佛山市沉管隧道暗埋段深基坑支护设计

汪海洋

(广东省水利电力勘测设计研究院，广州 510635)

文章编号：1006—2610(2015)03—0042—03

佛山市沉管隧道暗埋段深基坑支护设计

汪海洋

(广东省水利电力勘测设计研究院，广州 510635)

广东省佛山市汾江路南延线沉管隧道工程，暗埋段基坑最大开挖深度达21.5 m，基坑西边靠近东平水道，地下水位较高，基坑支护是本工程的重点和难点。暗埋段基坑采用C30地下连续墙+钢筋混凝土和钢管组合的支撑方案，地下连续墙最深达27.5 m，嵌固深度达6 m。按照开挖、支撑及拆撑的的先后顺序，共分18个施工步序，文章重点介绍暗埋段基坑支撑体系的布置、支护设计与内力计算。

深基坑;地下连续墙;支撑

1 工程概况

广东省佛山市汾江路南延线工程路线设计全长2.41 km，过东平水道段采用沉管法施工，两岸采用地下连续墙深基坑围护，基坑使用年限为2 a，根据规程[1]支护结构的安全等级为2级。沉管段全长445 m，共分4节管段(115 m+115 m+105 m+110 m)，管段宽39.9 m、高9.0 m，在岸边设沉管接口段与主体部分相接。

基坑地面高程为3.5 m左右，暗埋段开挖至高程-15.5～-17.5 m,采用地下连续墙+内支撑的围护结构，地下连续墙长度为26.5～27.5 m，嵌固深度为6～8 m。基坑开挖深是本工程的一个显著特点，本文重点介绍暗埋段深基坑支撑体系设计。

2 场区内工程地质、水文地质

根据地勘资料，所取计算E-E剖面，地质参数参照Zkk55孔,参数见表1。

地表水主要为东平水道，其河面宽200～300 m，河流中心水深8～11 m，警戒水位为4.84 m，50年一遇水位为6.804 m，历史最高水位为6.85 m。

表1 ZKK55钻孔各土层的地质参数表

图2 施工步序与内支撑支护结构简图

3 主要支护形式

3.1 支撑平面布置

沉管隧道暗埋段桩号范围为SK1+645 m～SK1+727 m，平面上为矩形，长约82 m，开挖高程-17.5～-15.5 m，最大开挖深度H为21.5 m，围护结构顶高程3.5 m。支撑平面布置如1所示，暗埋段对撑宽为40.115 m，基坑中央设2道格构式钢立柱4×L160×16，钢立柱的跨度为14.23 m,钢立柱嵌入Ø1 000 mm钻孔灌注桩2 m，钻孔灌注桩嵌入基坑开挖面以下6.0 m。

基坑支护采用1层钢筋混凝土支撑+5层钢管支撑(支撑层号为Ⅰ～Ⅶ，含1道钢管换撑)，各层支撑竖向间距分别为4.5、4.5、3.5、1.5、2 m。为了保证整体的刚度和强度，首层支撑采用C30混凝土支撑，梁截面形式为600 m×700 m。为了便于拆除和回收利用，其它层支撑采用钢管Ø609(δ14)支撑。地下连续墙墙顶中心线高程为3.0 m，墙底高程为-23～-25 m，地下连续墙墙顶冠梁高1 m，冠梁顶高程为3.5 m，详见图2。

3.2 结构计算

3.2.1 荷载计算

(1) 土压力

根据JGJ 120-99《建筑基坑支护技术规程》 规定，地下连续墙宜采用的土压力计算模式：基底上部主动侧(迎土侧)按朗肯主动土压力进行计算，基底下部考虑两侧土压力相抵后形成矩形土压力荷载，并在被动侧(基坑侧)计入1组弹性支撑(地层抗力)。

(2) 水压力

地下水位按实际地下水位计,且水压力不折减。地下水位以下，对于岩土层中透水性较强的砂性土、岩石按水土分算，其余土层按水土合算。

(3) 地面超载

沉管段北面钢管桩紧临东平水道，不计入地面超载；其余部位地面超载取20 kPa。

3.2.2 计算工况

根据不同开挖深度和加撑顺序，共分18个施工步序，详见图2。所取计算E-E剖面(SK1+652 m～SK1+727 m)，从顶层冠梁高度依次往下，在高程3.0、-1.5、-6.0、-9.5、-11.0、-13.0 m处分别设1道支撑，共6道支撑，其中第Ⅴ道支撑为换撑。在基坑开挖至各道支撑以下0.5 m时，必须设该道支撑。开挖工况(按从上到下开挖的先后顺序，施工步序依次为①、③、⑤、⑦、⑨、)、加撑工况(按从上到下的先后顺序，施工步序依次为②、④、⑥、⑧、⑩、)和拆撑工况(按先后顺序施工步序依次、、、)，分述如下：

(1) 开挖、加撑工况

基坑开挖从上至下分层进行，开挖至每道支撑结构底面以下0.5 m时，施工该道支撑安装，不得超挖。在每道支撑安装完毕，才能进行下一层的土方开挖，直到开挖到坑底设计高程。

