谈多断面城市隧道明挖基坑中支护形式应用

丁金雷 谭国赣 周 麟

(中建五局土木工程有限公司，湖南 长沙 410004)



谈多断面城市隧道明挖基坑中支护形式应用

丁金雷 谭国赣 周 麟

(中建五局土木工程有限公司，湖南 长沙 410004)

结合株洲市铁东路核心段新建工程的地质条件和周边环境情况，提出了钻孔桩+对撑支护、桩锚支护、土钉墙支护三种多断面支护方案，并对三者进行了对比分析，以选择出既经济合理，又安全可靠的支护形式。

隧道，钻孔桩，锚索，土钉墙，支护形式

0 引言

20世纪以来，人类对地下空间的需求越来越多，因而对地下工程的研究有了一个突飞猛进的发展，城市隧道工程成为了解决城市用地紧张、交通拥挤的有效办法之一。隧道及地下洞室工程，其核心问题都归结于开挖和支护两个关健工序上，城市隧道的出现，更是对以上两个工序提出了更高的要求。目前在国内城市大型浅埋隧道修建中多采用明挖法，但对繁华城市中心地段明挖隧道，尤其是临近高大建筑物的隧道基坑周边环境复杂多变，采用何种最优支护形式的研究，既保证安全可靠，又经济节约，显得越来越重要。

本文以株洲铁东路项目为载体，基于基坑开挖范围大小、开挖深度、土质条件及周边环境等影响因素，探讨三种不同支护形式的各自特点及比选分析，以解决多断面城市隧道明挖基坑施工安全问题。

1 工程概况

1.1 工程简介及工程地质条件

铁东路核心段新建工程项目位于株洲市荷塘区，主线隧道全长912.5 m(K7+373.5～K8+286)，基坑平面形状近似长条形，沿隧道方向基坑开挖深度不断变化，最深开挖15 m。部分区段离用地红线较近，周边环境复杂，周边管网线较多，隧址范围内有富华国际大厦(地上26层，地下1层)、株洲市荷塘区石塘冲社区居委会大楼(地上15层，地下1层)需要保护。

沿隧道线基坑开挖范围内总体上土质情况较好，从上往下依次是素填土，粉质粘土，泥质粉砂岩。隧道基坑开挖底在粉砂岩层。

1.2 基坑周边环境概况

3个不同断面支护周边环境调查见表1。

表1 3个不同断面支护周边环境调查表

2 多断面支护方案与施工工艺

本隧道工程基坑开挖深度大，大部分地方开挖深度10 m以上，属深基坑。周边环境比较敏感，部分区段用地范围狭小，隧道开挖边线距离城市中心部分高大建筑物较近，周边管网线较多，隧址范围内有富华国际大厦、株洲市荷塘区石塘冲社区居委会大楼等需要保护。根据该基坑的特点，不同区段采用不同的支护形式，在保证基坑安全前提下，又尽可能节约成本。

本文选取三个不同支护形式的典型断面进行介绍,断面K7+373.5～K8+480采用钻孔桩+对撑支护方案，K7+560～K7+610右侧采用桩锚支护方案，K7+560～K7+610左侧采用土钉墙支护方案。

2.1 钻孔桩+对撑支护断面

2.1.1 断面支护结构体系

K7+373.5～K8+480区段范围内采用钻孔桩结合三道对撑的支护方案。该区段基坑开挖深度10 m～11 m，有富华国际大厦及周边管网线需要保护，采用直径800@1 000钻孔桩，钻孔桩桩间采用直径600 mm高压旋喷桩止水桩，钻孔桩嵌固深度大于6 m，第一道冠梁采用混凝土支撑800 mm×800 mm，第二和第三道腰梁采用直径609,t=16 mm的钢支撑，水平间距3 m。支撑竖向间距3 m～4 m,支撑桩上部采用550 mm×550 mm格构柱，下部采用直径1 000 mm的钻孔桩，格构柱插入钻孔桩深度2 m，支撑桩位置如果离工程桩较近，为节约造价，也可用工程桩代替。第一道混凝土支撑采用600 mm×800 mm，第二和第三道钢支撑采用双拼20槽钢，钢腰梁采用双拼56a。

