内支撑支护技术在深基坑中的应用与发展

邓恺坚

【摘 要】文章简述了内支撑支护技术的特点与应用现状，结合工程实例分别分析了传统钢筋混凝土支撑、钢支撑、组合式内支撑、预应力鱼腹梁装配式钢支撑的技术特点，最后对内支撑技术的发展前景进行了展现。

【关键词】钢筋混凝土支撑； 钢支撑； 预应力鱼腹梁

0前言

内支撑支护系统作为基坑开挖阶段围护坑内外两侧压力差的平衡体系，经过多年来大量深基坑工程的实践，呈现出多种多样的形式。随着基坑开挖深度的增加和周边环境日趋复杂，常规内支撑形式因其工期、造价、环境污染、控制变形等因素暴露的弊端也越来越多，而通过利用主动支护理论减小支撑规模、使用能回收利用的标准构件进行快速安装的内支撑是很有前景的发展方向。

1 传统钢筋混凝土支撑和钢支撑

内支撑体系按其材料可分为钢支撑和钢筋混凝土支撑两大类。两种支撑形式各有各的优点：钢支撑具有安装迅速且可以回收重复利用的优点；混凝土支撑则可以很好的控制墙体的变形，但由于通常需要爆破拆除而会产生大量的建筑垃圾。钢支撑适用于基坑平面比较规则，平面尺寸相对较小的基坑工程。

钢支撑常用材料有钢管和型钢两种。2000年我司承建的广州地铁黄沙试验段工程，是第一个使用圆形钢支撑支护系统的地铁工程，地铁黄沙站工程发现了采用多层钢支撑支护系统的一项缺陷，大部分土方不能采用机械化施工挖运，只能改用人工挖土、机械吊土的方式作业，因此增加了土方挖运的成本和工期；2010年兴建的中兴通讯上海研发中心研发大楼，采用型钢支撑，支撑间距为13.5m，解决了土方开挖与基础主体施工间矛盾、周边深坑土方开挖等施工工作难点[1]。

我司承建的广州文冲船厂有限公司饭堂工程深基坑支护项目，具有工期短、施工难度大、施工场地狭窄等特点，通过选取“钢板桩+超长钢支撑”的支护形式。该项目是首次在大面积的深基坑中使用钢板桩作为基坑的支护体系，为控制基坑变形，对钢管内支撑施加了预应力，同时在钢板桩和围檩之间浇筑混凝土进行刚性固接，使到整个支护体系刚柔结合，增强了其抗弯和抗剪性能，取得了良好的施工效果。

2 工具式组合内支撑

近几年来，在国内外支护结构中钢结构支撑体系被广泛采用，如工具式组合内支撑技术，被收录为地基基础和地下空间工程技术10项新技术之一（2010版）[2]。

广东省工商银行业务大楼工程位于广州市沿江西路与新堤三横路相交处的西北角，建筑物地上29层，地下5层，基坑开挖深度为20.10m，是广州地区第一个五层地下室工程。工程所处的地质、环境条件较差。施工场地非常狭窄，地下室已占用人行道，在地下一层留设市政管道的通道，沿江西路是广州市内一条主要交通要道，这些都要求在基坑开挖过程中要严格控制边坡位移和土体的稳定。因考虑到全部采用钢支撑会因为开挖深度大支撑层数多导致支撑安装不易和出土困难，而采用混凝土支撑，施工时间较长，同时也存在不易进行土方开挖和出土的问题，故该工程支撑体系采用了锚杆+钢支撑的支撑体系【3】。

天津市海河隧道为我国高震区第一条沉管隧道，工程全长4.2 km，其中穿越海河采用沉管施工工艺。该工程基坑最深为沉管隧道岸边连接段基坑，基坑宽度为40.6～46.6 m，开挖深度27.5 m，距离海河约13 m，共设7 层支撑，其中除第一、第四层为混凝土支撑外，其余为钢支撑。岸边连接段基坑施工与干坞开挖同期进行，采取分层开挖支护，采用提前降水、先撑后挖的方法施工。该组合体系由φ500 × 14 mm 工具柱和φ609×16 mm钢支撑、混凝土支撑、系梁组成。组合钢支撑体系适合跨度大的深基坑施工，它以工具柱作为支点，使支撑受力更为均匀，减少了支撑弯矩，同时更好的以工具柱为支点，综合采用钢、砼支撑相结合的支撑体系，达到支撑体系稳定、变形小目的【5】。

3 预应力鱼腹梁装配式钢支撑

近年出现的预应力鱼腹梁结构支护系统，是通过大量的工程研究和实践应用，基于预应力原理开发出一种先进的软土深基坑支护的内支撑结构【7】。由钢绞线和钢桁架组成的鱼腹梁，其跨度可达60m以上，能够很好地解决施工工作空间不足的问题。国内通过在上海、江苏、浙江等地的应用，如上海地铁五号线西渡站综合配套工程、上海第六人民医院临港新城医院等工程，取得了良好的效果。鱼腹梁结构支护系统不仅能显著改善地下工程的施工作业条件，同时还大大减少了围护结构的安装、拆除、土方开挖及主体结构施工的造价及工期。

由我司承建的广州地铁运营指挥中心基坑工程位于广州市海珠区万胜围地铁站西南侧，其中B区基坑宽度约75m，长度约136m，开挖深度15.45m，采用Φ850@1200mm三轴搅拌止水帷幕+Φ1000@1200mm旋挖灌注桩+预应力鱼腹梁钢支撐支护系统。

由于新型预应力装配式鱼腹梁支护系统是环形支撑形式，基坑内形成大面积无支撑的空旷，整个基坑面积的65%—75%可形成开阔的工作面，有利于多台大型挖土机械自如运转作业，挖土速度较传统设计提高3倍以上。其次该结构形式为主体施工中材料吊装形成有利空间，大大提高施工进度。第三采用IPS系统相较于传统钢支撑形式，在结构形式上的可节省钢材36%左右，节省钢支撑连接接头56%左右。第四相较于钢筋混凝土支撑，由于IPS全部构件可循环反复利用，避免了钢筋混凝土的拆除所造成的二次污染，做到真正意义上的节能减排的目的。

4 小结

预应力鱼腹梁装配式钢支撑绿色支护技术在国内应用仍处于起步阶段。但是随着新材料、新技术突破性的发展，相关结构设计与施工技术的发展成熟，钢支撑支护体系特别是预应力鱼腹梁钢支撑体系在世界范围内必将得到了广泛的应用与飞速的发展。同时由于大机械、规模化施工对施工空间不断扩大的需要，以及施工机具的工厂化大规模加工要求，IPS预应力鱼腹梁工具式组合内支撑必将具备更大的发展空间。是深基坑绿色支护工程发展的一大方向。

参考文献：

[1] 卢陵江.圆形钢支撑在广州地铁工程中的应用[J].世界隧道，2000， （2）：15-18

[2] 高文生. 《建筑业10 项新技术》（2010 版） 之地基基础和地下空间工程技术[J].施工技术，2011，40（336）：5-14

[3] 尹敬泽， 夏振军， 邓万福. 广东省工商银行业务大楼深基坑施工技术[J].岩石力学与工程学报，2002，21（6）：910-914

[4] 刘全林， 范君宇， 尹健， 金喜. 预应力鱼腹梁结构的工作原理及其在深基坑支护中的应用[J].苏州大学学报（工科版），2010，30：322-325