(2) 拆撑工况

支撑拆除必须从下往上按图纸要求执行，计算施工步序工共分18步，编号为①～，详见图2。

3.2.3 计算方法

基坑支护计算采用北京理正软件设计研究所编制的《理正深基坑支护结构设计软件F-SPW(6.0版)》及规程[1]推荐的弹性支点法进行设计，将支撑式支撑结构分解为挡土结构、内支撑结构分别进行，按变形协调作为约束条件。该方法存在以下假定：支锚点的侧向位移不可逆转，即每一工况计算的支锚点位移不能小于前一阶段计算结果，也不能出现反向位移；回填阶段，其位移保持不变。

3.2.4 内力和位移计算

各施工步序连续墙的最大水平位移、弯矩见表2。限于篇幅，仅附工况12 连续墙最大水平位移、最大正、负弯矩，见图3。

图3 工况12 墙顶位移、弯矩图

表2 不同施工步序下连续墙的最大水平位移、弯矩表

由此可见基坑挖至坑底及拆撑时连续墙的位移、弯矩均较大，因此要及时做好结构底板，进行基坑内主体结构回填以增加结构抗力，防止基坑坍塌。特别是在拆撑前要及时做好主体结构顶板后的土方回填，以增强结构整体抗力。

对开挖与支撑相邻的2个施工步序(如①②③④⑤⑥⑦⑧⑨⑩)，墙顶位移和弯矩没有变化，主要有2个原因：一是因为基坑只进行支撑，没有回填，坑外土传给桩身的应力没有变化、桩后土塑性变形不可恢复的缘故；二是因为弹性支点法假定每一工况计算的支锚点位移不能小于前一阶段计算结果，也不能出现反向位移。

3.2.5 结 论

(1) 在边开挖边支撑工况下，随着基坑开挖深度的增加，墙顶的位移、弯矩随之增大。当挖至坑底时，墙顶水平位移最大。但此位移并不是在所有工况中最大的，墙顶最大位移发生基坑挖至坑底后拆第Ⅴ道支撑时，这是因为拆掉该道支撑，支护结构的水平内力减小的缘故。

(2) 拆撑过程中，随着内支撑拆除，连续墙不同深度处受到总支撑反力会减小，内力重新分配，连续墙的最大水平位移呈先增大后减小趋势。

(3) 各计算工况下的连续墙最大水平位移的绝对值均小于50 mm, 也小于0.005h(h为基坑开挖深度)，满足GB50497-2009《建筑基坑工程监测技术规范》要求,说明基坑支护设计是合理的、可行的。

(4) 深基坑施工应严格遵循先撑后挖的施工顺序，上层支撑未施工严禁下层土方开挖，严格禁止超挖。拆撑前要及时做好主体结构施工及坑内土方回填。

4 结 语

佛山沉管隧道暗埋段基坑平面上为矩形,开挖深度最深为21.5 m，采用地下连续墙+6道支撑的支护方案。由于钢筋混凝土支撑具有刚度大、整体性好的特点，故首层采用C30钢筋混凝土支撑。钢管支撑具有自重轻、安装和拆除方便、可以重复利用、安装后能立即发挥支撑作用的优点，故其它5层内支撑采用钢管支撑。随着基坑开挖深度的增加，墙顶的位移、弯矩随之增大，因此要及时做好支撑、严禁超挖。

[1] JGJ120-2012建筑基坑支护技术规程[S].北京： 中国建筑工业出版社,2012.

[2] 刘建航,侯学渊.基坑工程手册[M].北京：中国建筑工业出版社,1997.

[3] 刘家齐,马林艳.桐子林水电站地下连续墙安全监测[J]. 西北水电，2011，(S1)：30-33，78.

[4] 赵志缙,应惠清.简明深基坑工程设计施工手则[M].北京：中国建筑工业出版社,2001.

Support Design of Deep Foundation Pit at Underground Section of Immersed Tunnel

WANG Hai-yang

(Guangdong Hydropower Planning and Design Institute, Guangzhou 510635,China)

The maximum excavation depth of the foundation pit at underground section of the immersed tunnel for southern extension of Fenjiang Road in Foushan City is up to 21.5 m. On the west, the foundation pit is close to Dongping waterway, where the ground water level is higher. Therefore, the foundation pit support is difficult and the important works as well. The foundation pit at the underground section is supported by combination of C30 underground continuous wall, reinforced concrete and steel pipes. The continuous wall is up to 27.5 m deep, its embedded depth is up to 6 m. Totally 18 construction steps are divided according to excavation, support provision and support removal in order. In this paper, support system arrangement, support design and internal action calculation of the foundation pit at the underground section are described especially.

deep foundation pit; underground continuous wall; support

2015-01-20

汪海洋(1983- ),男，湖北省随州市人,硕士,工程师，从事水工结构和水利工程施工工作.

TV672.1;TV554

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.03.012