復(fù)雜地質(zhì)工況下明挖基坑施工技術(shù)分析

邊宏昊，趙春鳳

（1.天津市交通科學(xué)研究院，天津 300300；2.天津路馳工程咨詢有限公司，天津 300122）

綜合管廊工程施工項(xiàng)目規(guī)模大、工期長(zhǎng)、工序多、不可預(yù)見(jiàn)的因素多，增加了施工的安全隱患以及難度。綜合管廊工程施工風(fēng)險(xiǎn)很大，必須綜合考慮，保證施工方案的合理性和安全性，引入先進(jìn)的施工技術(shù)與工藝，提高綜合管廊施工技術(shù)水平[1]。本文主要針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下綜合管廊施工技術(shù)進(jìn)行研究，解決復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境給綜合管廊工程帶來(lái)的難題。

1 工程概況

某綜合管廊工程橫穿從高架橋PW0030與PW0031橋樁之間穿過(guò)。施工范圍車流量較大，施工期間不能斷交，現(xiàn)狀地面道路分布的主要管線有DN1 000 mm污水管道、DN1 400 mm給水管道、DN 600 mm雨水管道、DN400 mm污水管道及其他電力管線。

2 施工方案的選擇

2.1 開(kāi)挖方式

工程地質(zhì)條件復(fù)雜：南側(cè)圍巖為強(qiáng)風(fēng)化基巖，受地質(zhì)構(gòu)造影響嚴(yán)重，巖體極其破碎，極易失穩(wěn)；北側(cè)圍巖為粉質(zhì)粘土及粉土，均為飽和狀態(tài)。結(jié)合實(shí)際情況及相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)，圍巖地層復(fù)雜，主要由泥質(zhì)砂巖、飽和軟塑狀粉質(zhì)黏土及飽和粉土構(gòu)成。開(kāi)挖范圍內(nèi)基坑側(cè)壁土質(zhì)不均勻，強(qiáng)風(fēng)化基巖巖體極其破碎，極易失穩(wěn)；飽和粉質(zhì)粘土呈軟塑狀，存在基坑兩側(cè)土質(zhì)不一的偏壓情況且開(kāi)挖范圍在地下水位以下，不具備暗挖施工的地質(zhì)條件，故決定采用明挖施工。見(jiàn)圖1。

圖1 綜合管廊地質(zhì)

2.2 支護(hù)及支撐形式

復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境下,很多隧道巖石結(jié)構(gòu)并不穩(wěn)定,適合采用臺(tái)階開(kāi)挖方法[2]。本工程管廊基坑深13 m、寬度12.3 m，高架橋PW0030與PW0031橋跨兩側(cè)墩柱間凈距36 m，墩柱下部承臺(tái)間凈距29.5 m，高架橋下凈空高度為6.5 m，無(wú)法滿足基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工及管廊施工過(guò)程中吊裝作業(yè)的凈空要求。為給基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工及管廊施工過(guò)程中吊裝作業(yè)施工提供一定的工作凈空，需將基坑劃分為上下兩部分：上部基坑采取1∶1放坡開(kāi)挖噴錨支護(hù)的形式下挖2.5 m；下部基坑采用支護(hù)開(kāi)挖的形式。

2.2.1 下部基坑支護(hù)形式

深基坑支護(hù)形式包括SMW工法樁、混凝土支撐、可回收高壓旋噴預(yù)應(yīng)力錨索、土釘墻、拉森鋼板樁和型鋼斜拋撐等[3]。本工程中地下水豐富、滲流性較大，采用高壓旋噴樁既可維護(hù)基坑的穩(wěn)定，又能起到止水的作用，是比較理想的選擇；橋下可利用的最大凈空為9 m，不滿足高壓旋噴樁作業(yè)需要且基坑范圍大部分土質(zhì)為強(qiáng)風(fēng)化基巖，高壓旋噴樁作業(yè)鉆進(jìn)困難，成樁效果較差，不能滿足支護(hù)剛度要求。受以上條件制約，高壓旋噴樁支護(hù)無(wú)法在本段施工中應(yīng)用。經(jīng)過(guò)多方案比選，最終選用灌注樁支護(hù)的方式[4]。

2.2.2 下部基坑支撐形式

下部基坑深度9.3 m，采用灌注樁支護(hù)形式時(shí)需在基坑頂部及中部設(shè)置2道支撐。見(jiàn)圖2。

圖2 基坑基礎(chǔ)橫斷面

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)支撐有鋼管支撐及鋼筋混凝土支撐2種形式，考慮到鋼筋混凝土支撐施工及養(yǎng)護(hù)周期長(zhǎng)，無(wú)法滿足施工工期的要求，故采用φ600 mm×10 mm鋼管支撐。

2.3 基坑降水

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)資料，擬建綜合管廊暗挖段地下水埋深6.3～6.8 m，水量較大，有季節(jié)性滲流，水位變幅為1.0～2.0 m/a，應(yīng)充分考慮地下水對(duì)工程的影響，采取相應(yīng)的降水及排水措施。根據(jù)場(chǎng)地內(nèi)土質(zhì)特點(diǎn)及地下水滲透系數(shù)，采用輕型井點(diǎn)+管井降水的方式，基坑外側(cè)采用管井降水，用潛水泵抽水，基坑內(nèi)側(cè)退臺(tái)處采用輕型井點(diǎn)降水真空泵抽水。管井間距10 m，井深20 m；輕型井點(diǎn)降水井井深15 m，間距1 m。見(jiàn)圖3。

