佛山某综合管廊基坑支护优化设计

李 锋，马 威，肖荣军，袁丽云，叶亲柱

（广东省佛山地质局 广东佛山 528000）

0 引言

随着我国城市化进程的不断加快，地下管线日益增多，地下空间越来越拥挤，各种专业网线升级维护工作越来越多，造成“拉链路”现象频发［1］。而建造集各种管线于一体的地下综合管廊可以有效解决城市地下市政管线布设难、施工难、维护难等问题。由于综合管廊属于地下工程，基坑工程是其实施的一个重要环节，基坑支护设计是否合理，直接关系到管廊工程的工程安全、施工进度和经济效果。本文以佛山市某地下综合管廊基坑工程为例，通过对其进行优化设计，达到了安全经济、快速高效的目的，可为以后类似基坑支护设计提供参考。

1 工程概况

1.1 工程概况

佛山某地下综合管廊位于广东省佛山市禅城区东部，主要分布于华祥路、金钗东路西侧和金钗南路北侧人行道下，地下管线较多，周边建筑物密集，总长约3 km（见图1）。采用矩形箱涵的单仓结构形式，断面净空尺寸3.0 m×3.2 m（宽×高），廊管覆土按不小于3.0 m考虑，拟采用明挖施工工艺。

图1 管廊周边环境效果Fig.1 Effect of Surrounding Environment of Utility Tunnel

1.2 工程地质条件

场地地貌类型为珠江三角洲平原区，地形平坦，地势平整，地面高程为2.69～5.12 m。场地岩土层主要有：素填土、淤泥质土、粉砂、粉质粘土、中砂等，具体如表1［2］所示。

表1 岩土基本参数Tab.1 Basic Geotechnical Parameters

1.3 水文地质条件

地下水稳定水位埋深为0.45～1.45 m，地下水类型主要为赋存于第四系土层中的孔隙水和基岩裂隙水。其中浅层的中粗砂层透水较强，含水量较大，主要接受地表水、大气降水的渗透补给，对基坑影响较大［2］。

2 设计选型

2.1 基本条件

基坑线路较长，除部分支线开挖深度小于6 m外，一般开挖深度为6～9 m，局部达11 m。由于为软土区，部分段周边环境复杂，依据《建筑基坑工程技术规程：广东省标准DBJ/T 15-20—2016》［3］，侧壁安全等级分段考虑，一、二、三级都有，基坑侧壁重要性系数分别为1.10、1.00、0.90；坑内水位取坑底以下0.5 m，坑顶水位取地表以下1.0 m。

2.2 常用选型

目前常用综合管廊基坑支护主要有：放坡、土钉墙、重力式水泥土墙、钢板桩、预制钢筋混凝土板桩、型钢水泥土搅拌墙、灌注桩排桩、双排桩、地下连续墙等，并结合内支撑或锚杆（锚索）形成支护体系［4］，由于佛山地方已严格限制支护结构出红线，因此，土钉墙和锚杆（锚索）等不纳入本次设计选型范围，而预制钢筋混凝土板桩对施工队伍要求较高，且在佛山地区相关工程经验较少，不做考虑；重力式水泥土墙支护深度一般小于7 m［5］，且在淤泥发育区效果较差，双排桩和地下连续墙造价较高，所以也不考虑；剩下主要可选支护形式有：放坡、钢板桩、型钢水泥土搅拌墙、灌注桩排桩。

2.3 影响因素

综合管廊基坑工程应综合考虑开挖深度、基坑规模、基坑周边环境、工程地质与水文地质条件和施工条件，并结合工程经验，合理选型，精心设计［4］。佛山某地下综合管廊基坑具有开挖深度较大，基坑宽度较小而长度大，周边环境复杂，淤泥和砂土发育等特点，其设计与一般基坑设计相比具有更大的难度和挑战。因此，针对软土区的狭长型管廊基坑，应根据基坑深度、周边环境和地质条件3 个方面层层进行基坑支护分段和叠加，然后对分段后的各段基坑分别进行设计。

2.4 基坑支护分段

鉴于综合管廊长约3 km，各段周边环境复杂，开挖深度不同，淤泥和砂层发育不均的特点，对基坑设计分段采取了分层叠加的方法，根据基坑深度、周边环境、地质条件3个要素，对综合管廊进行分段支护。

