填海区域复杂环境条件下明挖隧道工程施工技术探讨

王涛龙

（中铁广州工程局集团深圳工程有限公司）

1 工程概述

本工程基坑标准段宽度约14.5m，加宽段约26.6m，基坑开挖深度最浅12.4m，最深23.3m，基坑安全等级为一级。主体结构有上下叠层双孔、水平双孔两种形式，上下叠层段采用单孔三车道、水平双孔段采用单孔双车道框架结构。

本工程场区原始地貌为滨海相潮间带滩涂，分布有较厚的淤泥层，后经人工填海造陆，回填至现状标高，地面现状高程为4.68～9.23m，地势略有起伏。

根据地勘报告，本场区范围内分布的地层自上至下有：①1层素填土、①2层填石、③2层淤泥、⑤1层粘土、⑤2层中粗砂、⑥1层含有机质粉质粘土、⑥2层淤泥质粉细砂、⑥3层含黏性土粗砂、⑧1层砂质粘性土、全风化混合花岗岩层、土状强风化混合花岗岩层、中风化混合花岗岩层。

结合地勘报告，本工程支护结构初步设计方案主要是钻孔灌注桩+内支撑形式，局部采用地下连续墙。支护桩净距0.3m，桩间采用双重管高压旋喷桩止水帷幕。由于本工程里程长、沿线施工条件不同、开挖深度差异大且周边施工条件不断变化，属于边设计边施工状态。通过和设计单位及周边地块单位不断协调沟通，进场后根据施工条件调整优化了初步设计支护方案，采用的支护结构体系主要有以下几类：

⑴标准段基坑，两侧新建支护桩，由于每段建设时序不同，基坑两端采用封堵桩临时隔断。

⑵单侧新建支护桩，另一侧利用地块既有支护桩，形成支撑系统。

⑶采用两级放坡+单侧双排桩支护，不设置内支撑支护体系。

2 周边地块尚未开发的基坑支护、开挖及回筑技术

2.1 支护结构施工

本工程支护桩采用钻孔灌注桩，主要施工设备为旋挖钻机，采用泥浆护壁工艺。由于本工程位于填海区域，地质条件较复杂，特殊地层如下所述：地面以下约6～10m 左右存在杂填土、填石层。回填层下存在约3～5m厚淤泥层、淤泥层下是原始滩涂（以中粗砂为主）、部分桩基需进入中风化岩。因此，桩基施工需克服的风险和困难较多。

杂填土层主要存在的风险是塌孔，本工程主要采用长6～10m 的钢护筒；其次调整泥浆性能，钻进阶段控制泥浆比重在1.25～1.3 左右，如低于1.25 极易塌孔。埋设钢护筒前由项目部测量组进行放样，并在桩孔四周埋设护桩。护桩采用十字交叉并互相垂直设置，便于护筒埋设完成后复核桩位。为避免桩基垂直度偏差造成结构侵限，保证主体结构尺寸，支护桩放样时向基坑外侧偏移100mm 控制[1]。

填石层主要存在的困难是由于块石粒径较大、孔壁填石间空隙大，钻进至该层后泥浆顺着块石间的空隙渗漏。在短时间泥浆全部漏完，泥浆补充不及时导致上部塌孔。为避免连续塌孔后期成孔困难，需果断采取措施处理。具体为：就近采用黏土拌和水泥进行回填，填塞缝隙。为加快回填效率，水泥土采用挖机拌和。根据经验水泥掺量宜控制在20%左右，每回填2～3m 后采用旋挖钻机钻头进行强制夯实。回填至护筒底以上1m 左右，等待约24h 后重新钻进，一般可以解决此类问题。

桩间止水帷幕采用双重管高压旋喷工艺，在施工前根据以往施工经验和相关规范文件进行试桩。通过试桩检测确定在不同地层中的工艺参数，在后期施工中根据地勘报告在相应的地层中选用合适的施工参数。注意在砂层中必须采取复喷措施，确保止水效果，否则基坑在砂层渗漏相当严重。

2.2 土方开挖及内支撑施工技术

2.2.1 土方开挖技术

基坑土方开挖必须遵循“水平分段、竖向分层、先撑后挖、不得超挖”的原则。在此基础上结合主体结构变形缝设置，确定的分段长度为纵向20m 一个开挖循环、竖向分层高度为上下相邻两道支撑的间距，一般≤5m。

本工程基坑开挖深、宽度窄，不适合在基坑内采用挖机接力翻运的开挖方案。因此采用垂直取土的方式，采用PC120、CAT330 长臂挖机、液压抓斗三种类型的开挖设备。由于长臂挖机工效高，地面以下15m 深度内采用长臂挖机开挖。基坑内配置1 台PC120 挖机配合进行翻土，基本可以满足开挖工效。超过15m 以下的基坑土方采用液压抓斗，液压抓斗开挖深度大，同时可保证垂直运输，保证后续支撑及时安装。

本工程地质条件复杂，防止基坑内土方纵向滑移是控制重点，主要采取的措施是每层土方纵向边坡尽量放缓，每层土方之间的边坡预留平台，本工程的经验是在淤泥层放坡坡度≥1:3，在其他地层≥1:2，每层边坡的平台宽度≥4m，以保证临时纵坡的抗滑移。

