1、下沉式隧道基坑支護施工方案及技術(shù)要點五公司趙建國摘要：復(fù)合土釘墻支護技術(shù)是近年來發(fā)展起來用于土體開挖和邊坡穩(wěn)定的一種新型擋土結(jié)構(gòu)。 該文結(jié)合工程實例的地質(zhì)及周邊復(fù)雜的施工條件，對下沉式大跨度汽車隧道基坑工程結(jié)構(gòu)所采用的復(fù)合土釘墻支護方案的支護機理進行了分析，對該支護方案的施工技術(shù)要點、技術(shù)難題處理及施工保通措施進行了闡述。關(guān)鍵詞： 隧道；基坑支護；土釘墻；下沉式隧道；施工技術(shù)某樞紐互通位于國道G107線鄭州段改建工程項目終點，連接機場互通連接線中州第一門、航空港區(qū)主干道新港大道和迎賓大道，現(xiàn)狀為環(huán)形平交，交叉樁號K41+871.432。 （見圖 1）圖 1 迎賓大道互通（一期）地理位置示意圖為

2、保護迎賓大道的形象，不干擾在建的大型雕塑，采用單向雙車道定向式匝道增加通行能力； 主線直行方向采用下沉式隧道，減少直行與轉(zhuǎn)向交通的沖突。地面層進行渠化交通設(shè)計，解決其余方向的轉(zhuǎn)向交通。根據(jù)預(yù)測的交通量，該互通可分期實施，近期僅實施主線下沉式隧道，地面采用環(huán)島（充分利用現(xiàn)狀環(huán)島、避免大量拆遷) 渠化交通。其遠(yuǎn)期方案和近期實施工程如圖2 所示。（ a） 遠(yuǎn) 期（ b） 一 期圖 2 迎 賓 大 道 互 通 立 交 實 施 方 案1. 下沉式隧道工程地質(zhì)概況根據(jù)程巖土工程勘察報告，所建隧道區(qū)段內(nèi)的地下水補給來源以降雨和側(cè)向徑流為主，屬空隙潛水。穩(wěn)定水位4.4 米左右。根據(jù)鉆探土的成因、結(jié)構(gòu)及物理力學(xué)

3、性質(zhì)，該隧道所在區(qū)域內(nèi)的土層可劃分為7 個小層，其物理性質(zhì)如表1 所示。表 1 土層物理性質(zhì)層號土層土質(zhì)特點土層厚度 /m 1 粉土黃褐色，松散，局部夾粉砂9.5 2 粉質(zhì)黏土黃褐色，軟塑塑，含小顆粒鈣質(zhì)結(jié)核3.0 3 粉砂中密密實，黃褐色，飽和6.0 4 粉土黃褐色，密實，飽和，含小顆粒鈣質(zhì)結(jié)核，粒徑不等3.0 5 中砂黃褐色，密實，飽和，礦物成分以石英長石為主2.0 6 粉質(zhì)粘土棕黃色，硬塑，濕，含鐵質(zhì)斑點及小顆粒鈣質(zhì)結(jié)核等14.0 7 黏土硬塑堅硬，棕紅色，濕，局部夾薄層粉土7.5 2. 基坑支護方案基坑支護的常用方案有放坡、護坡樁、錨桿和噴錨等，各種方案有其優(yōu)點和局限性。因此，選擇合理

4、的支護方案是保證基坑工程質(zhì)量和施工安全的關(guān)鍵。在掌握和深入研究該隧道所在區(qū)域工程地質(zhì)、水文地質(zhì)資料和周邊環(huán)境條件的基礎(chǔ)上，進行多種方案的分析、論證與優(yōu)化，確定采用敞口放坡開挖及微型樁、復(fù)合土釘墻相結(jié)合的支護方案。2.1 微型樁 +預(yù)應(yīng)力復(fù)合土釘支護形式微型樁和部分預(yù)應(yīng)力復(fù)合土釘支護（見圖3）即聯(lián)合應(yīng)用微型樁與土釘兩種支護形式，并通過對部分土釘施加預(yù)應(yīng)力的措施來控制變形，保證支護結(jié)構(gòu)的安全。圖3 微型樁 +復(fù)合土釘支護形式2.2 微型樁 +預(yù)應(yīng)力復(fù)合土釘支護施工工藝基坑開挖前， 先在待開挖的坑壁邊緣采用壓力注漿法設(shè)置微型樁，微型樁強度滿足后，對土體進行分段開挖，設(shè)置土釘。 對需施加預(yù)應(yīng)力的土釘，