2.4.1 基坑深度

廊管采用矩形箱涵的单仓结构形式，断面净空3.0 m×3.2 m（宽×高），廊管全线覆土按不小于3.0 m 考虑，拟采用明挖施工工艺，基坑开挖深度一般6～9 m，局部达11 m。根据这一特征，考虑不同深度对支护结构的要求，按照6～7 m（含6 m 以下），7～9 m，9～11 m 等3个基本深度来划分基坑支护段。

2.4.2 周边环境

按照基坑周边环境的主要要素：周边建/构筑物、地下管线、道路等进行考虑，距离9 m内有保护对象为一区段（重点保护区），9～18 m内有保护对象为二区段（次重点保护区），18 m 内无保护对象为三区段（一般保护区）。

2.4.3 地质条件

本场地基坑开挖影响范围内的主要不利地质条件为淤泥和砂土发育，其中淤泥的厚度对支护受力影响较大，而砂层则对基坑侧壁和坑底涌水有重点影响，因此，本次对地表下15 m范围内，淤泥发育厚度超过5 m 的列为重点区段，基坑底位于砂层的为重点区段进行考虑。

2.5 优化设计

根据上述分析并结合吴显伟等人［6-9］的研究，综合管廊适用的基坑支护形式主要有放坡、钢板桩、型钢水泥土搅拌墙及灌注桩排桩，根据工程经验，各支护各类支护结构适用条件如表2所示。

表2 各类支护结构适用条件一览Tab.2 List of Applicable Conditions of Various Supporting Structures

根据表2，结合管廊的周边环境和地质条件，本次基坑主要采取了如下4种支护措施：

⑴放坡。位于东平路段的缆线沟段，开挖深度2.8 m，周边为空地，适宜；

⑵钢板桩+内撑。不具放坡段的优选方案，若受力和变形不能满足要求，再选其他两种方案，为本次基坑支护的主体方案；

⑶型钢水泥土搅拌墙（SMW）+内撑。钢板桩+内撑计算不通过，或周边有重点保护的支护段采用；

⑷灌注桩排桩+内撑。由于造价最高，一般在型钢水泥土搅拌墙+内撑不适宜的情况下才采用此方案，主要位于金钗东路穿越魁奇路的支护段。

综合管廊各段基坑经过上述4种方案的比选和试算，形成最终方案，典型支护剖面如图2 所示，支护方案汇总详如表3［10］所示。

表3 综合管廊基坑支护一栏Tab.3 List of Foundation Pit Support of Utility Tunnel

图2 基坑支护标准断面Fig.2 Standard Section of Foundation Pit Support （mm）

3 施工效果

综合管廊基坑从2020年底开始施工，目前约完成线路的一半，根据现场情况，如图3所示，除局部靠近基坑的围墙未拆除而发生变形外，未出现其它破坏迹象，监测数据都在控制值范围内，基本达到设计的要求。

图3 施工中的管廊基坑Fig.3 Utility Tunnel Foundation Pit in Construction

4 小结

与常规建筑基坑不同，综合管廊基坑一般具有基坑狭小、延线较长、地质条件多变、周边环境多变等特点，对其进行设计也需要采取不同的方法，一般要注意如下几点：

⑴精细化和动态化设计是综合管廊基坑设计的必然要求。管廊基坑一般线路较长，各段开挖深度、周边环境、地质和水文条件等各不相同，这就需要根据各段情况，分段进行精细化设计；同时，由于线路较长，涉及范围广，周期较长，在前期方案设计阶段，往往不能全面掌握详细、准确的基坑支护设计边界，从而需要不断根据新的设计边界条件（如周边环境的变化、施工组织的需要、交通疏导的影响等）进行调整、优化，实现动态设计。

⑵管廊结构、基坑深度、周边环境和地质条件等是基坑优化设计的关键要素。准确掌握管廊分布和结构设计要求，弄清各段基坑开挖深度是基坑设计的前提；弄清各段的工程地质与水文地质条件是基坑设计的基本，充分了解基坑周边环境现状及未来动态的变化，尤其是地下管线、地铁、地面道路、桥梁、建筑物和河涌等，是基坑优化设计的关键。

⑶安全适用、经济合理、保护环境、施工快速的基坑支护方案是优化设计的最终目的。综合管廊一般临近道路或建/构筑物，由于红线外用地协调难度很大，且各产权单位及地区规定限制，支护体系的隐蔽部分也无法超越红线，且一般要求工期短、造价经济、对环境污染小，因此，基坑支护设计时，在保证安全的前提下，应尽量采用施工速度快、经济较合理和环境污染少的支护方案，如可回收的钢板桩、SMW 工法桩等。