胡文喜
中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司 贵州贵阳 550000
摘要：临江城市下沉隧道一般跨度大、埋深浅，地质情况复杂，地下水往往通过砂砾层与江河联通，因此在选择基坑支护形式时需充分考虑地下水因素。本文以南昌某临江城市下沉隧道工程为依托，提出了两种可行的开挖支护及降止水方案，即大开挖边坡支护+止水帷幕+井点降水方案和排桩+内支撑+高压旋喷桩方案，根据本工程基坑特点，对两种方案进行综合对比分析，得出前者大开挖方案既安全可行又经济合理。从方案分析可以看出，两种方案都有各自的优缺点和适用性，在工程实际使用过程中需根据工程所在地的具体情况，经技术经济论证分析后采用。
关键字：临江下沉隧道；基坑开挖；基坑支护；降止水；方案分析
临江城市下沉隧道一般跨度大、埋深浅，地质情况复杂，淤泥及砂砾土层厚度大，且分布广泛，同时地下水往往通过砂砾层与江河联通，极易产生潜蚀及管涌风险。为了确保工程的质量和安全，需选择经济合理的基坑开挖支护及降止水方案。本文以南昌某临江城市下沉隧道工程为依托，在系统的工程地质勘察、水文地质调查的基础上，通过计算分析，提出了两种开挖支护及降止水方案，并结合工程实际情况对方案的技术经济进行了综合比较分析，为工程实施提供了理论基础。
1工程概况
南昌某城市主干道下沉隧道工程位于南昌经开区儒乐湖（产业）新城，由南沿赣江西河左岸新建瓜洲堤西侧向北走线，隧道主体结构长2300m，其中暗埋段长1800m，南侧敞开段长250m，北侧敞开段长250m。主隧道标准段为双向六车道，采用三室结构形式，中间箱室为隧道运营管线通道兼检修通道，两侧箱室为机动车专用隧道。由于出入口较多，且间距较近，主隧道部分路段两侧机动车专用隧道箱室各在行驶方向右侧增设了一条集散车道，为双向八车道。主隧道敞开段及暗埋段标准断面如图1、图2所示。
图2 主隧道暗埋段标准断面图
整个工程区间南段地势较为平坦，北段为丘陵，整体呈北高南低。场地现有标高大部分为17.5～18.0m，最高处为26.4m，最低处为15.24m。道路红线范围内，周边无重要建（构）筑物，其中线路南侧为稻田、菜地、小水沟，北侧为丘陵，线路东侧为赣江瓜洲堤，与瓜州堤距离20～150m。
经钻孔揭露，场地岩土层自上而下分别为：耕土、砂质粘土、细砂、淤泥质粉质粘土、粉质粘土、中砂、粗砂、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩、中风化细砂岩。根据勘察地层划分和不良地质现象，穿越部位主要为砂土层，由细砂、中砂、粗砂层组成，该层渗透性好，水量极为丰富，属于中等～强透水层；且与赣江地表水连通，其力学性质有明显的触变性和流动性，在水动力的作用下可能产生管涌、流砂现象，进而降低土层结构强度，影响施工安全。
本工程基坑特点：地质条件复杂，地下水处理难度大；基坑位于赣江边，地下水极为丰富，含水层渗透性强，基坑外支护防水性对工程的安全性影响极大。因此，控制地下水位是该基坑支护中的控制性因素，基坑支护形式选择需充分考虑地下水因素。
2隧道基坑开挖支护及降止水方案
2.1方案设计依据
（1）支护结构的安全等级：均为二级，重要性系数：γ0=1.0。
（2）隧道施工工期约为1年，基坑使用年限为1年。
（3）基坑周围荷载：距离坡顶2米内不得堆载，2米外堆载不得超过20KPa。周边道路施工及运输荷载不得超过20KPa。
2.2方案选型
依据基坑实际的场地标高、场地平整后标高以及基坑底标高，确定基坑开挖深度，其中南侧敞开段为0～5.6m，中间暗埋段为6～8.5m，北侧敞开段为4.4～9.6m。基坑开挖宽度32～64m。依据场地地下水位、基坑底标高，大部分基坑底位于地下水位以下2.3～4.5m。
围护的型式根据基坑深度、结构类型、工程地质情况、场地限制条件、使用条件、施工工艺等确定，力求选用技术成熟、施工安全、造价合理、工期短、符合环保要求、利于文明施工的方案，针对本工程的工程地质情况及环境要求，可选用的方案有：
（1）方案1：基坑采取边放坡开挖边支护，并结合基坑外围的止水帷幕及井点降水等降止水措施，即大开挖边坡支护+止水帷幕+井点降水，简称为大开挖方案；
（2）方案2：基坑采取围护排桩加内支撑支护后竖直开挖，并结合排桩间的高压旋喷桩等降止水措施，即排桩+内支撑+高压旋喷桩，简称为排桩方案。
2.3大开挖方案
由于场地周边无重要构筑物，基坑开挖不受周边环境限制，且基坑开挖深度大部分小于8m，可拟采用大开挖放坡施工。基坑采用大开挖放坡支护，需截断基坑外（主要为赣江）的渗水、降低基坑内地下水位、同时对基坑坡面进行防护，才能保证整个基坑的安全。基坑底位于地下水位以下2.3～4.5m，为保证施工，需采取截水和降水措施。根据地勘资料，结合现场实际情况，分施工段分段形成平面闭合止水帷幕，两侧坡面采用井点降水。