5、注漿時其前端預(yù)留24 米作為自由段，并在端部設(shè)置腰梁，以便在面層砼達(dá)到強度后施加預(yù)應(yīng)力（見圖4） 。腰梁內(nèi)土釘鋼筋加塑料套管，防止砼與鋼筋粘結(jié)。圖4 預(yù)應(yīng)力土釘與面層的連接2.3 微型樁 +預(yù)應(yīng)力復(fù)合土釘支護機理2.3.1復(fù)合土釘受力機理復(fù)合土釘受力過程分為三階段（見圖 5） ：1）土釘安設(shè)的初期，注漿體與土層的粘結(jié)尚未形成，土釘基本不受力；2） 注漿體將土釘粘結(jié)于地層中，隨著開挖深度的增加，土釘逐漸產(chǎn)生拉力， 并將拉力集中在與面層粘結(jié)的部位，這時內(nèi)力類似于無自由變形段的土層錨桿( 靠近面層處拉力最大，往后逐漸縮小) ； 3 ） 開挖足夠深度，土釘?shù)拇蟛糠痔幱诨逊秶畠?nèi)，這時土釘內(nèi)力表現(xiàn)為中

6、間部位(近滑裂面 ) 最大、兩端最小，類似于土筋。(a) 土釘內(nèi)力為零(b) 土釘內(nèi)力類似于錨桿(3) 土釘內(nèi)力類似于土筋圖5 復(fù)合土釘?shù)氖芰^程2.3.2 微型樁受力作用機理微型樁受力主要來自土壓力，在不同情況，可能受彎、受壓、受剪、受扭及各種作用的組合，目前其主要起超前支護作用，體現(xiàn)在：(1) 提高了微型樁周圍一定范圍內(nèi)土體的強度和面層強度. (2) 改善了開挖后土體的受力和變形. (3) 調(diào)動并協(xié)調(diào)土釘?shù)闹ёo作用，保證基坑周圍環(huán)境的安全. 2.4 基坑計算荷載(1) 土壓力及水壓力，水壓力取離地面4.4m為地下水位線。(2) 地面堆積荷載及大型車輛的動、靜荷載。(3) 周邊建筑物的作用荷

7、載：為20kPa。(4) 施工荷載，為 20kPa。2.5 支護結(jié)構(gòu)形式該項目采用明挖施工，支護結(jié)構(gòu)根據(jù)基坑開挖深度按表2選取。表 2 明挖基坑與放坡級別關(guān)系表基坑深度 H/m 放坡級別土釘長度 / m 及型號入射角 /( ) 橫豎間距 / m 0H2 1：1 放坡開挖2H5 一級 4：1 10 、2820 1 1 5mH10 兩級 4：1 15 、2820 1 1 H10三級 4：1 20 、2820 1 1 注：當(dāng)基坑深度大于5 m，放坡的平臺為2 m，且每個平臺采用一排微型樁加固，其直徑15cm，樁長7.5m，縱向樁間距1.2m。基坑開挖坡面均噴射C20砼，厚度為 8cm，內(nèi)含 10mm

8、100100mm 鋼筋網(wǎng)。該隧道基坑支護斷面如圖 6所示。（a）開口段支護橫斷面（b）閉口段支護橫斷面圖 6 下沉式隧道基坑支護斷面（單位：cm）3. 基坑支護施工及施工難題處理方案3.1 基坑支護施工方案3.1.1 基坑開挖方案土方開挖中充分考慮時空效應(yīng)，合理確定土方分層開挖層數(shù)、每層分段數(shù)量， 分段開挖的時間限制等，且與設(shè)計工況保持一致，并遵循“開槽支撐，先撐后挖，分層開挖，嚴(yán)禁超挖”的原則。具體如下：(1) 各斷面的開挖分層次數(shù)與該斷面內(nèi)支撐道數(shù)大致相同；一般土層分層開挖深度為12m ，該項目分層開挖深度為1.5m；開挖寬度滿足支護作業(yè)和邊坡臨時穩(wěn)定性要求。(2) 基坑開挖自上而下進行，

