下沉式隧道基坑支护施工方案及技术要点

2023-01-07曹竹

建材与装饰 2022年19期

曹竹

（陕西建工机械施工集团有限公司，陕西西安 710032）

0 引言

为了进一步提升某大道的美观性，采取单向双车道定向式匝道，由此有效改善通行能力。主线直行方向则采取下沉式隧道，从而缓解直行和转向之间交通的压力。针对地面层，则要求提供渠化交通设计处理，从而有效地缓解其他方向的转向交通压力。依据当前的交通量，该互通则需要分期作业，先对主线下沉式隧道进行施工，且地面采取环岛，全面应用当前环岛，减少拆迁的规模。

1 基坑支护方案分析

针对基坑支护，其主要方案即放坡、护坡桩、锚杆以及喷锚等，而各个方案具备其优势，也具备其劣势。所以，相关人员要选取科学的支护方案，从而确保基坑项目质量可靠。在全面了解该隧道所在区域项目地质、水文地质资料以及四周环境条件的前提下，开始多种方案验证比较，从而明确采取敞口放坡开挖及微型桩、复合土钉墙相综合的一种支护形式[1]。

1.1 微型桩与预应力复合土钉相结合的支护形式

联合采取微型桩以及土钉两类不同的支护形式，接着再通过对部分土钉提供预应力，从而有效地把控变形情况，从而确保支护结构安全可靠。

1.2 微型桩与预应力复合土钉相结合的支护施工工艺

在开挖基坑之前，相关人员针对预先挖掘的坑壁边缘，要求采取压力注浆法安置微型桩。待微型桩强度契合后，就要求分段挖掘土体，安置土钉。针对要求提供预应力的土钉，在注浆过程中，要为其前端预留2~4m，将其作为主要的自由段，同时要在端部安置腰梁，如此一来就能够在面层达到既定强度后，提供预应力。针对腰梁中的土钉钢筋加塑料套管，避免其和钢筋黏结。

1.3 微型桩预应力复合土钉相结合的支护机理

首先，复合土钉受力的机理阐述如下：复合土钉受力环节可以分为3 个不同的时期：①在安置土钉初期，注浆体积和土层的粘结并未彻底形成，土钉很大程度上并不受力。②注浆体把土钉粘结在地层之中，伴随挖掘深度的加大，土钉渐渐生成拉力，同时把拉力聚集在和面层粘结的位置，这时内力就相当于无自由变形段的土层锚杆，贴近面层处拉力最大。③挖掘到足够深度之后，绝大多数的土钉都处在滑裂范围中，此时土钉内力中间位置的近滑裂面最大，两侧最小，这和土筋具有相似性。

其次，微型桩受力的机理阐述如下，通常来说，微型桩受力源自于土压力，在多种情形之下，极易受弯、受压、受剪、受扭以及多种作用的影响，当前主要发挥的超前支护作用如下：①大幅度提升了微型桩周边既定范畴内土体的强度以及面层强度。②进一步优化了挖掘后土体的受力情况以及变形情况。③调动并协调土钉的支护效用，确保基坑周边环境安全。

2 地基加固处置作用及选取方法分析

2.1 注浆法分析

注浆法就是充分应用液压、气压或者电化学方面原理，利用注浆管将浆液缓慢地添入地层内，而浆液则采取填充、渗透以及挤密的手段，抽出土颗粒间或者岩石缝隙内的水分及空气，在人工调控一段时间后，利用浆液把原本松散的土粒或者裂隙凝集在一起，产出一个强度大，防水效果佳以及化学性能稳定的结石体”。值得注意的是，注浆法所用的浆液包含主剂、溶剂以及多种外加剂，而注浆材料类型丰富，在此之中，水泥浆材即以水泥泥浆为主，经常被用在加固岩土的环节中[2]。在处置地基的过程中，注浆工艺可划分为如下四种，即渗透、劈裂、压密以及电动化学注浆。而渗透注浆常常被用在中砂以上的砂性土以及具有裂隙的岩石之中。劈裂被用在低渗透性的土层之中，压密注浆被用在中砂地基之中。除此之外，电动化学注浆被用在只靠静压力很难让浆液注入土的孔隙地层中。

2.2 高压喷射注浆法分析

考虑到高压喷射注浆过程中的压力较大，所以喷射流能量较大，速率较快。如果它持续并集中运用至土体，那么压应力与冲蚀等多重因素都会在小范围内发生反应，对粒径较小的细粒土以及包含颗粒较大的卵石、碎石土，都能够发挥明显的搅动效用，从而保证浆液与土凝结成为一个新的固结体。

