下沉式隧道基坑支護施工方案及技術要點

曹竹

（陜西建工機械施工集團有限公司，陜西西安 710032）

0 引言

為了進一步提升某大道的美觀性，采取單向雙車道定向式匝道，由此有效改善通行能力。主線直行方向則采取下沉式隧道，從而緩解直行和轉向之間交通的壓力。針對地面層，則要求提供渠化交通設計處理，從而有效地緩解其他方向的轉向交通壓力。依據當前的交通量，該互通則需要分期作業(yè)，先對主線下沉式隧道進行施工，且地面采取環(huán)島，全面應用當前環(huán)島，減少拆遷的規(guī)模。

1 基坑支護方案分析

針對基坑支護，其主要方案即放坡、護坡樁、錨桿以及噴錨等，而各個方案具備其優(yōu)勢，也具備其劣勢。所以，相關人員要選取科學的支護方案，從而確?；禹椖抠|量可靠。在全面了解該隧道所在區(qū)域項目地質、水文地質資料以及四周環(huán)境條件的前提下，開始多種方案驗證比較，從而明確采取敞口放坡開挖及微型樁、復合土釘墻相綜合的一種支護形式[1]。

1.1 微型樁與預應力復合土釘相結合的支護形式

聯合采取微型樁以及土釘兩類不同的支護形式，接著再通過對部分土釘提供預應力，從而有效地把控變形情況，從而確保支護結構安全可靠。

1.2 微型樁與預應力復合土釘相結合的支護施工工藝

在開挖基坑之前，相關人員針對預先挖掘的坑壁邊緣，要求采取壓力注漿法安置微型樁。待微型樁強度契合后，就要求分段挖掘土體，安置土釘。針對要求提供預應力的土釘，在注漿過程中，要為其前端預留2~4m，將其作為主要的自由段，同時要在端部安置腰梁，如此一來就能夠在面層達到既定強度后，提供預應力。針對腰梁中的土釘鋼筋加塑料套管，避免其和鋼筋黏結。

1.3 微型樁預應力復合土釘相結合的支護機理

首先，復合土釘受力的機理闡述如下：復合土釘受力環(huán)節(jié)可以分為3 個不同的時期：①在安置土釘初期，注漿體積和土層的粘結并未徹底形成，土釘很大程度上并不受力。②注漿體把土釘粘結在地層之中，伴隨挖掘深度的加大，土釘漸漸生成拉力，同時把拉力聚集在和面層粘結的位置，這時內力就相當于無自由變形段的土層錨桿，貼近面層處拉力最大。③挖掘到足夠深度之后，絕大多數的土釘都處在滑裂范圍中，此時土釘內力中間位置的近滑裂面最大，兩側最小，這和土筋具有相似性。

其次，微型樁受力的機理闡述如下，通常來說，微型樁受力源自于土壓力，在多種情形之下，極易受彎、受壓、受剪、受扭以及多種作用的影響，當前主要發(fā)揮的超前支護作用如下：①大幅度提升了微型樁周邊既定范疇內土體的強度以及面層強度。②進一步優(yōu)化了挖掘后土體的受力情況以及變形情況。③調動并協調土釘的支護效用，確?；又苓叚h(huán)境安全。

2 地基加固處置作用及選取方法分析

2.1 注漿法分析

注漿法就是充分應用液壓、氣壓或者電化學方面原理，利用注漿管將漿液緩慢地添入地層內，而漿液則采取填充、滲透以及擠密的手段，抽出土顆粒間或者巖石縫隙內的水分及空氣，在人工調控一段時間后，利用漿液把原本松散的土?；蛘吡严赌谝黄?，產出一個強度大，防水效果佳以及化學性能穩(wěn)定的結石體”。值得注意的是，注漿法所用的漿液包含主劑、溶劑以及多種外加劑，而注漿材料類型豐富，在此之中，水泥漿材即以水泥泥漿為主，經常被用在加固巖土的環(huán)節(jié)中[2]。在處置地基的過程中，注漿工藝可劃分為如下四種，即滲透、劈裂、壓密以及電動化學注漿。而滲透注漿常常被用在中砂以上的砂性土以及具有裂隙的巖石之中。劈裂被用在低滲透性的土層之中，壓密注漿被用在中砂地基之中。除此之外，電動化學注漿被用在只靠靜壓力很難讓漿液注入土的孔隙地層中。

2.2 高壓噴射注漿法分析

考慮到高壓噴射注漿過程中的壓力較大，所以噴射流能量較大，速率較快。如果它持續(xù)并集中運用至土體，那么壓應力與沖蝕等多重因素都會在小范圍內發(fā)生反應，對粒徑較小的細粒土以及包含顆粒較大的卵石、碎石土，都能夠發(fā)揮明顯的攪動效用，從而保證漿液與土凝結成為一個新的固結體。