9、嚴(yán)禁超挖和“大鍋底”開挖，開挖后及時支護。(3) 基坑采用機械開挖，基坑底及坑壁留200mm 厚土層， 由人工挖掘修整。開挖層設(shè)集水坑，及時用泵排除坑底積水。(4) 開挖到底后，及時清底驗槽，減少暴露時間，防止地基土原狀結(jié)構(gòu)受到破壞。支護前，清除松動土層。3.1.2放坡段施工方案(1) 開挖工作面，修整邊坡，埋設(shè)噴射砼厚度控制標(biāo)志。(2) 噴射第一層砼。(3) 綁扎、固定鋼筋網(wǎng)，噴射第二層砼。(4) 坡頂、坡面和坡腳的排水處理。3.1.3噴射砼施工方案(1) 噴射砼分段依次進行，同一分段內(nèi)噴射自下而上分兩次進行。(2) 噴射時，噴頭盡量與噴射面保持垂直，距離為60cm 120cm 。(3) 噴

10、射時控制好水灰比，保證砼表面平整、濕潤光澤、無干斑及滑移流淌現(xiàn)象。(4) 上一級噴射砼面層達(dá)到設(shè)計強度的70% 后，開挖下一級放坡施工。(5) 鋼筋網(wǎng)與固定鋼筋連接牢固，噴射砼時鋼筋網(wǎng)不晃動。(6) 鋼筋網(wǎng)的搭接長度不小于300mm 。3.1.4復(fù)合土釘施工方案土釘支護設(shè)計見圖7。施工方案如下：（a）正立面圖(b) A A 斷面圖圖 7 土釘支護設(shè)計（單位：cm）(1) 按設(shè)計縱向、橫向尺寸及與水平面夾角進行鉆孔施工，采用洛陽鏟成孔。(2) 鋼筋平直、除銹、除油。(3) 注漿材料用水泥砂漿，其配合比為1：11： 2，水灰比為0.4 0.45 。(4) 注漿管插到距成孔底部250 500mm ，

11、保證注漿飽滿，在孔口設(shè)止?jié){塞。(5) 安裝土釘時設(shè)置定位器，以保證鋼筋的保護層厚度。3.1.5微型樁施工方案(1) 用全站儀測量放線，確定樁位坐標(biāo)。(2) 調(diào)整鉆機位置，慢速鉆孔。(3) 開動水泵注入清水，待深為1m左右時加快鉆孔速度，確保成孔的位置和垂直度。(4) 成孔至設(shè)計深度后，往復(fù)提、降鉆桿，并不停抽入泥漿，盡量將孔內(nèi)土屑排出。(5) 排出泥漿中無大顆粒狀土屑時，停止抽入泥漿，并將鉆桿頭部卸掉，接上注漿管準(zhǔn)備注漿。鋼筋籠主筋保護厚度取25mm 。鋼筋籠一般在成孔前完成，步驟為加勁箍制作主筋配料主筋定位箍筋設(shè)置對中支架安裝。3.1.6基坑降水及排水方案土釘墻施工中應(yīng)采取有效的地表排水、內(nèi)

12、部排水、 基坑地下水位降低及排水等措施。該項目主要采用降水井、集水明排的方法。(1) 基坑周圍地表排水。為防止地表水向地下滲透，使涇流遠(yuǎn)離邊坡，在距離坡頂邊線2m左右設(shè)置截水溝，在低處設(shè)置集水井，以防雨水大面積匯入基坑。(2) 基坑內(nèi)部排水。在基坑開挖施工階段，每開挖一層土方，沿坑底設(shè)置臨時排水縱溝及集水井， 避免坑底積水浸泡邊坡土體；基坑開挖到底后，設(shè)置截水溝，在基坑四角和周邊每隔 3040m設(shè)一個集水井，同時設(shè)置泵站排水。排水溝底面比挖土面低0.3 0.4 ，集水井底面比溝底面低0.5 。(3) 基坑地下水位降低及排水。當(dāng)基坑側(cè)壁出現(xiàn)分層滲水，按不同高程設(shè)置導(dǎo)水管、導(dǎo)水溝等構(gòu)成明排系統(tǒng)。3