大量的实践资料表明，高压喷射注浆手段对部分淤泥、粉土、素填土以及碎石土等地基都具备积极作用。高压喷射包括旋喷、定喷以及摆喷三种形状，都能够使用单管法、双管法以及三管法形式完成。考虑到上述三类喷射流的结构以及喷射介质上的差异性，所以处置长度也不同，以三管法最长，双管次之，而单管法在其中最短。如果选取旋喷形式，那么就能够联合采取单管法、双管法以及三管法。而定喷以及摆喷形式，往往采取双管以及三管法两种手段。通常情况下，相关人员要依据土质条件以及加固标准选择高压喷射注浆的施工参数，同时还应该在作业过程中加以把控。高压喷射注浆的重要材料包括水泥，针对并未特殊需求的项目，最好采取较高强度等级的硅酸盐水泥。

3 基坑支护结构的施工技术分析

基坑工程就是从地面往下挖掘的一个地下空间，在地质基础、现场条件可控的情况下，可以敞口放坡基坑形式建设地下项目。不过针对深基坑周边区域，通常会建设垂直的挡土围护结构，围护结构通常是在开挖面基底下具备既定深度的板（桩）墙结构。而板（桩）墙包括悬臂式、单臂式以及多撑式。支撑结构能够有效地缓解围护结构的变形程度，合理把控墙体弯矩，此时可划定为内撑以及外锚两类。

3.1 深基坑围护结构类型分析

我国运用较为广泛的围护结构包括板柱式、柱列式、组合式以及土层锚杆。工字钢桩围护结构是一种以基坑围护结构为主体的工字钢。在正式挖掘基坑之前，相关人员要在地面使用冲击式打桩机，顺着基坑设计边线打到地下。如果地层属于饱和淤泥等松软地层，那么可以采用静力压桩机以及振动打桩机予以沉桩。在挖掘基坑的过程中，伴随挖土方在桩间嵌入木板，如此一来能够阻挡桩间土体。当基坑挖掘到既定深度之后，如果悬臂工字钢的刚度以及和强度都足够大，那么就要求安置腰梁以及横撑或者锚杆，而腰梁大多会采取大型槽钢、工字钢制造，横撑就可以采取钢管或者钢梁。针对工字钢桩围护部分，施工人员可以采取粘性土或者粒径小的砂卵石作为地层[3]。如果地下水位较高，那么此时就要搭配采取人工降水手段。在打桩的过程中，往往会产生较大的噪声，所以其围护结构通常被用在距离住宅区较远的区域。如果基坑范围较小，那么就可以在临时施工竖井采用工字钢作为主要的围护结构。钢板桩围护结构钢板桩强度较高，桩和桩之间的联结较为紧密，隔水成效佳，能够多次采用。所以，在部分地下水位较高的区域会采取这种结构。

此外，钻孔灌注桩围护结构。钻孔灌注桩通常采取机械成孔，在明挖基坑的过程中，通常采取螺旋式、冲击式以及正反循环钻机等。针对正反循环钻机，因为它们使用泥浆护壁成孔，所以成孔过程中的噪音较小，往往被用在城区范围内。与此同时，深层搅拌桩就是利用搅拌设施将水泥石灰、地基土搅拌在一块儿，进而起到稳固地基的效果。作为挡土结构的搅拌桩，通常布局为格栅形，深层搅拌桩也能够持续搭接布置构成止水帷幕。在地下连续墙则通常包括预制钢筋混凝土连续墙以及现浇钢筋混凝土连续墙两种，该墙具备如下优势。在实际作业过程中振动不大，噪声小，墙体刚度较大，对四周地层干扰不大，能够被应用在多种土层。