大量的實踐資料表明，高壓噴射注漿手段對部分淤泥、粉土、素填土以及碎石土等地基都具備積極作用。高壓噴射包括旋噴、定噴以及擺噴三種形狀，都能夠使用單管法、雙管法以及三管法形式完成?？紤]到上述三類噴射流的結構以及噴射介質上的差異性，所以處置長度也不同，以三管法最長，雙管次之，而單管法在其中最短。如果選取旋噴形式，那么就能夠聯合采取單管法、雙管法以及三管法。而定噴以及擺噴形式，往往采取雙管以及三管法兩種手段。通常情況下，相關人員要依據土質條件以及加固標準選擇高壓噴射注漿的施工參數，同時還應該在作業(yè)過程中加以把控。高壓噴射注漿的重要材料包括水泥，針對并未特殊需求的項目，最好采取較高強度等級的硅酸鹽水泥。

3 基坑支護結構的施工技術分析

基坑工程就是從地面往下挖掘的一個地下空間，在地質基礎、現場條件可控的情況下，可以敞口放坡基坑形式建設地下項目。不過針對深基坑周邊區(qū)域，通常會建設垂直的擋土圍護結構，圍護結構通常是在開挖面基底下具備既定深度的板（樁）墻結構。而板（樁）墻包括懸臂式、單臂式以及多撐式。支撐結構能夠有效地緩解圍護結構的變形程度，合理把控墻體彎矩，此時可劃定為內撐以及外錨兩類。

3.1 深基坑圍護結構類型分析

我國運用較為廣泛的圍護結構包括板柱式、柱列式、組合式以及土層錨桿。工字鋼樁圍護結構是一種以基坑圍護結構為主體的工字鋼。在正式挖掘基坑之前，相關人員要在地面使用沖擊式打樁機，順著基坑設計邊線打到地下。如果地層屬于飽和淤泥等松軟地層，那么可以采用靜力壓樁機以及振動打樁機予以沉樁。在挖掘基坑的過程中，伴隨挖土方在樁間嵌入木板，如此一來能夠阻擋樁間土體。當基坑挖掘到既定深度之后，如果懸臂工字鋼的剛度以及和強度都足夠大，那么就要求安置腰梁以及橫撐或者錨桿，而腰梁大多會采取大型槽鋼、工字鋼制造，橫撐就可以采取鋼管或者鋼梁。針對工字鋼樁圍護部分，施工人員可以采取粘性土或者粒徑小的砂卵石作為地層[3]。如果地下水位較高，那么此時就要搭配采取人工降水手段。在打樁的過程中，往往會產生較大的噪聲，所以其圍護結構通常被用在距離住宅區(qū)較遠的區(qū)域。如果基坑范圍較小，那么就可以在臨時施工豎井采用工字鋼作為主要的圍護結構。鋼板樁圍護結構鋼板樁強度較高，樁和樁之間的聯結較為緊密，隔水成效佳，能夠多次采用。所以，在部分地下水位較高的區(qū)域會采取這種結構。

此外，鉆孔灌注樁圍護結構。鉆孔灌注樁通常采取機械成孔，在明挖基坑的過程中，通常采取螺旋式、沖擊式以及正反循環(huán)鉆機等。針對正反循環(huán)鉆機，因為它們使用泥漿護壁成孔，所以成孔過程中的噪音較小，往往被用在城區(qū)范圍內。與此同時，深層攪拌樁就是利用攪拌設施將水泥石灰、地基土攪拌在一塊兒，進而起到穩(wěn)固地基的效果。作為擋土結構的攪拌樁，通常布局為格柵形，深層攪拌樁也能夠持續(xù)搭接布置構成止水帷幕。在地下連續(xù)墻則通常包括預制鋼筋混凝土連續(xù)墻以及現澆鋼筋混凝土連續(xù)墻兩種，該墻具備如下優(yōu)勢。在實際作業(yè)過程中振動不大，噪聲小，墻體剛度較大，對四周地層干擾不大，能夠被應用在多種土層。

3.2 支撐結構類型分析

內支撐通常由多種多樣鋼撐、鋼管撐以及鋼筋混凝土撐等部分組成，從而形成一個支撐系統。外拉錨包括拉錨以及土錨兩類，在深基坑的施工支護結構內，根據材料的不同可以劃分成現澆鋼筋混凝土以及鋼支撐體系，上述體系應用得都較為普遍。除此之外，在現澆鋼筋混凝土支撐體系之中，其截面的實際形式需要依據斷面予以明確。而且布置形式多種多樣，包括環(huán)梁綜合邊桁架等它的優(yōu)勢就在于混凝土結硬后的剛度較大，且變形程度低，安全系數高。不過支撐澆制以及養(yǎng)護周期較長，其圍護結構處在缺少支撐，且暴露的狀態(tài)下，倘若要合理調控變形程度，那么就要及時加固被動區(qū)軟土?？紤]到工程工期較長，且移除難度高，爆破拆除對周邊環(huán)境會有干擾。值得注意的是，鋼結構支撐體系截面形式多樣，如單鋼管、雙鋼管等。而布置形式包括豎向、水平撐以及斜撐形式[4]。在平面布置形式中，通常要求施工人員采取井字撐以及角撐。除此之外，也可以和鋼筋混凝土支撐綜合應用，不過要嚴格處置變形協調難題。它的優(yōu)勢就體現在裝、拆除作業(yè)便捷，能夠多次應用，在支撐過程中能夠加預應力，且調控軸力而有效調控圍護墻變形。工程工藝標準較高，倘若無法合理處置節(jié)點與支撐結構，或者施工支撐不及時、不精準，那么就會導致失去平衡。