13、.2 施工中遇到的問題及處理方案3.2.1 施工中遇到的問題（1）K41775951 長 140m隧道閉口段采用單箱雙室閉口框架結(jié)構(gòu)，斷面全寬30.0m，左、右室凈寬為13.5m；K41635775 和 K41915K42205 段共計 260m ，開口段采用U形框架結(jié)構(gòu)，凈寬27.0m。這兩個區(qū)段均為大跨度隧道基坑，地質(zhì)條件復(fù)雜，基坑支護難度大。（2）2 條大型高壓供電電纜位于隧道開挖段，管線保護要求較高。（3）基坑開挖深度和長度較大，對周邊建筑物及其他構(gòu)筑物的影響較大，對安全施工的要求較高；同時施工期間需保證周圍道路的通行，施工場地狹小，施工條件惡劣。（4）隨著開挖深度的不斷增加，技術(shù)難度

14、、施工難度也相應(yīng)增大，施工單位承擔(dān)的風(fēng)險越來越大。(5) 建設(shè)單位不僅要求確保工程質(zhì)量，對加快施工進度、降低工程投資、保證施工安全也提出較高的要求，相應(yīng)地增加了施工難度。3.2.2 處理方案（1）根據(jù)該下沉式隧道施工技術(shù)難度大、施工工期緊及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求高的特點，從多個項目中抽調(diào)具備類似工程經(jīng)驗的技術(shù)人員，根據(jù)設(shè)計文件及現(xiàn)行規(guī)范的要求，選擇技術(shù)可行、造價合理、安全可靠的施工技術(shù)方案。（2）施工保通方案分三步進行：1）通過區(qū)域路網(wǎng)，對交通流實行分流；施工完畢兩側(cè)設(shè)臨時輔道， 完成地面環(huán)島平交改造；利用兩側(cè)輔道及原有道路進行局部交通疏導(dǎo)，同時設(shè)置合理的交通標(biāo)志和標(biāo)線，保證交通暢通。2）對主線進行局部

15、封閉，安裝彩色鋼板圍欄，開挖施工下沉式隧道閉口段；采用土釘墻支護施工，盡量少占用地面臨時輔道空間。3）施工閉口式隧道頂平交路面，采用平交渠化引導(dǎo)地面交通；封閉隧道開口段主線，施工下沉式隧道開口段；隧道開口段施工完畢，拆除彩色鋼板圍欄，恢復(fù)交通（見圖8）。圖 3-2 保通方案設(shè)計圖3.3 基坑開挖施工應(yīng)急措施為預(yù)防在基坑開挖過程中出現(xiàn)意外，預(yù)先準(zhǔn)備足夠的鋼支撐、土方及砂袋； 成立搶險領(lǐng)導(dǎo)小組和搶險救災(zāi)隊伍；與當(dāng)?shù)貧庀蟛块T密切聯(lián)系，做好預(yù)防工作； 工地自備發(fā)電機組和抽水設(shè)備。施工期間采取降水措施，嚴(yán)格控制地下水位，側(cè)墻施工到一定高度時及時回填；暴雨時準(zhǔn)備足夠的砂袋，均勻地堆放在隧道結(jié)構(gòu)底板上抗浮。