圖3 降水井點(diǎn)布置

3 施工方法

3.1 沖擊鉆灌注樁施工

選擇凈空要求較小的沖擊鉆施工，灌注樁鋼筋籠長(zhǎng)度為17.5 m，由于橋下可利用的凈空僅為9 m，鋼筋籠需分3節(jié)吊裝，每節(jié)鋼筋籠長(zhǎng)約6 m。鋼筋籠加工完成后運(yùn)至灌注樁施工區(qū)附近存放，吊裝鋼筋籠時(shí)利用吊車配合運(yùn)輸車運(yùn)至樁孔附近。

采用2臺(tái)鉆機(jī)劃分作業(yè)區(qū)域，由于灌注樁之間距離較近，為保證孔壁穩(wěn)定，防止塌孔，每臺(tái)鉆機(jī)采用“跳打”方式，間隔成孔。

3.2 降水井施工

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，擬在土方開(kāi)挖前采用旋挖機(jī)工藝進(jìn)行管井成孔，設(shè)計(jì)管井口徑為800 mm，鉆孔內(nèi)置入管徑400 mm井管和不大于含水層厚度的濾水管，井管必須扶正安裝，保證井管位于鉆孔正中，以利于填礫厚度均勻。

在井管安裝前，需要對(duì)成孔的降水井進(jìn)行測(cè)量，如井底沉渣過(guò)厚，必須進(jìn)行清渣工作，保證孔底沉渣厚度＜30 cm。井管采用直徑400 mmPVC波紋管，下管前必須測(cè)量孔深，孔深符合設(shè)計(jì)要求后，開(kāi)始下井管。

在降水井的成井施工階段要邊施工邊抽水，即完成一口投入運(yùn)行一口，力爭(zhēng)在基坑開(kāi)挖前，將基坑內(nèi)地下水降到基坑底開(kāi)挖面以下1.0 m深，抽水過(guò)程中經(jīng)常用測(cè)繩測(cè)量水位，水位降到設(shè)計(jì)深度后，即暫停抽水，觀測(cè)井內(nèi)的水位恢復(fù)情況。

在降水井、水泵、管路安裝完畢正常抽水情況下，做好各項(xiàng)質(zhì)量及降水運(yùn)行的記錄，及時(shí)分析整理、繪制各種必要的圖表，以合理指導(dǎo)降水工作。為保證施工期間降水順利進(jìn)行，保證順利施工，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置后備發(fā)電機(jī)組，確保連續(xù)降水。

3.3 基坑開(kāi)挖

基坑開(kāi)挖分3段進(jìn)行，每段均由中間向兩邊開(kāi)挖，開(kāi)挖過(guò)程中要隨時(shí)檢查和測(cè)量嚴(yán)禁超挖。每開(kāi)挖2 m深，進(jìn)行一次自檢，合格后，向監(jiān)理工程師進(jìn)行報(bào)驗(yàn)，待監(jiān)理工程師同意后，方可進(jìn)行下道工序施工。采用2臺(tái)挖土機(jī)配合進(jìn)行土方分層開(kāi)挖時(shí)，挖土?xí)r預(yù)留100 mm基底原狀土用人工清理，以避免擾動(dòng)基底原狀土[5]。

4 基坑監(jiān)測(cè)

該工程基坑施工區(qū)域周圍3倍基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)地下管線、周邊土體、構(gòu)筑物和基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)本身作為本工程監(jiān)測(cè)及保護(hù)的對(duì)象，以基坑圍護(hù)施工和開(kāi)挖施工為監(jiān)測(cè)工作的重點(diǎn)階段。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目設(shè)置內(nèi)容：坡頂水平位移；坡頂豎向位移（沉降）；地表及坡面裂縫觀測(cè)；地面沉降；地下水位監(jiān)測(cè)；基坑鄰近建筑物（構(gòu)筑物）[6]。

施工過(guò)程中在基坑周邊和基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)上共設(shè)置檢測(cè)點(diǎn)163個(gè)，基坑開(kāi)挖的不同時(shí)期每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在不同時(shí)間進(jìn)行了42次檢測(cè)，通過(guò)位置坐標(biāo)和高程來(lái)監(jiān)測(cè)水平位移和豎向位移。經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水平位移單次變化量一般在0～1 mm，最大單次變化量為2 mm，累計(jì)變化量為0～4 mm。所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的豎向位移單次變化量一般在0～1 mm，最大單次變化量為1 mm，累計(jì)變化量為0～3 mm。在整個(gè)施工過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生管道破損、泄漏情況，周邊建筑無(wú)裂縫，周邊道路（地面）無(wú)裂縫、沉陷。

5 結(jié)語(yǔ)

工程克服了土質(zhì)不均勻、強(qiáng)風(fēng)化基巖巖體碎失穩(wěn)和基坑兩側(cè)土質(zhì)不一的復(fù)雜地質(zhì)情況，提出“沖擊鉆灌注樁+鋼支撐”支護(hù)的明挖施工方法，形成了一套完整的工藝流程，做到既能保證工期，又能保證開(kāi)挖過(guò)程中周邊土體的穩(wěn)固，為后期施工提供一個(gè)安全的作業(yè)環(huán)境。