水壓力作用，容易產(chǎn)生邊坡滑塌。

上述地層中，砂漿錨桿的錨固劑砂漿與土體的粘聚力小，防護(hù)效果差。有鑒于此，對(duì)于自穩(wěn)性差的第四系覆蓋層、全～強(qiáng)風(fēng)化花崗巖及富水砂層邊坡采用4 m長(zhǎng)φ42鋼花管注漿加固，漿液采用P.O425水泥，水灰比0.8∶1，注漿壓力為0.5 MPa。采用跳孔注漿，既能保證注漿效果，還能防止相鄰孔之間串漿。注漿后，需鉆孔取樣驗(yàn)證注漿效果。對(duì)于自穩(wěn)性較好的中風(fēng)化花崗巖，采用4 m長(zhǎng)φ22砂漿錨桿防護(hù)。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)與設(shè)計(jì)不符時(shí)可對(duì)邊坡防護(hù)方式做適當(dāng)調(diào)整。應(yīng)在邊坡坡面設(shè)置泄水孔，及時(shí)排除坡體內(nèi)積水。

3.2 仰坡開(kāi)挖防護(hù)

仰坡的設(shè)計(jì)是本基坑開(kāi)挖的難點(diǎn)部分，其難度主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：1)由于本隧道開(kāi)挖深度大，導(dǎo)致仰坡的寬達(dá)97.2 m。本段拱頂以上的仰坡均為粉質(zhì)粘土和雜填土，加之左右兩側(cè)邊坡的開(kāi)挖，使得仰坡失去側(cè)限，更加容易失穩(wěn)。2)仰坡的前方為擁軍路，擁軍路路面寬7.7 m，雙向行車(chē)，其交通量不大，但重載車(chē)多。擁軍路較地面高3 m，為后期填筑而成，路基壓實(shí)度差。擁軍路下方有一透水砂層，厚3 m～6 m，隧道的開(kāi)挖易引起地下水涌至正在開(kāi)挖的基坑，危及擁軍路上的行車(chē)安全。

設(shè)計(jì)采用如下措施確保仰坡與擁軍路的安全：

1)設(shè)置止水帷幕：止水帷幕在平面上呈“U”字形布置，即布置的范圍為仰坡及兩側(cè)各20 m的邊坡。止水帷幕采用雙排三軸攪拌樁[1]，攪拌樁的直徑為800 mm，間距為650 mm，搭接150 mm。攪拌樁的加固深度為地表至強(qiáng)風(fēng)化巖層的頂面。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，攪拌樁的單根長(zhǎng)度為8.0 m～11.7 m。本項(xiàng)目共設(shè)置了133根三軸攪拌樁。攪拌樁采用量P.O425水泥，水泥的摻量為20%。后期需對(duì)攪拌樁進(jìn)行取芯檢測(cè)其強(qiáng)度。實(shí)施的三軸攪拌樁即可作為止水帷幕，防止擁軍路地下水涌入基坑，又可作為仰坡的擋土結(jié)構(gòu)，減少基坑開(kāi)挖對(duì)擁軍路的影響，提高仰坡的穩(wěn)定性。

2)對(duì)于不同的地層設(shè)置不同的坡率，中間預(yù)留5 m的平臺(tái)確保仰坡的穩(wěn)定性。

隧道邊仰坡的開(kāi)挖都應(yīng)遵循“隨挖隨支”的原則[2]，基坑的開(kāi)挖應(yīng)盡量避開(kāi)臺(tái)風(fēng)季節(jié)與雨季。

4 降水設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目地下水的設(shè)計(jì)降深為仰拱以下1 m。原則上每側(cè)沿隧道縱向布置兩排降水井，一排布置于坡頂，一排布置于一級(jí)邊坡與二級(jí)邊坡之間的平臺(tái)上。井點(diǎn)的縱向間距為25 m，根據(jù)不同的地質(zhì)情況作適當(dāng)?shù)卣{(diào)整。一級(jí)井點(diǎn)深度為地表至邊坡平臺(tái)以下3 m，二級(jí)井點(diǎn)深度為隧底以下1 m。當(dāng)提前遇中風(fēng)化圍巖時(shí)，進(jìn)入中風(fēng)化巖層2 m后終孔。井口直徑70 cm，每個(gè)降水井內(nèi)配置潛水泵一臺(tái)。

降水井的施工工藝為：井點(diǎn)測(cè)量定位→挖井口→安護(hù)筒→鉆機(jī)就位→鉆孔→回填井底粗砂墊層→吊放井管→回填井管與孔壁間的碎石過(guò)濾層→洗井→井管內(nèi)下設(shè)水泵、安裝抽水控制電路→試抽水→降水井正常工作→降水完畢封井。

基坑開(kāi)挖前20 d應(yīng)采用井點(diǎn)對(duì)基坑與主線洞口暗挖段進(jìn)行預(yù)降水、用于疏干基坑上部強(qiáng)風(fēng)化巖層、全風(fēng)化巖層、砂土層、殘積粘性土層及填土層中含水，以保證無(wú)水開(kāi)挖。在施作了5口井開(kāi)始抽水的過(guò)程中，流量計(jì)顯示，每口井每天的出水量?jī)H為10 m3/d，水量偏小，與地勘揭示的不符，主要原因是殘積土、全風(fēng)化的花崗巖及砂礫狀強(qiáng)風(fēng)化花崗巖的滲透系數(shù)小，采用重力降水效果不佳，經(jīng)研究決定，增設(shè)部分真空降水井。經(jīng)測(cè)試，真空降水量的出水量則大大增加，部分井出水量達(dá)50 m3/d。實(shí)踐證明，真空降水井對(duì)此類地層更加適應(yīng)。

5 結(jié)語(yǔ)

海滄隧道海滄端基坑已開(kāi)挖并完成了明洞結(jié)構(gòu)的回填，未出現(xiàn)邊仰坡失穩(wěn)等事故，表明設(shè)計(jì)方式是合理可行的。

1)放坡開(kāi)挖的基坑應(yīng)根據(jù)不同的地層采用不同的坡率，以兼顧安全性和經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)?shù)貙痈凰易苑€(wěn)性較差時(shí)，可采用注漿鋼花管代替砂漿錨桿，以達(dá)到更好的邊坡加固效果。

2)采用放坡開(kāi)挖的基坑，當(dāng)周邊有敏感構(gòu)筑物和含水層時(shí)，采用止水帷幕也是必要的，該帷幕既能起到隔水的功能，還能起到擋土結(jié)構(gòu)的作用。

3)應(yīng)根據(jù)地層選擇合適的降水方式。當(dāng)?shù)貙拥臐B透系數(shù)小的時(shí)候，重力降水效果不佳，可考慮采用真空降水。

參考文獻(xiàn)：

[1] JGJ 120—2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程[S].

[2] 高水琴.放坡開(kāi)挖基坑的施工技術(shù)[J].科學(xué)技術(shù)與工程,2010(1):818-821.