市政地铁明挖隧道基坑支护施工技术研究

刘建

摘要：地铁明挖隧道基坑开挖易造成周围环境的破坏，导致施工过程安全性大大降低，针对于此必须采取相适用的基坑支护技术。以某工程为背景，对市政地铁明挖隧道基坑支护施工技术进行。研究结果表明：各个测点的支护裂缝最大厚度均低于施工最大允许支护裂缝最大厚度，证明所设计的市政地铁明挖隧道基坑支护施工技术的施工效果较好。

关键词：施工技术；地铁；基坑；隧道支护

0   引言

随着地铁、公路隧道和高楼大厦的大量建设，深埋在地下的工程越来越多。基坑工程是一项既有岩土性又有结构性的工程，作为主要临时性工程之一，其安全问题逐渐成为基坑设计与施工人员最为关心的焦点。

在我国，对于地铁、高层建筑等深基坑工程，有比较成熟的工程技术。汪想贵[1]以基坑的施工水平支护构件为主要研究对象，通过建立水平支护杆系的有限元模型，对基坑施工过程中支撑构件的内力与位移关系进行了分析，并研究水平支护道数、放坡标高、施工的地质条件、水平支护距离等各种因素，对支撑构件质量的影响规律。本文结合实际施工项目，以市政地铁明挖隧道基坑施工技术设计要求为基础，对不同基坑深度下的支护施工结构、工艺进行探讨，并对其施工过程进行优化改进。

1   高速公路明洞工程基坑开挖要求

市政地铁受土地利用及建筑空间限制，多以地下穿越方式进行，且多以明挖方式进行施工。与高层建筑中的深基坑工程相比，高速公路明洞工程中基坑开挖方式和开挖位置都有很大的不同[2]。

为更好完成隧道基坑的挖掘，优化挖掘方案，合理组织施工，必须安排专业的勘测人员，对施工区的地层组成、地表建筑物的分布、地下水的分布、地下管线的分布等进行详细勘察。除此之外，还要配合政府和相关部门，做好必要的测量工作。

深基坑支护结构不仅能保证基坑开挖与深层基础结构的有序进行，而且还能保证施工期间不会对其他建筑造成影响。一般情况下，深基坑支护设备只作为临时设备，在基坑主体结构施工完成后就停止使用[3]。

2   深基坑降水设计与施工

根据市政地铁勘察地质和泵房设计，设井高为14m，降水井深度为18m，滤芯设置在-12～8.0m之间。井壁采用无砂混凝土管，外层采用滤布，用粗砂填充。将排水管和周围土体之间的间隙填满，并用粘胶或其他密封材料进行密封。为降水设计的深基坑钢板桩支护如图1所示。

井管下管后，要在第一时间填充滤料，并将过滤部位放置在合适位置。为防止在抽水过程中有杂质颗粒流入井中，需用滤布包裹过滤器，对于其他的盲管，则要在外层包裹3层薄层滤网，以防止土颗粒随着水流进入管中，造成管堵塞。

在深基坑周围布设井点时，要以基坑的形状和规模为依据，对称布置井点，且要同步进行抽水，以使基坑水位达到规范要求。要合理选择降水井的降水机，避免降水井中出现停水现象。必须配备专门的电力工作人员，随时对电路进行检查，严禁避免停电。及时对抽水机进行维护，并安排相关的工作人员及时做好维修保养记录[4]。

3   支护构件结构力计算

一般情况下，基坑支护结构既要符合稳定需求，又要符合控制变形的需求，也就是要符合规范规定的正常服役和承载力极限需求。本文对弹性地基梁的微分方程进行求解。基坑深处的主动土压力标准数值的计算公式如下：

公式中：c代表基坑开挖的深度，单位为m，qαi表示第i层的主动土压力系数；β表示计算点的深度。

在基坑开挖和地下结构施工不同工况和受力条件下，对结构内力和变形计算值、支点力计算值进行分段处理，并使用弹性地基梁法进行分析。将支护结构视为平面应变问题[5]，以单位宽度的挡墙作为垂直布置的弹性基础梁，将支护、已知的水、土等压力施加在挡墙外[6]。

基坑施工会对周围岩体和建筑物的稳定性产生影响。基坑外围施工状况，是影响基坑整体稳定性的一个关键因素，尤其是对于周围结构变形要求达到二级以上的工程更是如此。目前，我国已建成的市政地铁明挖隧道主要集中在城区内，鉴于道路空间和车辆荷载的影响，在隧道縱向和横向上均需加密设置横向支护，横向支护则以等间距布置为主。

