城市综合管廊超深基坑开挖支护技术探讨

2019-06-17冯亚丽中交第四公路工程局有限公司北京100000

安徽建筑 2019年5期

冯亚丽（中交第四公路工程局有限公司，北京 100000）

1 发展现状

随着经济发展。人民生活水平不断得到改善。各方面要求基础设施功能性越来越多，所需要城市地下管线数量日益扩大，地下空间的使用也需日益完善。根据发达国家的发展经验，地下综合管廊的建设是解决上述问题的有效途径。将各种电力、通信、给排水管道整合在一起，然后建立在城市道路地下空间的集约隧道，提高城市地下空间利用率。

城市地下管线廊道基坑支护技术是最重要的技术内容之一，施工技术的好坏将直接影响到城市地下管线廊道的质量。为了保证施工人员的安全，避免对周围环境和建筑物的过度影响，保证城市地下管线廊道的顺利发展，有必要对基坑支护技术进行研究。

2 工程概况

本工程为赤峰市中心城区综合管廊PPP项目（八家西组团综合管廊建设工程），管廊主干线路由大板路和巴林大街组成，次干线由经棚路、支八街及天山路组成，支线路由玉龙大街和王府大街组成。各级综合走廊连接成环形走廊，全长约15km。主要工程内容是在赤峰市地下建造一个隧道空间，将各种工程管线集于一体。入廊管线有电力电缆、通信电缆、给水管线、中水管线、热力管线、广播电视等专业管线。有专门的维修口、进料口和监控系统，实行统一规划、统一设计、统一建设、统一管理，是城市运行的重要基础设施和生命线。

而本项目最大难点就是深基坑开挖与支护。深基坑主要是指基坑开挖深度大于或等于5m，其地质及周围环境因素十分复杂，主要表现出以下特点：深基坑支护作为临时结构，其安全性相对较低；随着开挖深度的不断增加，支护施工难度也会增大；具有非常明显的特点，在实际的支护中，设计和施工不仅与地质条件有关，而且与基坑周围环境有一定的关系；基坑工程作为系统工程，其时空效应较强，具有环境效应。本工程最深基坑达到14.4m，属于超深基坑，下面将对本工程的超深基坑开挖支护施工技术的应用进行探讨。

3 超深基坑开挖支护技术

3.1 超深基坑开挖技术

在开挖基坑的过程中不对既有地上地下管线等造成破坏，开挖严格按照设计图纸的结构尺寸进行，尤其是在开挖前和开挖后做好防排水工作，开挖完成后支护要及时，不留安全隐患。开挖顺序是从上至下，从前至后，分层开挖。开挖方法是全断面开挖，遵循“分区、分块、分层、对称、限时、限量”原则进行施工，确保基坑的安全。每一段的开挖长度根据管廊廊体的伸缩缝而定，一般为25m，开挖至第二级坡顶时留出1m宽碎落台。确定二级边坡开挖线。第一级边坡坡度为1∶1，第二级边坡坡度为1∶0.2，第二级边坡的垂直高度根据开挖的总深度而定，当开挖总深度H≤8.4m时第二级边坡的垂直高度为5m，当开挖总深度8.4≤H≤11.4m时第二级边坡的垂直高度为7.4m，当开挖总深度11.4≤H≤14.4m时第二级边坡的垂直高度为7.9m。开挖时在出料方向修筑便道，保证载重汽车顺利上下。土方采用自卸车运至指定位置。

3.1.1 基坑开挖方法

①基坑开挖采用人工配合挖掘机的方式开挖，开挖前现场技术人员向挖掘机司机详细交底，开挖时设专人指挥，时刻测量基底高程和宽度。防止超挖和欠挖。基坑开挖的边坡坡率根据土质和基坑深度进行确定，特殊条件限制地段边坡坡率需调整，同时加强支护，两侧边坡在开挖至第一台阶处分别设置碎落台，具体按施工图纸及规范要求操作。为确保基底土壤结构不被扰动和破坏，在机械开挖到基底时，应预留30cm待人工清除。开挖基底时，应严加管控基底高程、宽度及平整度，严禁基底土壤遭受扰动或者破坏。

