城市地下綜合管廊工程勘察技術(shù)與支護(hù)設(shè)計(jì)方法

于宏波，孫亮亮，張苗苗

（赤峰昊林工程勘察設(shè)計(jì)有限公司，內(nèi)蒙古 赤峰）

1 工程概況

某城市的地下綜合管廊工程，旨在集中管理城市的電力、通信、水、熱力、燃?xì)獾榷喾N公共設(shè)施，以優(yōu)化城市運(yùn)行，提高資源利用效率。規(guī)劃建設(shè)的綜合管廊，總長度約為9.4 km，形成兩縱兩橫的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。管廊寬度為14.5 m，高度為3.8 m，內(nèi)部凈高為3.0 m，其斷面示意如圖1 所示，設(shè)在道路綠化帶下方。

圖1 綜合管廊斷面

按照規(guī)劃，地下綜合管廊的管線種類包括電力線纜、通訊線纜、給排水管線、熱力管線和天然氣管線[1]。地下綜合管廊為矩形四艙結(jié)構(gòu)，管廊上邊界至綠化帶表面層的土層厚度為3 m，綜合管廊為整體閉合式框架結(jié)構(gòu)。

2 城市地下綜合管廊工程勘察

綜合管廊工程的勘察采用鉆探方法，用鉆機(jī)向地下鉆孔，提取土樣和巖芯樣本，進(jìn)而獲得地質(zhì)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步分析巖土類型及分布。

2.1 地質(zhì)勘察參數(shù)

地下綜合管廊工程勘察的主要參數(shù)包括鉆探深度和鉆孔間距。鉆探深度主要取決于管廊設(shè)計(jì)的深度和地質(zhì)條件的復(fù)雜性。間距應(yīng)根據(jù)地質(zhì)條件的變化性決定，地質(zhì)條件復(fù)雜或變化較大的地方，應(yīng)適當(dāng)縮小鉆探間距[2]。

綜合管廊自身高度為3.8 m，考慮到該管廊上邊界到綠化帶表層的土層深度為3 m，管廊基礎(chǔ)距離土壤表層的深度約為7 m，基坑開挖深度約為10 m。工程勘察的鉆孔深度應(yīng)至少20 m，對于軟弱地層，鉆孔深度可取為25 m，為基坑設(shè)計(jì)和施工提供詳盡的地質(zhì)資料。

依據(jù)《巖土工程勘察規(guī)范》，綜合管廊工程的重要性等級為一級，建筑抗震設(shè)防類別為乙類，鉆孔間距范圍為15～25 m，根據(jù)項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，此次鉆孔間距定為20 m。

2.2 地質(zhì)勘察實(shí)施

勘察過程中使用DPP200-5F1 型鉆機(jī)，鉆進(jìn)工藝為泥漿護(hù)壁回轉(zhuǎn)，鉆孔結(jié)束后提取土樣，觀測地下水位，然后進(jìn)行回填夯實(shí)?？辈爝^程中，共鉆孔627 個(gè)，鉆探總進(jìn)尺長度為9 758 m，共進(jìn)行貫入試驗(yàn)1 347次，提取了668 件土樣，其中包含擾動(dòng)砂土樣41 件。通過GPS 測量了627 個(gè)孔位的孔口高程和地下水位高度，為基坑施工提供詳細(xì)的技術(shù)資料?？辈熘蝎@取的原狀土樣，將進(jìn)行物性試驗(yàn)、固結(jié)試驗(yàn)和剪切試驗(yàn)，進(jìn)一步分析地質(zhì)數(shù)據(jù)。

2.3 勘察結(jié)果分析

鉆探和取樣結(jié)果顯示，地質(zhì)結(jié)構(gòu)主要由黏土、砂土和花崗巖層組成，土層中混有礫石，地下水穩(wěn)定水位埋深為3.0～5.8 m，地下水位高程約為10～11.5 m。地下沒有大的巖石裂隙和孔洞，地質(zhì)災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)較小。在鉆探深度范圍內(nèi)，根據(jù)勘察數(shù)據(jù)，地層從上往下的結(jié)構(gòu)如表1 所示。

表1 地層結(jié)構(gòu)

素填土較為松散，不宜作為基礎(chǔ)持力層，粉質(zhì)黏土、細(xì)砂工程性質(zhì)一般。中粗砂、砂質(zhì)黏性土、全風(fēng)化混合花崗巖為中密和硬塑性，屬于中低壓縮性土層，工程性質(zhì)較好。強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖和中風(fēng)化混合花崗巖為較硬巖層，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ級。工程性質(zhì)較好，可直接作為持力層。各地質(zhì)土層的承載力特征如表2 所示。

表2 地層承載力特征及巖土參數(shù)

由勘察數(shù)據(jù)可知，地下管廊場地較穩(wěn)定，花崗巖層以上為富水地層，在基坑設(shè)計(jì)和施工時(shí)應(yīng)著重防護(hù)變形。全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖層的地質(zhì)特性良好，可承載工程自身結(jié)構(gòu)及上層負(fù)重的壓力，可作為基礎(chǔ)持力層。