常用的止水帷幕有搅拌桩、防渗墙和高压旋喷桩三种。结合本工程的特点，含水层位于砂卵石层，属于潜水，止水主要是止砂卵石层中的潜水，高压旋喷桩不能入岩，在砂卵石中施工难于取得好的止水效果；而搅拌桩和防渗墙均能取得较好的效果；三轴搅拌桩相对于防渗墙而言，有施工简便、施工速度快和造价较低等优势，因此止水帷幕采用三轴搅拌桩。
该方案基坑采取边放坡开挖边支护，边坡采用一级边坡，坡率为1:1.5，边坡防护采用挂网锚喷，锚杆采用Φ28长L=3m，间排距2米，梅花型布置，钢筋网采用Φ6.5@200×200mm，喷射C20混凝土厚10cm，经计算基坑边坡稳定满足规范要求。止水帷幕采用三轴搅拌桩Φ85@60cm，即85cm直径水泥搅拌桩间距60cm，搭接25cm，将坑内外地下水完全隔断；井点降水布置在基坑两侧坡顶，间距30m；为防止地面水进入基坑，在基坑外侧四周设置贯通的地面排水沟截流。土方开挖应按照分层、分段、分块、对称、平衡、限时的方法确定开挖顺序，开挖期间应加强基坑监测工作，每天由专人负责观测，用监测数据动态指导施工。隧道基坑大开挖方案平面、剖面示意图如图3、图4所示。
2.4排桩方案
钻孔灌注排桩加内支撑作为围护结构承受水土压力，是深基坑开挖常用的一种围护形式。这样的结构形式较地下连续墙更为经济，且可嵌入更深的中风化基岩之中。采用此类措施支护时，必须同时采取专门的桩间止水措施。类比地区工程经验，适宜于本地区的止水方式主要为落底式高压旋喷桩，即在支护排桩中间施工高压旋喷桩。
该方案基坑围护结构采用Φ100cm混凝土灌注排桩和钢筋混凝土支撑体系，排桩间距120cm，顶部设高钢筋混凝土冠粱将排桩连接成整体，钢筋混凝土冠粱及支撑梁高80cm，每道支撑设置2根Φ100cm格构柱，支撑的水平间距为16m，经计算基坑排桩整体稳定性和抗倾覆均满足规范要求。止水方面，在支护排桩中间施工Φ60cm高压旋喷桩，高压旋喷桩应进入强风化基岩一定深度，且应确保其与支护排桩的搭接完好。排桩和内支撑围护结构完成后才能进行基坑土方开挖，基坑土方开挖遵循“分段、分层、分块挖土，先中间后两边，随挖随撑，限时完成”的原则，利用土体在基坑开挖过程中位移的变化规律，对基坑开挖作动态管理，采用监控量测手段实行信息化施工，确保基坑变形量在设计允许之内。隧道基坑排桩方案平面、剖面示意图如图5、图6所示。
图6 隧道基坑排桩方案断面示意面
2.5方案分析
隧道基坑开挖支护及降止水方案对比分析如表1所示。由该表可知，大开挖方案相对于排桩方案有如下优势：施工机具设备简单，不需要大型钻机，施工工艺简单成熟，在地下水位以上开挖和止水帷幕可同时施工，施工速度快，工期短；支护及降止水和永久结构施工无干扰，施工后也无需拆除，施工条件好；采用帷幕和将水井进行组合，将止水效果好；且造价相对较低，经济性好。大开挖方案相对于排桩方案开挖面较大，刚度较小，变形较大，但由于场地周边无重要构筑物，基坑开挖不受周边环境限制，且基坑开挖深度大部分为8m以下，因此该方案基坑变形量有限，且变形对周边环境基本无影响。
因此，结合项目实际情况及周边环境，本着安全、经济、合理、可行的原则，优先选择大开挖方案施工，该方案工艺简单，施工速度快，安全性高，经济性好，且对周边影响小。
表1隧道基坑开挖支护及降止水方案对比分析
3结论
（1）临江城市下沉隧道一般跨度大、埋深浅，地质情况复杂，同时地下水往往通过砂砾层与江河联通，因此在选择基坑支护形式时需充分考虑地下水因素。
（2）提出了两种可行的开挖支护及降止水方案，即大开挖边坡支护+止水帷幕+井点降水方案和排桩+内支撑+高压旋喷桩方案，根据本工程基坑特点，对这两种方案进行综合对比分析，得出前者大开挖方案具有工艺简单，施工速度快，安全性高，经济性好等优势。
（3）从方案分析可以看出，两种方案都有各自的优缺点和适用性，在工程实际使用过程中需要根据工程所在地的具体情况（地质条件、水文条件、周边环境等），经技术经济论证分析后采用。
参考文献：
[1]余志成，施文华. 深基坑支护设计与施工[M]. 中国建筑工业出版社， 1999.
[2]尉希成，周美玲. 支挡结构设计手册[M]. 中国建筑工业出版社， 2004.
[3]刘国彬，王卫东. 基坑工程手册(第二版)[M]. 中国建筑工业出版社， 2009.
作者简介：胡文喜（1987—），男，汉族，湖南邵阳人，硕士研究生学历，工程师，从事道路与桥梁设计工作；E-mail: 584225958@qq.com，电话：18798061876。
论文作者:胡文喜
论文发表刊物:《防护工程》2018年第21期
论文发表时间:2018/12/11
标签：基坑论文; 方案论文; 隧道论文; 工程论文; 临江论文; 赣江论文; 帷幕论文; 《防护工程》2018年第21期论文;