明挖隧道深基坑支护施工及其结构稳定性分析

刘灿阳

（合诚工程咨询集团股份有限公司，福建 厦门 361000）

0 引言

随着厦门城市建成区的扩大和成熟，重建现有的道路面临越来越多的难题，向地下要空间，成为一条清晰的思路，随着厦门地铁1、2线投入运营及第二西通道全线贯通，对疏导厦门岛内外交通起到了重要的作用。明挖隧道施工已经成为城市道路一个较为普遍的设计理念，而深基坑支护稳定性直接影响了密集的建筑物及基坑本身的安全。

1 城市明挖隧道基坑围护施工难点分析

结合厦门市芦澳路（马青路-翁角路）公路工程的施工条件及其施工开展情况，对其施工中存在的突出难点总结如下。1）明洞基坑西侧为芦坑社居民居住区，距基坑东侧14 m为钟温10号高压电塔基坑，北侧为既有马青路高架桥，高架桥墩距基坑边最近距离约23 m，周边有燃气管线、给水管道、各类光缆等。2）该基坑最深有24 m，场地内地下水主要为潜水，大气降水补给，雨季水量较大，旱季水量较小，结合地质情况，地下水位较高。土质为回填垃圾土，第四系残积砂质黏性土层。

2 城市明挖隧道基坑支护质量控制要点

由于福建省厦门临海地区复杂的地质条件增加了深基坑支护工程的难度。该项目其含沙量较大，透水性较强，遇水存在软化的现象[1]，支护方式不当就很容易造成基坑的塌方，为了提高支护强度，该项目采用围护桩+高压旋喷桩施工组合模式，提高了围护强度，并用旋喷桩咬合，形成止水帷幕，对基坑稳定及止水发挥较大的效果。基坑内采用一道砼支撑+钢支撑支护（钢支撑5 m深一道，水平3 m一道），基坑内外采用井点降水。

2.1 围护桩+高压旋喷桩质量控

在进行上述公路工程的明挖隧道深基坑支护施工中，对围护桩+高压旋喷桩施工的质量控制，应从以下3点入手。1）为了提高与围护桩之间的咬合性，高压旋喷桩桩位必须严格控制。2）浆液水灰比、浆液比重、每米桩体掺入水泥重量等参数均以现场试桩情况为准。运灰小车及搅拌桶都做了明显的标记，以确保浆液配比的正确性。灰浆搅拌应该均匀，并进行过滤。在喷浆过程中浆液应该连续搅动，防止水泥沉淀。3）严格控制喷浆提升速度，喷浆过程应连续均匀，如果喷浆过程中出压力骤然上升或下降，大量冒浆、串浆等异常情况时[2]，应该及时提钻出地表排除故障后，复喷接桩时应加深0.4 m重复喷射接桩，防止出现断桩。4）由于地下孔隙等原因造成返浆不正常，漏浆时，应该停止提升，用水泥浆灌注，直至返浆正常后才能提升。5）引孔钻孔施工时应该及时调整桩机水平，防止因机械振动或地面湿陷造成钻孔垂直度偏差过大。为了保证顺利安放注浆管，引孔直径采用Φ150 mm成孔，岩芯管长不小于2.0 m。穿过砂层时，采用浓泥浆护壁成孔，必要时可以下套管护壁，以防垮孔。

2.2 砼支撑+钢支撑施工

根据上述工程基坑开挖的支护施工设计方案，其中，横向开挖分为2～4层开挖，每次土方开挖深度控制在2 m，并在开挖后8 h内完成桩间网喷支护施工，待开挖至支撑下方0.5 m时，及时架设钢支撑；基坑纵向共分为5段11断面。

首先，在桩间网喷支护施工中，其具体工艺流程为土方开挖（2.0 m以内）→人工清坡（含土方清理、桩体的清理）→挂钢筋网→喷射混凝土→砂浆抹面→土方开挖。以上工序循环进行直至基坑底部。其中，在对喷射混凝土配合比设计中，应该通过室内试验和现场试验进行合理选定，并确保其符合施工图纸要求。钢筋网片挂设施工采用Φ6@200×200mm钢筋网片，并确保其焊接牢靠；桩间设置L=2m 竖向间距1m的Φ20 mm钢筋土钉，并设置Φ14 mm拉筋与土钉焊接固定网片，竖向间距1.5 m，完成后喷射8 cm厚C20早强喷射混凝土。喷射混凝土的强度为C20，混凝土拌制采用强制式搅拌机，搅拌时间不得少于1 min，宜随拌随用；对不掺速凝剂的干混合料存放时间不超过2 h，而掺有速凝剂时的存放时间不超过20 min。混凝土喷射前对喷射面进行检查，清除开挖面浮渣和堆积物；喷射作业应分段、分片，由下而上按照分层喷射方式进行；对终凝1 h后再喷射的作业情况，应该先用风、水清洗喷层表面；喷射混凝土的回弹率边墙不应该超过15%；混凝土喷射施工中，喷头宜与受喷面垂直，其间距以0.8 m～1.0 m为宜，喷头应该连续、缓慢地进行横向环型移动，喷层厚度应均匀；混凝土喷射后的表面应湿润光泽，无干斑、滑移及流淌现象；喷射混凝土终凝2 h后，进行喷水养护，养护时间不得少于14 d。