3 地下綜合管廊基坑工程

3.1 地下管廊基坑支護(hù)

地下管廊基坑支護(hù)體系采用SMW 工法樁，樁的深度為18 m，采用的H 型鋼截面高度為700 mm,寬度為300 mm, 翼板厚度為24 mm, 腹板厚度為13 mm。基坑深度為10.0 m，基坑寬度為17 m，設(shè)置兩道內(nèi)支撐，內(nèi)支撐橫向間距為5 m，冠梁為C30 混凝土，截面為800 mm×400 mm，如圖2 所示。

圖2 基坑支護(hù)方案

對于兩側(cè)有建筑或者軟弱地質(zhì)結(jié)構(gòu)區(qū)段，需要采用錨固支護(hù)體系進(jìn)行加強(qiáng)，布置兩道錨索，錨孔的直徑為80 mm，錨間距為1.2 m，錨桿傾角為15°，錨固體采用PO42.5 水泥砂漿，第一道設(shè)置在冠梁處，冠梁截面為800 mm×400 mm，第二道設(shè)置在基坑深度為5 m 處。

3.2 地下管廊基坑監(jiān)測

地下管廊工程的施工場地為富水地層，基坑施工應(yīng)著重注意基坑變形，確保施工安全。為此，必須對基坑進(jìn)行監(jiān)測[3]，監(jiān)測內(nèi)容如表3 所示。

表3 基坑監(jiān)測內(nèi)容

基坑監(jiān)測點(diǎn)布置如圖3 所示，基坑頂部水平位移每組布置間距為40 m；支撐軸力監(jiān)測點(diǎn)每組間距為40 m，地表沉降監(jiān)測點(diǎn)距離基坑分別為2 m、5 m、10 m、15 m，每組監(jiān)測點(diǎn)間距為40 m。

圖3 監(jiān)測點(diǎn)布置

3.2.1 位移分析

某樁段中點(diǎn)附近的監(jiān)測點(diǎn)處的基坑頂部水平位移的部分監(jiān)測數(shù)據(jù)如表4 所示。

由表4 中數(shù)據(jù)可知，隨著施工推進(jìn)，基坑挖掘的深度增加，基坑頂部水平位移呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢，挖掘至基坑底部時(shí)，水平位移最大，最大水平位移為8.47 mm，且小于預(yù)警值30 mm。出現(xiàn)在深度為10 m的位置。除了挖掘深度為2 m 的最大位移出現(xiàn)在5 m深度之處外，其他各個(gè)工況的位移均出現(xiàn)在深度為10 m 的位置，也即基坑的深度一半的位置。

3.2.2 內(nèi)支撐軸力分析

地下管廊基坑施工過程中，內(nèi)支撐承受兩側(cè)的土壓力，某監(jiān)測點(diǎn)的內(nèi)支撐軸力曲線如圖4 所示。

圖4 內(nèi)支撐軸力曲線

第一道內(nèi)支撐的軸力較小，最大值為264.14 kN，在施工第11 天出現(xiàn)該最大值，當(dāng)天進(jìn)行了第二道內(nèi)支撐的搭設(shè)，此后內(nèi)支撐軸力緩慢減小，至施工24 天后，趨于穩(wěn)定，內(nèi)支撐軸力在125 kN 左右。隨著基坑開挖深度增加，第二道內(nèi)支撐的軸力比較大，從搭設(shè)完成至施工的22 天內(nèi)增長較快，然后增長趨勢變緩，最大值為1 042 kN，但處于安全范圍內(nèi)。

3.2.3 地表沉降

地表沉降D1-1～D1-4 的沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，如表5所示。

表5 地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)/mm

由表5 中數(shù)據(jù)可知，隨著基坑開挖，基坑兩側(cè)的地表沉降量不斷增大。開挖初期沉降變化較快，施工后期，沉降變化率逐漸趨緩。距離基坑位置越近，同一時(shí)間的地表沉降監(jiān)測值越大，距離基坑邊緣為2 m 的監(jiān)測點(diǎn)得到的最大地表沉降量為11.81 mm，整體可控，施工安全。

4 結(jié)論

結(jié)合某城市地下綜合管廊工程，研究勘察技術(shù)和支護(hù)方法，得到以下結(jié)論：

（1） 采用鉆探方法獲取土樣和巖芯樣本，地下管廊施工場地較穩(wěn)定，花崗巖層以上為富水地層，應(yīng)著重防護(hù)變形。全風(fēng)化和強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖層的地質(zhì)特性良好，可作為基礎(chǔ)持力層。

（2） 地下管廊基坑支護(hù)體系采用SMW 工法樁，部分地段采用錨固支護(hù)體系進(jìn)行加強(qiáng)。

（3） 基坑頂部最大水平位移為8.47 mm，內(nèi)支撐軸力最大值為1 042 kN，最大地表沉降量為11.81 mm，均低于預(yù)警值，項(xiàng)目整體可控，施工安全。