增大斜坡高度、增大斜坡埋入深度可显著改善围护结构的稳定性，增大斜坡高度可降低结构所受荷载，增大斜坡埋入深度可增大结构抗力。本文重点探讨基坑降水及放坡高度等因素，对支护结构最大水平位移、抗倾覆稳定系数的影响，期望通过对连续墙支护结构施工工艺进行优化，提高基坑支护结构的稳定性[7]。

4   明挖深基坑土方开挖要点

对于深基坑土方开挖工程，需先打好深井，进行抽水试验。如果抽水达到预期效果，就可以开始循环泵站的土方明挖作业。深基坑在开始挖时，需要对土方进行分层挖掘，上面的土层可用挖掘机开挖，下面的土层可用水力冲刷开挖，使整体形成一个台阶[8]。

监测测量是确保工程质量和安全的一项重要措施。监测测量可以及时地反馈信息，便于对开挖和支护参数进行调整，对施工设计进行优化，并为后续的施工提供技术比较依据。

根据基坑中土体的差异，选择对应压力水冲手段。冲刷压力根据泵的扬程计算，通常将扬程设为50m，将输送的泥浆距离限制为200m以内。在开挖保护层时，采用人工挖土的方法，防止对地基造成影响。在挖土区的一侧安装泥浆泵，保护层挖完后，安装第一道围裙和钢架。

基坑开挖会造成支护结构两侧产生土压力差，导致基坑底部土壤产生流动变形。通常情况下，如果这种变形很大，说明施工土壤的中的塑性流动较为缓慢。

5   实例分析

5.1   工程概况

某市政地铁隧道基坑支护工程位于市中心区域，从西边下穿石大路的入口处，场地地势较为平整，且过道所处位置都在既有旧市政地铁的基床范围内。该隧道从K0+540开始至K0+650结束，全长350m。分开口区和闭口区，开口区全150m，K0+510～K0+480段与K0+490～K0+780段分别为挡墙、一般路基。K0+450～K0+145段与K0+397～K0+640段为敞开式U形构架。该封闭断面全长65m，为一封闭的长方形单孔框架。

封闭区段内不设置天窗区段，在K0+744.75里程隧道内设置一台排水泵，隧道施工采用明挖法。该地区地处平原、地势平坦，目前有一条老旧的高速公路，四周有不少商铺，整体交通状况良好。该路段岩土层力学参数如表1所示。

5.2   施工结果与讨论

根据上述的工程概况，使用本文设计的市政地铁明挖隧道基坑支护施工技术研究进行隧道基坑支护施工，基坑施工支护断面如图2所示。

由图2可知，隧道基坑支护的断面施工较为完整，并未出现凹凸不平的问题，证明了本文设计的市政地铁明挖隧道基坑支护施工技术的施工性能较好。为进一步获取该工程的施工数据，展开实验测试，测得（转下页）（接上页）基坑中的不同测量点的支护裂缝最大厚度如表2所示。

由表2可知，使用本文设计的市政地铁明挖隧道基坑支护施工技术施工，各个测点的支护裂缝最大厚度，均低于施工最大允许支护裂缝最大厚度，证明设计的市政地铁明挖隧道基坑支护施工技术的施工效果较好，符合实际施工需求。

6   结束语

深基坑支护是一个比较复杂的系统工程，为此施工前先要对各种地质条件进行综合分析，然后再选择合适的施工方案。要结合建设工程的实际情况，对建设过程中遇到的各种问题进行全面分析。在施工过程中，应对基坑护坡桩和基坑边坡进行全面監控，了解支护结构和基坑的变化，以便能够及时对其进行调整控制。

参考文献

[1] 汪想贵.地铁隧道明挖法施工基坑支护稳定性探讨[J].工程建设与设计，2020（1）：52-54.

[2] 刘辉喜，张泽辉，史豪杰.基于GIS技术的城市明挖隧道深基坑支护施工安全监测方法[J].粉煤灰综合利用，2021，35（6）：58-63.

[3] 王侃.城市明挖隧道深基坑支护施工技术探究[J].中国建材科技，2022，31（5）：114-115+77.

[4] 刘灿阳.明挖隧道深基坑支护施工及其结构稳定性分析[J].中国新技术新产品，2020（21）：89-91.

[5] 霍雅倩，姚传勤，马海彬等.地下连续墙施工技术在地铁工程中的应用[J].四川建筑，2022，42（2）：283-285.

[6] 任冬生.《建筑与市政工程防水通用规范》对地铁明挖法结构防水设计的影响探讨[J].中国建筑防水，2023（7）：59-64.

[7] 黎翔，刘明高，孙烨.大跨度明挖隧道断面与结构形式调研与分析[J].特种结构，2023，40（3）：66-75.

[8] 刘利，张来德.复杂地质条件下大直径过江盾构隧道工程防渗质量控制[J].交通世界，2023（17）：189-191.