3.3 明確支護結構體系

秉持因地制宜的基本原則，相關人員要科學選取支護材料以及支護體系，從而讓技術經濟指標獲得優(yōu)化，還要及時明確支護體系受力情況，全面協調發(fā)揮各個桿件的力學屬性，如此一來就能夠在平穩(wěn)性以及控制變形方面契合周邊環(huán)境需求。而且支護體系布置工作可以盡最大程度推動土方開挖以及主體結構施工，明確該項目隧道的支護結構體系。尤其是針對深度超出（特別是在閉口段）的基坑施工中，施工人員要尤其解決好鋼管支撐的定位（間隔距離、高差）問題。而且在土方開挖期間，如果要應用大型機械進行施工，那么就會和支撐體系產生沖突，所以在施工技術上，務必要全面地考量挖土方案設計情況。而且在挖掘之后，要及時在主體結構施工時提供鋼管支頂的轉換舉措。

在該項目的隧道基坑中，相關施工人員要依據地質條件以及結構埋深狀況，各自采用明挖基坑放坡以及護坡工藝技術。

首先，在基坑降水施工過程中，要求及時降低地下水，這樣才能確保工程安全。在基坑降水環(huán)節(jié)，要求聯合采取多種技術方案，依據土層條件、滲透程度、降水量以及支護結構類型進行設計。針對不同情形，相關人員要采取不同的基坑降水手段，包括明溝、集水井排水。如果挖掘基坑較淺，或者基坑涌水較小時，此時就要優(yōu)先選取集水明排法，這也是一種最為便捷且經濟實用的手段。而明溝、集水井排水大多處在基坑兩端，或者在四周建設排水明溝。

除此之外，在井點降水方面，如果基坑挖掘深度較大，且基坑涌水量很大，再加上有圍護結構，那么就要優(yōu)先選取井點降水手段。也就是采取針孔（輕型）井點、噴射井點，將管井深入含水層內，通過持續(xù)抽水的形式讓水位下降到坑底之下，而且也可以讓土體生成骨節(jié)，從而有利于土方開挖[5]。

值得注意的是，在基坑的隔（截）水帷幕以及坑內外降水方面，如果地下含水層滲透程度較高，且厚度較大的情況下，施工人員可以優(yōu)先采取懸掛豎向截水以及坑內井點降水相綜合的手段，抑或者是采取懸掛式豎向截水以及水平封底相綜合的手段。針對截水帷幕環(huán)節(jié)，當前普遍采取注漿、旋噴法、深層攪拌水泥土樁擋墻等多種不同的結構形式。

在本項目中，施工人員要依據地質條件以及基坑挖掘深度，采取實用便捷的明溝、集水井方式進行降水。如果基坑深度不高，尤其是有效地提高泵房的基坑深度，如果這一范圍內的實際涌水量較大，那么就要采取旋噴樁截水帷幕和坑內井點降水相綜合的手段降水。

4 隧道主體結構的施工技術分析

在本項目閉口段以及敞口段隧道結構，都屬于大型地下項目，所以一次澆筑的規(guī)模很大，尤其是本站底板的厚度不小，防水混凝土的抗?jié)B性能相當關鍵，所以相關施工人員務必要謹慎把控原材料質量，混凝土配合比例，合理進行混凝土澆筑、振搗，設置施工縫，完成養(yǎng)護等環(huán)節(jié)的工作，從而保證地下項目主體結構的安全性，從而避免出現大規(guī)模的裂縫及滲透問題。除此之外，在結構防水工程中，通常隧道防水包含三個主要部分，如外附加防水、結構混凝土自防水以及節(jié)點防水。在進行結構防水的過程中，通常要以預防為主，防排堵相綜合。秉持因地制宜的基本原則，完成結構自防水工作，嚴格實施節(jié)點防水措施。

5 結語

綜上所述，作為處在城市之中的下沉式隧道工程，同時還是在已經開放交通的道路之上，怎樣處置好項目施工中的技術要點，緩解其施工工作對周邊環(huán)境與交通的影響，已經成為下沉式隧道工程中務必要重視的課題之一。