佛山某綜合管廊基坑支護優(yōu)化設計

李 鋒，馬 威，肖榮軍，袁麗云，葉親柱

（廣東省佛山地質局 廣東佛山 528000）

0 引言

隨著我國城市化進程的不斷加快，地下管線日益增多，地下空間越來越擁擠，各種專業(yè)網(wǎng)線升級維護工作越來越多，造成“拉鏈路”現(xiàn)象頻發(fā)［1］。而建造集各種管線于一體的地下綜合管廊可以有效解決城市地下市政管線布設難、施工難、維護難等問題。由于綜合管廊屬于地下工程，基坑工程是其實施的一個重要環(huán)節(jié)，基坑支護設計是否合理，直接關系到管廊工程的工程安全、施工進度和經(jīng)濟效果。本文以佛山市某地下綜合管廊基坑工程為例，通過對其進行優(yōu)化設計，達到了安全經(jīng)濟、快速高效的目的，可為以后類似基坑支護設計提供參考。

1 工程概況

1.1 工程概況

佛山某地下綜合管廊位于廣東省佛山市禪城區(qū)東部，主要分布于華祥路、金釵東路西側和金釵南路北側人行道下，地下管線較多，周邊建筑物密集，總長約3 km（見圖1）。采用矩形箱涵的單倉結構形式，斷面凈空尺寸3.0 m×3.2 m（寬×高），廊管覆土按不小于3.0 m考慮，擬采用明挖施工工藝。

圖1 管廊周邊環(huán)境效果Fig.1 Effect of Surrounding Environment of Utility Tunnel

1.2 工程地質條件

場地地貌類型為珠江三角洲平原區(qū)，地形平坦，地勢平整，地面高程為2.69～5.12 m。場地巖土層主要有：素填土、淤泥質土、粉砂、粉質粘土、中砂等，具體如表1［2］所示。

表1 巖土基本參數(shù)Tab.1 Basic Geotechnical Parameters

1.3 水文地質條件

地下水穩(wěn)定水位埋深為0.45～1.45 m，地下水類型主要為賦存于第四系土層中的孔隙水和基巖裂隙水。其中淺層的中粗砂層透水較強，含水量較大，主要接受地表水、大氣降水的滲透補給，對基坑影響較大［2］。

2 設計選型

2.1 基本條件

基坑線路較長，除部分支線開挖深度小于6 m外，一般開挖深度為6～9 m，局部達11 m。由于為軟土區(qū)，部分段周邊環(huán)境復雜，依據(jù)《建筑基坑工程技術規(guī)程：廣東省標準DBJ/T 15-20—2016》［3］，側壁安全等級分段考慮，一、二、三級都有，基坑側壁重要性系數(shù)分別為1.10、1.00、0.90；坑內(nèi)水位取坑底以下0.5 m，坑頂水位取地表以下1.0 m。

2.2 常用選型

目前常用綜合管廊基坑支護主要有：放坡、土釘墻、重力式水泥土墻、鋼板樁、預制鋼筋混凝土板樁、型鋼水泥土攪拌墻、灌注樁排樁、雙排樁、地下連續(xù)墻等，并結合內(nèi)支撐或錨桿（錨索）形成支護體系［4］，由于佛山地方已嚴格限制支護結構出紅線，因此，土釘墻和錨桿（錨索）等不納入本次設計選型范圍，而預制鋼筋混凝土板樁對施工隊伍要求較高，且在佛山地區(qū)相關工程經(jīng)驗較少，不做考慮；重力式水泥土墻支護深度一般小于7 m［5］，且在淤泥發(fā)育區(qū)效果較差，雙排樁和地下連續(xù)墻造價較高，所以也不考慮；剩下主要可選支護形式有：放坡、鋼板樁、型鋼水泥土攪拌墻、灌注樁排樁。

2.3 影響因素

綜合管廊基坑工程應綜合考慮開挖深度、基坑規(guī)模、基坑周邊環(huán)境、工程地質與水文地質條件和施工條件，并結合工程經(jīng)驗，合理選型，精心設計［4］。佛山某地下綜合管廊基坑具有開挖深度較大，基坑寬度較小而長度大，周邊環(huán)境復雜，淤泥和砂土發(fā)育等特點，其設計與一般基坑設計相比具有更大的難度和挑戰(zhàn)。因此，針對軟土區(qū)的狹長型管廊基坑，應根據(jù)基坑深度、周邊環(huán)境和地質條件3 個方面層層進行基坑支護分段和疊加，然后對分段后的各段基坑分別進行設計。

2.4 基坑支護分段

鑒于綜合管廊長約3 km，各段周邊環(huán)境復雜，開挖深度不同，淤泥和砂層發(fā)育不均的特點，對基坑設計分段采取了分層疊加的方法，根據(jù)基坑深度、周邊環(huán)境、地質條件3個要素，對綜合管廊進行分段支護。

2.4.1 基坑深度

廊管采用矩形箱涵的單倉結構形式，斷面凈空3.0 m×3.2 m（寬×高），廊管全線覆土按不小于3.0 m 考慮，擬采用明挖施工工藝，基坑開挖深度一般6～9 m，局部達11 m。根據(jù)這一特征，考慮不同深度對支護結構的要求，按照6～7 m（含6 m 以下），7～9 m，9～11 m 等3個基本深度來劃分基坑支護段。