2.1.2 围护体系施工工艺

1)平整场地至设计标高，施工钻孔支护桩，然后在支护桩之间施工高压旋喷止水桩。

2)基坑内支撑体系下钻孔支撑桩，局部可用工程桩代替以节约造价，底板以上采用井字形钢构柱与支撑梁联接传递竖向荷载，钢构柱底端锚入支撑桩内2.0 m，确保支撑体系可靠安全。支撑桩可安排在工程桩施工阶段实施。

3)基坑放坡分段挖至支撑梁、冠梁底，施工浇筑混凝土支撑梁、冠梁等。待支撑体系达到混凝土设计强度的80%后往下分段开挖至第二道腰梁底，施工第二道钢腰梁及支撑，然后再开挖至第三道钢腰梁底，施工第三道腰梁及支撑，最后开挖至基坑坑底。

2.2 钻孔桩+锚索支护断面

2.2.1 断面支护结构体系

K7+560～K7+610右侧范围内采用钻孔桩结合四道锚索的支护方案。该区段基坑开挖深度约14 m，有荷塘区石塘冲社区居委会大楼及周边管网线需要保护，采用直径800@1 000钻孔桩，钻孔桩桩间采用直径600 mm高压旋喷桩止水桩，钻孔桩嵌固深度大于6 m。冠梁采用混凝土支撑800 mm×800 mm，锚索采用4根直径15.2的高强度低松驰预应力钢绞线，钢绞线长度19 m～22 m，其中锚固段6 m,锚索竖向间距3.5 m，水平间距2 m。

2.2.2 围护体系施工工艺

1)平整场地至设计标高，施工钻孔支护桩，然后在支护桩之间施工高压旋喷止水桩。

2)分段开挖至冠梁底，及时施工冠梁内锚索，并将锚索端部与冠梁整体浇筑；待达混凝土设计强度80%后再往下开挖至压顶梁下第一道锚索下300，及时施工锚索，待锚索达养护期后再开挖至第二道锚索下300，及时施工锚索，待锚索达养护期后再开挖至第三道锚索下300，及时施工锚索，待锚索达养护期后再开挖至基坑底部。

2.3 土钉墙支护断面

K7+560～K7+610左侧采用土钉墙支护方案。该区段先按1∶1.25的坡率放坡，从地面往下3.5 m深度的位置设置一个2 m宽的平台，再按1∶1坡率的二级边坡放坡至坑底。竖向和横向每隔1.5 m设置一道5 m长的砂浆锚杆，坡面采用10 cm厚C20网喷护面。

3 多断面支护形式分析对比

3.1 钻孔桩结合内支撑方案

该支护方案特点是受力合理，安全度高，相对也较经济，可以说是安全度很高的一种围护形式。其缺点是对于大型基坑，支撑及支撑桩费用高，直接影响围护工程费用；且由于内支撑的存在影响基坑开挖和地下室施工并造成围护、地下室施工工期延长。本工程K7+373.5～K8+480区段范围内用地面积狭小，基坑边距离征用红线很近，基坑边上有高楼富华广场及众多管线需要保护，但是基坑开挖深度比较大，超过10 m，属于狭小空间开挖深基坑类型，需要对基坑开挖进行严格变位控制。该区段基坑宽度30 m左右，宽度不大，很适合采用围护桩+对撑支护结构形式，即可以严格控制基坑的变位，受力合理；由于开挖宽度小，产生的支撑及支撑桩费用也不高，故相对也较经济。该断面采用桩撑方案的形式是比较合理可靠经济的。