3.2 支撑结构类型分析

内支撑通常由多种多样钢撑、钢管撑以及钢筋混凝土撑等部分组成，从而形成一个支撑系统。外拉锚包括拉锚以及土锚两类，在深基坑的施工支护结构内，根据材料的不同可以划分成现浇钢筋混凝土以及钢支撑体系，上述体系应用得都较为普遍。除此之外，在现浇钢筋混凝土支撑体系之中，其截面的实际形式需要依据断面予以明确。而且布置形式多种多样，包括环梁综合边桁架等它的优势就在于混凝土结硬后的刚度较大，且变形程度低，安全系数高。不过支撑浇制以及养护周期较长，其围护结构处在缺少支撑，且暴露的状态下，倘若要合理调控变形程度，那么就要及时加固被动区软土。考虑到工程工期较长，且移除难度高，爆破拆除对周边环境会有干扰。值得注意的是，钢结构支撑体系截面形式多样，如单钢管、双钢管等。而布置形式包括竖向、水平撑以及斜撑形式[4]。在平面布置形式中，通常要求施工人员采取井字撑以及角撑。除此之外，也可以和钢筋混凝土支撑综合应用，不过要严格处置变形协调难题。它的优势就体现在装、拆除作业便捷，能够多次应用，在支撑过程中能够加预应力，且调控轴力而有效调控围护墙变形。工程工艺标准较高，倘若无法合理处置节点与支撑结构，或者施工支撑不及时、不精准，那么就会导致失去平衡。

3.3 明确支护结构体系

秉持因地制宜的基本原则，相关人员要科学选取支护材料以及支护体系，从而让技术经济指标获得优化，还要及时明确支护体系受力情况，全面协调发挥各个杆件的力学属性，如此一来就能够在平稳性以及控制变形方面契合周边环境需求。而且支护体系布置工作可以尽最大程度推动土方开挖以及主体结构施工，明确该项目隧道的支护结构体系。尤其是针对深度超出（特别是在闭口段）的基坑施工中，施工人员要尤其解决好钢管支撑的定位（间隔距离、高差）问题。而且在土方开挖期间，如果要应用大型机械进行施工，那么就会和支撑体系产生冲突，所以在施工技术上，务必要全面地考量挖土方案设计情况。而且在挖掘之后，要及时在主体结构施工时提供钢管支顶的转换举措。

在该项目的隧道基坑中，相关施工人员要依据地质条件以及结构埋深状况，各自采用明挖基坑放坡以及护坡工艺技术。

首先，在基坑降水施工过程中，要求及时降低地下水，这样才能确保工程安全。在基坑降水环节，要求联合采取多种技术方案，依据土层条件、渗透程度、降水量以及支护结构类型进行设计。针对不同情形，相关人员要采取不同的基坑降水手段，包括明沟、集水井排水。如果挖掘基坑较浅，或者基坑涌水较小时，此时就要优先选取集水明排法，这也是一种最为便捷且经济实用的手段。而明沟、集水井排水大多处在基坑两端，或者在四周建设排水明沟。

除此之外，在井点降水方面，如果基坑挖掘深度较大，且基坑涌水量很大，再加上有围护结构，那么就要优先选取井点降水手段。也就是采取针孔（轻型）井点、喷射井点，将管井深入含水层内，通过持续抽水的形式让水位下降到坑底之下，而且也可以让土体生成骨节，从而有利于土方开挖[5]。

值得注意的是，在基坑的隔（截）水帷幕以及坑内外降水方面，如果地下含水层渗透程度较高，且厚度较大的情况下，施工人员可以优先采取悬挂竖向截水以及坑内井点降水相综合的手段，抑或者是采取悬挂式竖向截水以及水平封底相综合的手段。针对截水帷幕环节，当前普遍采取注浆、旋喷法、深层搅拌水泥土桩挡墙等多种不同的结构形式。

在本项目中，施工人员要依据地质条件以及基坑挖掘深度，采取实用便捷的明沟、集水井方式进行降水。如果基坑深度不高，尤其是有效地提高泵房的基坑深度，如果这一范围内的实际涌水量较大，那么就要采取旋喷桩截水帷幕和坑内井点降水相综合的手段降水。

4 隧道主体结构的施工技术分析

在本项目闭口段以及敞口段隧道结构，都属于大型地下项目，所以一次浇筑的规模很大，尤其是本站底板的厚度不小，防水混凝土的抗渗性能相当关键，所以相关施工人员务必要谨慎把控原材料质量，混凝土配合比例，合理进行混凝土浇筑、振捣，设置施工缝，完成养护等环节的工作，从而保证地下项目主体结构的安全性，从而避免出现大规模的裂缝及渗透问题。除此之外，在结构防水工程中，通常隧道防水包含三个主要部分，如外附加防水、结构混凝土自防水以及节点防水。在进行结构防水的过程中，通常要以预防为主，防排堵相综合。秉持因地制宜的基本原则，完成结构自防水工作，严格实施节点防水措施。