其次，在钢支撑施工中，根据开挖施工段的划分进行相应的钢支撑安装施工，一般在开挖至每道钢支撑下0.5 m处安装钢支撑。在钢支撑施工中，支撑施加的是否及时、牢固，直接影响了基坑的安全，在施加设计应力后根据对支撑梁的监控，如与设计存在偏差时，及时联系设计单位，对支撑应力值进行调整。图1为钢支撑安装施工的工艺流程示意图。

在钢支撑定位确认过程中，应该在基坑开挖至钢支撑下0.5 m处进行测量放线，测量放线的高差应不得大于3 cm。钢支撑制作是采用Φ609 mm钢管（t=16 mm）加工而成，并分活动端、固定端和中间节，全部采用法兰连接；为了保证支撑的精度、质量，所有支撑都在工厂加工制作，现场安装、调整。钢围檩采用双拼I63a工字钢焊接而成，钢围檩靠桩侧采用700mm（高）×200mm（宽）×20mm（厚）钢缀板，并与L=34cm植入桩身内的6C28钢筋进行牢固焊接，靠基坑内侧设置480mm（高）×150mm（宽）×16mm（厚）钢顶缀板；钢围檩随支撑架设顺序逐段吊装，人工配合吊车或挖机将钢围檩安放于钢支架上；钢围檩应纵向连续，连续长度不小于30 m，钢围檩在拐角位置应该保证等强连接，其现场拼装点位置应该设置在支撑点附近，不超过围檩净跨度的1/3；对钢围檩分段预制长度不应小于支撑间距的2倍。钢围檩安装完成后，检查钢支架是否因撞击而松动，并用钢楔块将支架与钢围檩间隙焊实，如钢围檩与围护桩间有空隙，中间采用强度C30的混凝土填嵌。钢连系梁采用32c槽钢焊接而成，钢系梁施工前应该对其标高进行测量放样；架设时对32c槽钢之间可采用840mm（长）×280mm（宽）×10mm（厚）间距800 mm钢板进行加强。钢支撑安装包括直撑安装和斜撑安装2个部分，在直撑安装前，根据现场的实际架设长度，将标准管节先在地面进行预拼接，并检查支撑的平整度，其两端中心连线的偏差度控制在20 mm以内，并采取整体一次性吊装到位；斜撑安装受斜撑与钢围檩呈斜交关系，可能使钢围檩存在后移，可以按设计角度，在斜撑对应处的钢围檩上设置三角形抗剪蹬，确保钢管支撑与受力面成垂直关系，然后进行支撑安装作业。支撑临时固定后，立即开始按设计要求进行施加预压轴力；在施压时，将2台100 t液压千斤顶吊放入活络头顶压位置，2台液压千斤顶安放位置必须对称平行。砼支撑与钢支撑安装施工后，应该对其支撑应力进行监测，以确保其在基坑稳定支撑中发挥作用。