3.2 钻孔桩+锚索支护方案

该支护方案受力特点类同于钻孔桩加内撑支护体系，只是用多道锚索代替内支撑，一个是内撑方式，一个是外拉方式。当基坑开挖范围大设置内支撑困难，且场地周边条件允许打设锚索时，采用桩锚支护形式有其独特的优越性。锚索对土体变位控制虽然不如内支撑严格，但是在内支撑方案无法实施的情况下，外锚也是一个不错的选择，而且它比内支撑方便施工，通过设计计算增设多道锚索往往亦能达到变位控制的要求。本工程K7+560～K7+610右侧范围内用地面积狭小，基坑开挖深度比较大，基坑边距离征用红线很近，基坑边上有荷塘区石塘冲社区居委会大楼及周边管网线需要保护，需要进行变位控制，但是该区段基坑左侧比较开阔，对变位要求不高，如果按桩撑方案虽然能做到安全可靠，但是造价成本同时也会增加很多，造成不必要的浪费。该区段地质情况较好，地面以下3 m～4 m是岩层，采用4道20 m长锚索，将6 m长的锚固段锚入岩石，不但能达到控制变位、保护周边环境的效果，而且较内支撑方案节约大量成本，故综合考虑，该断面采用钻孔桩+锚索支护形式是比较合理可靠经济的。

3.3 土钉墙支护方案

土钉墙围护是目前较盛行的围护做法，其适合在土性较好的粘土和粉砂土中(结合降水)，优点是价格便宜，施工方便，安全度也有保障。纯土钉墙的缺点是无插入深度，在软土中整体稳定性差，一旦基坑失稳，必将影响临近道路和建筑，同时也将挤斜坑内工程桩，造成重大工程事故。本工程K7+560～K7+610左侧虽然开挖深度较大，但是具有基坑土层较好的特点，且用地红线离坑边外侧距离很远，场地较宽阔，无重点保护的高楼等，对基坑变位要求不高，通过大放坡的土钉墙支护形式在能满足安全需求的情况下，又能降低造价节约成本，故采用土钉墙是比较经济合适的。

4 结语

1)在城市中心开挖隧道基坑，往往存在用地面积狭小，部分高大建筑物较近，周边管网线较多，环境特别复杂，对施工要求较高。沿隧道线基坑开挖往往很长，根据土质条件，周边环境，基坑开挖大小，开挖深度的不同，往往需要对多断面支护结构形式进行比选，确保方案既安全可靠，又经济合理。

2)深基坑开挖往往需要进行变形控制，特别是对于用地狭小的深基坑开挖，如果坑边有重要建筑物需要保护，往往优先考虑桩撑支护形式，虽然造价较高，但是控制变形最为严格，也最为安全可靠。如果基坑范围太大，采用桩撑支护方案造价太高，可以考虑采用桩锚支护形式，特别是对于土质条件较好，岩层较浅的地方，有其独特的优越性，锚索的锚拉作用同样能达到内撑的作用，既方便施工，同时能节省造价。周边环境好，用地广，对变形要求不严格的区段，往往采用土钉墙支护方案，最大程度的节省造价。

3)多断面城市隧道明挖基坑施工，应综合考虑基坑开挖范围大小、开挖深度、土质条件及周边环境等影响因素，根据不同支护形式的各自特点，比选分析，分段进行支护形式设计，在确保基坑施工安全的前提下，寻求经济合理的基坑支护形式。

[1] 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.

[2] 陈肇元，崔京浩.土钉支护在基坑工程中的应用[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.

[3] 龚晓南，高有潮.深基坑工程设计施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1998.

Application of support form in open pit excavation of multi section urban tunnel

Ding Jinlei Tan Guogan Zhou Lin

(ChinaConstructionFiveEngineeringCo.,Ltd,Changsha410004,China)

Combining with geological conditions and surrounding environment conditions of new-built engineering of core section of east Tiedong road in Zhuzhou city, the paper puts forward three kinds of multi-section supporting scheme including bored pile + symmetrical support, pile anchor support and soil nailing wall support, and makes a comparative analysis, with a view to select economic, rational and safe and reliable support form.

tunnel, bored pile, anchor cable, soil-nailing wall, supporting form

1009-6825(2017)11-0071-02

2017-02-07

丁金雷(1981- )，男，硕士，工程师; 谭国赣(1980- )，男，工程师; 周 麟(1989- )，男，工程师

TU463

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