图1 施工现场具备自然放坡条件且开挖深度≦8m

②基坑开挖时为防止边坡坍塌，应采取有效措施保持边坡的稳定。排水沟、集水坑（井）应安排在基础外。积水及时抽出，基坑坡顶设置截水沟，防止地面水流入基坑。排水沟纵坡同基坑纵坡一致，截面尺寸300×300mm。每隔40m设一个集水井，尺寸为800×800×1000mm。基础水通过排水沟收集到集水井，然后由潜水泵均匀排放。

③地质条件良好，土壤均质，地下水位低于基准面高程。挖方深度在5m以内，开挖后暴露时间不超过20d，基坑上层与下层之间的台阶距离控制在50m以内，以第二台阶为挖机辅助工作层，开挖第二层基坑，同时考虑作为汽车运土及临时工作层。开挖完第一层必须铺好便道，保证自卸卡车顺利上下。

④雨季施工时，尽量缩短开槽长度。并作好防排水措施。遇雨水泡槽后，应尽快采取措施，排积水，去淤泥。采取合格材料回填，达到平衡温度。如铺垫不均匀将导致不均匀沉降。

图2 施工现场受条件限制无法自然放坡且开挖深度8m以上

⑤除管廊结构宽度外，管廊底部开挖宽度，两侧各拓展80cm～120cm工作面宽度。基坑开挖结束后，立马进行主体结构施工，在施工的整个过程中应及时对结构的稳定性状况进行观察。

3.1.2 基坑土方堆放方法

在开挖时应考虑利用土方的堆放位置。堆放位置应选择施工红线以外，范围较大且周围环境不受影响和限制的空地，距离堆土地距离不小于5m，方便进料、堆料和施工。

3.2 超深基坑支护技术

3.2.1 钢筋网+喷射混凝土+土钉组合支护技术

图3 开挖总深度H≤8.4m

适用于基坑深度不大于8.4m的路段，放坡高度计土钉的竖向分布宜根据实际施工条件调整，应避开周边雨、污水管，但放坡高度不应大于3m。第一道土钉距坡顶竖向间距不得大于0.5m，土钉竖向间距不得大于1.5m。施工每次开挖深度为该层土钉下300mm，土钉平面布置形式如右图，加强筋Φ18，面层钢筋网φ8@200，钢筋搭接长度达到300mm或以上，土钉与面层连接构造采用L筋。

3.2.2 钢筋网+喷射混凝土+土钉+预应力锚索组合支护技术

图4 开挖总深度8.4≤H≤14.4m

适用于基坑深度8.4m＜H≤14.4m的路段。施工每次开挖深度为该层土钉下300mm。土钉平面布置形式同上，加强筋Φ18，面层钢筋网φ8@200。钢筋搭接长度达到300mm以上，土钉和面层连接构造采用L筋加固，如右图。预应力锚索施工时，钻孔深度应超过锚索设计长度0.5m～1m。预应力锚索水平间距是1.5m，采用预应力锚索fpk=1860kPa。一束为7φ5钢绞线，使用机械钻孔，孔径150mm。利用二次注浆工艺，并使用纯水泥浆。一次注浆水灰比0.38～0.45，常压注浆（0.50～0.80MPa）；二次注浆液水灰比 0.4～0.50，注浆压力应不小于2.5MPa。按照设计总说明要求，应采用预应力锚索的张拉和锁定。

图5 节点图

3.2.3 拉森钢板桩+预应力锚索支护技术

由于部分路段的管廊施工靠近居民小区和高压电杆，且不具备放坡开挖条件。当管廊一侧因距离构筑物较近无法自然放坡开挖时，支护形式采用钢板桩加预应力锚索支护；管廊两侧均受构筑物影响无法自然放坡时，支护形式采用钢板桩加对锚杆支护。