2.4.2 周邊環(huán)境

按照基坑周邊環(huán)境的主要要素：周邊建/構筑物、地下管線、道路等進行考慮，距離9 m內(nèi)有保護對象為一區(qū)段（重點保護區(qū)），9～18 m內(nèi)有保護對象為二區(qū)段（次重點保護區(qū)），18 m 內(nèi)無保護對象為三區(qū)段（一般保護區(qū)）。

2.4.3 地質條件

本場地基坑開挖影響范圍內(nèi)的主要不利地質條件為淤泥和砂土發(fā)育，其中淤泥的厚度對支護受力影響較大，而砂層則對基坑側壁和坑底涌水有重點影響，因此，本次對地表下15 m范圍內(nèi)，淤泥發(fā)育厚度超過5 m 的列為重點區(qū)段，基坑底位于砂層的為重點區(qū)段進行考慮。

2.5 優(yōu)化設計

根據(jù)上述分析并結合吳顯偉等人［6-9］的研究，綜合管廊適用的基坑支護形式主要有放坡、鋼板樁、型鋼水泥土攪拌墻及灌注樁排樁，根據(jù)工程經(jīng)驗，各支護各類支護結構適用條件如表2所示。

表2 各類支護結構適用條件一覽Tab.2 List of Applicable Conditions of Various Supporting Structures

根據(jù)表2，結合管廊的周邊環(huán)境和地質條件，本次基坑主要采取了如下4種支護措施：

⑴放坡。位于東平路段的纜線溝段，開挖深度2.8 m，周邊為空地，適宜；

⑵鋼板樁+內(nèi)撐。不具放坡段的優(yōu)選方案，若受力和變形不能滿足要求，再選其他兩種方案，為本次基坑支護的主體方案；

⑶型鋼水泥土攪拌墻（SMW）+內(nèi)撐。鋼板樁+內(nèi)撐計算不通過，或周邊有重點保護的支護段采用；

⑷灌注樁排樁+內(nèi)撐。由于造價最高，一般在型鋼水泥土攪拌墻+內(nèi)撐不適宜的情況下才采用此方案，主要位于金釵東路穿越魁奇路的支護段。

綜合管廊各段基坑經(jīng)過上述4種方案的比選和試算，形成最終方案，典型支護剖面如圖2 所示，支護方案匯總詳如表3［10］所示。

表3 綜合管廊基坑支護一欄Tab.3 List of Foundation Pit Support of Utility Tunnel

圖2 基坑支護標準斷面Fig.2 Standard Section of Foundation Pit Support （mm）

3 施工效果

綜合管廊基坑從2020年底開始施工，目前約完成線路的一半，根據(jù)現(xiàn)場情況，如圖3所示，除局部靠近基坑的圍墻未拆除而發(fā)生變形外，未出現(xiàn)其它破壞跡象，監(jiān)測數(shù)據(jù)都在控制值范圍內(nèi)，基本達到設計的要求。

圖3 施工中的管廊基坑Fig.3 Utility Tunnel Foundation Pit in Construction

4 小結

與常規(guī)建筑基坑不同，綜合管廊基坑一般具有基坑狹小、延線較長、地質條件多變、周邊環(huán)境多變等特點，對其進行設計也需要采取不同的方法，一般要注意如下幾點：

⑴精細化和動態(tài)化設計是綜合管廊基坑設計的必然要求。管廊基坑一般線路較長，各段開挖深度、周邊環(huán)境、地質和水文條件等各不相同，這就需要根據(jù)各段情況，分段進行精細化設計；同時，由于線路較長，涉及范圍廣，周期較長，在前期方案設計階段，往往不能全面掌握詳細、準確的基坑支護設計邊界，從而需要不斷根據(jù)新的設計邊界條件（如周邊環(huán)境的變化、施工組織的需要、交通疏導的影響等）進行調(diào)整、優(yōu)化，實現(xiàn)動態(tài)設計。

⑵管廊結構、基坑深度、周邊環(huán)境和地質條件等是基坑優(yōu)化設計的關鍵要素。準確掌握管廊分布和結構設計要求，弄清各段基坑開挖深度是基坑設計的前提；弄清各段的工程地質與水文地質條件是基坑設計的基本，充分了解基坑周邊環(huán)境現(xiàn)狀及未來動態(tài)的變化，尤其是地下管線、地鐵、地面道路、橋梁、建筑物和河涌等，是基坑優(yōu)化設計的關鍵。

⑶安全適用、經(jīng)濟合理、保護環(huán)境、施工快速的基坑支護方案是優(yōu)化設計的最終目的。綜合管廊一般臨近道路或建/構筑物，由于紅線外用地協(xié)調(diào)難度很大，且各產(chǎn)權單位及地區(qū)規(guī)定限制，支護體系的隱蔽部分也無法超越紅線，且一般要求工期短、造價經(jīng)濟、對環(huán)境污染小，因此，基坑支護設計時，在保證安全的前提下，應盡量采用施工速度快、經(jīng)濟較合理和環(huán)境污染少的支護方案，如可回收的鋼板樁、SMW 工法樁等。