16、4. 基坑支護監(jiān)控深基坑支護工程是一項高風(fēng)險、高難度的系統(tǒng)工程，在市區(qū)高樓林立、交通繁忙的情況下，安全要求更高。因此，施工動態(tài)管理和信息化管理非常重要。該工程施工期間對基坑支護進行了的嚴(yán)密監(jiān)控量測（測布置點、 監(jiān)測項目及頻率等如表3 所示），確保施工期間基坑本身及周邊環(huán)境的安全。表 3 下沉式隧道基坑支護監(jiān)控量測表監(jiān)測項目監(jiān)測對象儀器監(jiān)測精度量測頻率測點布置地下水位基坑周圍 1mm 圍護結(jié)構(gòu)施工及基坑開挖期間 1 次/(2d)，主體結(jié)構(gòu)施工期間 2 次/周沿隧道縱向 1525m 布置 1 個測點地面沉降圍護結(jié)構(gòu)周圍土體1/100(Fs)圍護結(jié)構(gòu)施工及基坑開挖期間 1 次/(2d)，主體結(jié)構(gòu)施工

17、期間 2 次/周1520m 布置 1 個測點孔隙水壓力圍護結(jié)構(gòu)周圍土體1/100(Fs)圍護結(jié)構(gòu)施工及基坑開挖期間 1 次/(2d)，主體結(jié)構(gòu)施工期間 2 次/周沿隧道縱向每側(cè)布置4個測點，同一孔豎向23m 布置 1 個測點圍護結(jié)構(gòu)邊管線沿管線軸向 1mm 1 次/(2d)，直至管線恢復(fù)為止根據(jù)管線部門的要求設(shè)置注： Fs 為滿量程該項目監(jiān)測結(jié)果表明地面沉降最大位移為22mm ，無局部塌陷發(fā)生。證明微型樁與土釘墻相結(jié)合的復(fù)合土釘墻支護能有效控制圍護結(jié)構(gòu)周圍地面土體的變形。5. 結(jié)束語對大跨度深基坑支護，目前采用較多的鋼板樁、地下連續(xù)墻等圍護支撐結(jié)構(gòu)，其造價太高。而復(fù)合式土釘墻在傳統(tǒng)土釘墻的基礎(chǔ)

18、上，配合采用微型樁等技術(shù)措施，具有較強的技術(shù)優(yōu)勢和經(jīng)濟優(yōu)勢，可降低造價10% 40% 。該項目大跨度下沉式隧道基坑支護工程的安全順利施工表明復(fù)合式土釘墻在深基坑支護中應(yīng)用效果顯著， 不僅突破了以往土釘墻支護僅適用于地下水位以上或經(jīng)降水后的粘性土或密實性較好的砂土地層的界限，而且在放坡平臺上設(shè)置微型樁可提高土釘墻的整體穩(wěn)定性。土釘墻支護結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍可進一步擴大。 參考文獻(xiàn) 1 JGJ120 99 ， 建筑基坑支護技術(shù)規(guī)程S. 2 劉建航，侯學(xué)淵；基坑工程手冊M ：中國建筑工業(yè)出版社，1997. 3 楊志銀，張俊，王凱旭復(fù)合土釘墻技術(shù)的研究及應(yīng)用J 巖土工程學(xué)報，2005，27(2). 4 張欽

19、喜，朱緒平，潘旭亮，等. 復(fù)合土釘支護的設(shè)計和應(yīng)用實例 J . 土木工程學(xué)報， 2004 ， 37 (5) ： 65 - 69. 5 鄭州市公路勘察設(shè)計院. 國道 107 線鄭州段改建工程兩階段施工圖設(shè)計，2009. 6 彭建波 . 下沉式立交隧道基坑工程施工監(jiān)測J.公路與汽運， 2006（3）. 7 李光輝 . 拉森鋼板樁在基坑支護中的應(yīng)用J.公路與汽運， 2008（1）. 8 潘宏毅 . 邊坡土釘支護設(shè)計J. 公路與汽運， 2006（2）. 9 代國忠，王曉斌 . 深基坑工程復(fù)合式土釘墻支護技術(shù)的應(yīng)用綜述J.常州工學(xué)院學(xué)報， 2008， 21 （5） . 10 王健 . 復(fù)合土釘墻支護技術(shù)在地下結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用A.北京工程管理科學(xué)學(xué)會第六次會員代表大會暨 2006 年學(xué)術(shù)年會論文集C.2006.