图1钢支撑安装施工的工艺流程示意图

2.3 降水措施

针对上述明挖隧道工程的深基坑支护施工情况，在进行基坑降水处理过程中，主要从地下水防治与排水处理、水土保持3个方面，做好其深基坑支护施工中的降水处理工作。1）在进行深基坑支护施工中的地下水处治时，根据钻孔监测的地下水位结果，在进行基坑开挖施工后，由于部分路段的地下水位会出现高于设计路面标高的情况，并且雨季施工中的地下水位升高变化会更加明显，对基坑开挖以及深基坑支护施工均产生了一定的不利影响。针对这一情况，再结合基坑开挖施工区域的填土层厚度以及其渗透性变化，为了避免地下水位超出设计路面标高以及雨季地下水位增高等情况的不利影响，同时避免对基坑开挖施工区域周围埋藏管线的破坏影响，除了在上述施工中进行基坑开挖施工前采用搅拌桩止水帷幕技术和湿喷混凝土方法进行地下水及其水位升高影响的防治处理外，还需要采取有效的措施，降低地下水位，以减少其对明挖隧道基坑稳定性的不利影响。在上述工程中，针对地下水水位及其基坑稳定性的影响，采取的降低地下水水位措施主要为集水井[3]，即在基坑开挖施工区域进行集水井设置，以对周围的地下水形成汇集，使其流向集水井，并使用水泵向外抽出，避免其对基坑稳定性产生危害。2）上述基坑开挖与支护施工中，采取的是排水措施，根据具体施工的内容和情况不同，主要包含地面排水与开挖施工过程中的排水处理、基坑底部排水等不同排水方式。其中，地面排水是通过在基坑的顶面距离开挖的边线大约50 cm的位置处，沿着基坑的两侧进行临时排水沟挖设，然后通过和明挖隧道工程的场外排水系统相互连接，从而促进基坑开挖区域的顶面排水顺利实现，避免对基坑开挖以及基坑的稳定性产生影响。地面排水方式在上述工程施工中，不仅能够通过地面的排水沟对基坑顶部的地面水起到相应的截流作用，以避免地面水进入开挖基坑内部或者是对基坑边坡形成冲刷，从而保证基坑开挖施工及其稳定性。其次，明挖隧道开挖施工中的排水处理是在隧道开挖施工中，由于其土层中包括的地表渗水与地下水均会随着基坑的开挖渗漏出来，尤其是在雨天进行基坑开挖时，可能会产生更多的积水，从而对施工开展造成不利的影响，需要及时地将积水排出，对其施工开展进行保障。针对这一情况，进行明挖隧道的基坑开挖施工中就可以通过在地势较低区域临时设置集水坑，汇聚积水，然后使用水泵将其抽出地面，通过排水沟排出。此外，针对明挖隧道工程的基坑底部进行排水处理，是根据基坑开挖的深度较大，导致地下水外渗，从而出现基坑内积水的情况。因此，需要在基坑开挖至设计标高时，通过在基坑底部的合适位置设置排水沟，并沿排水沟将积水引向集水井，从而排出基坑底部的积水。3）明挖隧道的开挖与基坑支护施工中，采用的是水土保持措施，是针对基坑开挖施工对周围自然环境产生的影响，为了避免基坑开挖后的水土流失或者是环境污染等问题发生，需要对开挖基槽进行验收后，对基坑底部范围以内的场地进行硬化处理，避免出现雨水冲刷等引起的基坑边坡失稳等问题，对基坑开挖及其支护施工效果进行保障。

3 城市明挖隧道监控量测要点

在明挖隧道深基坑支护施工中，由于深基坑施工所涉及的内容与环节众多，一般包括土方开挖以及围护、挡土和防水等多项施工内容，其中任何一个环节出现问题，都会对深基坑工程的整体施工质量产生影响，严重时甚至会发生相应的安全事故。此外，基坑结构的变形以及沉降、移位等变化，都会对支护结构的安全性造成影响，进而影响明挖隧道工程的施工质量和效果。因此，在明挖隧道施工中，对其各项施工监控量测的内容和要点进行准确把握，也十分关键。一般情况下，对明挖隧道深基坑支护施工的监控量测，主要包括对深基坑支护结构及其裂缝、基坑底部隆起、支护体系的位移、邻近建筑与道路的沉降或倾斜变化等进行监测和控制，需要施工单位根据施工监控量测方案，进行监测点合理布设后，按照相应的监测频率对其进行相应的监控和量测分析，从而避免上述各种变化对深基坑支护施工及其质量效果的不利影响。此外，在明挖隧道深基坑支护施工中，其施工监控量测的内容还包括对施工现场的地质结构以及周围环境、地下管线等数据资料的监测和分析，从而通过获取全面、真实的监测数据，对其动态发展与变化进行预测，为明挖隧道的开挖以及深基坑支护施工提供可靠的依据和支持。表1为上述明挖隧道施工中的监控量测主要项目内容。

为了避免明挖隧道深基坑支护施工中各种监测与控制工作开展不足引起的质量和安全问题，就需要施工单位严格按照施工开展的有关规定与依据，结合深基坑工程施工组织设计方案的要求和技术标准执行，并注意对深基坑工程的各项施工进行全面控制，从而确保其施工质量，提高安全性，避免出现深基坑工程支护施工的各种问题。例如，进行深基坑开挖施工中，应该避免对工程桩以及支护结构、原始土层等结构体形成碰撞和影响，一旦出现异常问题，应立即停下，对其原因进行分析并有效解决和处理后，再进行施工开展，从而保证明挖隧道深基坑支护施工的安全和质量；另一方面，进行深基坑工程的土方开挖施工前，还应该对其施工地区的建构物以及地下管线分布等情况进行了解，制定合理的施工开展方案，避免对施工地区的建构物及地下管线分布产生影响。

4 结语

总之，对明挖隧道深基坑支护施工及其稳定性控制等有关问题进行研究，有利于提高明外隧道深基坑支护工程的施工技术和质量水平，从而确保明挖隧道的开挖施工顺利开展，同时保证其隧道工程的整体结构安全，在推动我国有关工程建设及其行业发展等方面，均具有十分积极的作用，值得进行研究和关注。

表1明挖隧道施工的监控量测项目