使用钢板桩单侧支护时，利用9m或12m长的III号拉森钢板桩和预应力锚索，围栏距地面2m。拉森钢板桩用升降机就位后采用履带式液压挖土机KATO-1250或KATO-1430带VH-3000或VH-4500的液压振锤机施打。

①开挖应采取分层分段对称进行。在开挖期间控制好“分层、分步、对称、平衡、限时”五个要点，遵循“竖向分层、纵向分段、先支后挖”的施工原则。

②在开挖过程中先掏槽2m深安装钢围檩、预应力锚索，以尽早对围护结构进行支撑。人工开挖基底上30cm部分土壤。对最后一次开挖严加管控，禁止超挖。

③地下渗水或者雨水应安排水泵及时排出基坑。并在基坑两端设置截水沟和排水沟。

④土方开挖施工中，及时检测周围环境。并按照事先编制的检测方案实施，并及时把信息反馈回来，起到指导施工作业的作用。

⑤考虑到长钢板桩，在钢板桩在应用过程中倾斜到一侧。因为倾斜误差的累积不容易被纠正，则难以控制钢板桩壁的平面度。因此，准备采取屏风式打入法进行施工。屏风法不易产生屈曲扭转，施工高精度且容易闭合。在施工期间，10φ20钢板桩将被插入到导架内，使其呈屏风状，然后再打。如果钢板桩不能一次进入，就必须采用引洞。

⑥钢板桩施工顺序：钢板桩位置的定位放线→安装吊机挖基坑→安装导梁→施打钢板桩，如无法打入需进行长螺旋引孔施打→拆除导梁→设置围檩，安装预应力锚索→开挖至基底→人工清底→排水沟及集水井施工→管廊主体施工→拔除钢板桩。

3.2.4 钢筋混凝土排桩支护技术

管廊单侧受构筑物影响且无法使用钢板桩加预应力锚索支护时，采用钢筋混凝土排桩支护。根据岩土工程勘察报告，采用旋挖钻进行混凝土桩施工，该法适用于地下水位以上的一般性黏性黏土、砂以及人工填土地基土质支护。使工程质量和进度得到充分的保证。采用钻孔灌注桩作为排桩支护，排桩排列是一条直线，以便开挖后坑壁整齐。桩的施工应间隔两根，按桩号的次序先是 1、4、7、10 号，然后再 2、5、8、11号。

3.3 超深基坑监测

整个基坑监测过程大致为分为5项。土体监测内容；监测点布设；监测方法；监测频率和报警值界定。

坡顶水平和垂直位移监测是土体监测内容的一部分。监测点布设基准点为设计院提供的三维坐标控制点，经导线复测，控制点满足基坑监测要求，可以用于基坑监测。使用50cm长的A8钢筋埋入地下作为观测点，横向距开挖线2m、纵向每隔20设置一个观测点，基坑两侧对称布置；观察方法为水平位移采用坐标法，使用全站仪进行；垂直位移采用高程法，使用水准仪进行；监测频率为水平位移和垂直位移同时进行监测，开挖过程中每天2次，开挖结束后三日内每天2次，三日后至七日内每天1次，无明显位移时，可适当延长观测周期，每5～10天一次。报警值界定为基坑监测报警值以累计变化量和变化速率并结合沉降裂缝观测进行控制，水平垂直位移值设为25mm和连续3日大于2mm/d，水平垂直沉降裂缝宽度大于10mm时应立即报警。

图6 监测点布置图

4 地下综合管廊深基坑施工控制

4.1 施工前控制

项目启动前，必须制定详细的施工方案，并详细了解当地地质情况。科学、合理、可行的施工方案是施工前控制非常重要的手段。

4.2 施工中控制

首先设置排水沟再进行土方开挖，施工降水阶段，还必须考虑附近地面的沉降可能性，对建筑物和地下管道进行实时监控，防止事故的发生。其次是分层开挖必须严格执行相关措施，科学合理的结合实际情况展开。第三是深基坑支护结构的控制系统，必须防止边坡不稳定可能造成的安全隐患，施工过程必须禁止大型重型车辆在基坑边行走，及时清理周围的其他负载，防止引起坍塌。