基坑开挖过程中及时清理掉基坑上方可能掉落的附着物，尤其是第一道混凝土支撑底部的垫层，在开挖过程中可能不易掉落，但随着时间的推移随时可能掉落下来，产生安全隐患，因此要安排专人及时清理。本工程的经验是在支撑梁垫层上面铺设一层地板胶之类的隔离层，比较容易清理，不推荐采用油毛毡，油毛毡易粘接在支撑梁底部，不易清理干净。

2.2.2 桩间喷锚技术

基坑开挖后在支护桩内侧及时挂网喷锚，防止桩间土坍塌及涌水涌沙。由于支护桩施工不可避免地扩孔造成桩身局部凸出，因此每开挖出一小段（≤10m）应安排人员清理支护桩。为便于清理和喷射混凝土施工，保证作业人员的施工安全，土方开挖时在桩边预留2～3m 宽土台，分两次开挖，每次开挖高度约2～2.5m，有助于消除施工安全隐患。待桩边第一层喷锚完成后再开挖至本层土方底，进行第二层喷锚的施工。

2.2.3 钢支撑安装技术

开挖过程中必须及时安装支撑，保证基坑变形受控。由于本工程基坑绝大多数采用排桩支护，钢支撑两端均需设置钢围檩，本工程采用双拼700mm×320mm 钢围檩，每条围檩的标准长度为6m。首先采用测量设备在桩身上标注出钢围檩标高，安装围檩托架。托架采用L80×80×8mm 角钢焊接制作成三角状，三角架高度和宽度方向的边长均为80㎝，其中一条边开孔采用φ20mm、长度200mm 的膨胀螺丝固定在桩身上。钢围檩搁置在托架后，为保证钢围檩不发生侧翻坠落，在每条钢围檩上设置3 根φ12 钢丝绳拉结（左中右各1 根），并用花篮螺栓拉紧。相邻两条钢围檩之间采用等强度焊接，按规范要求设置加强钢板。然后按照钢支撑设计位置在钢围檩上焊接钢支撑搁置点（牛腿），搁置点采用L150×150×20mm 角钢制作，长度20cm。焊接完成后将钢支撑吊装至搁置点上，在施加预应力前填塞钢围檩和支柱桩之间的空隙，一般采用C20 细石混凝土填充，以保证围檩和支护桩密贴，达到传力均匀的目的。

2.2.4 混凝土支撑及围檩施工技术

混凝土支撑及围檩在土方开挖至相应标高后施工，土方开挖标高应控制在设计标高以下约50mm 处，在土基上先打50mm 厚C20 混凝土垫层，使支撑标高与设计相符。目前混凝土支撑和围檩一般采用绳锯切割的方式拆除，因此特别注意在混凝土围檩上预埋后期拆除的吊环，吊环规格和埋设间距应按照计划的吊装设备和围檩的截面尺寸（延米重量）统筹考虑。

本工程混凝土围檩截面为1.4m×1m，计划使用的吊装设备为80t 汽车吊，在基坑边吊装半径按15m 计算，最大吊装重量为7.6t 左右，计划切割分块长度为1.5m，重量约5.5t，满足要求。因此每隔1m 即预埋一个吊环，吊环采用直径20mm 圆钢制作。为便于绳锯穿过围檩进行切割作业，应在围檩靠支护桩侧预埋穿绳管，一般采用φ25mmPVC 管，预埋管应上下贯通，在浇筑混凝土前进行严密封堵，避免混凝土进入堵塞。

2.3 主体结构施工及拆撑

2.3.1 主体结构施工技术

土方开挖见底应预留30cm 土方由人工清理整平，避免扰动基底。清理完成后及时施工垫层、底板防水层、防水保护层。防水保护层凝固后绑扎底板钢筋浇筑混凝土，底板混凝土一般与侧墙腋角以上30cm 部分同步浇筑，以保证水平施工缝止水带的安装质量。

本工程主体结构前期采用碗扣支架支撑体系进行施工，模板采用1.5cm 厚竹胶板，主楞采用双拼φ48×3mm 钢管，次楞采用50mm×100mm/100mm×100mm 方木，侧墙模板采用在碗扣架基础上增加水平钢管对撑的方式加固，侧墙和相应的板同步浇筑。在侧墙混凝土浇筑过程中浇筑速度必须与支架方案设计的计算相一致，同时两侧对顶侧墙要基本同步浇筑，浇筑高差≤50cm，浇筑过程中值班人员勤测量，防止两侧混凝土侧压力不均衡导致支架失稳。

项目后期出于施工效率、成本和安全等方面的考虑，对主体结构施工的支撑体系进行了修订。板的支撑体系采用φ60×3.5mm 盘扣支架，主梁采用12 工字钢，次梁采用100mm×100mm 方木。侧墙采取大钢模单侧支模的方式先浇筑，首次侧墙浇筑高度至板的腋角以下500mm。

2.3.2 支撑拆除技术

相应板的混凝土强度达到设计强度的80%以上才可拆除上一道支撑。为卡控拆撑时间，由试验室在现场回弹，强度达到要求后汇报工程部出具支撑拆除令方可拆除。支撑拆除令上需明确拆除范围，严禁提前拆撑。

支撑拆除时大部分属于高空作业，作业人员要系好安全带，由于缺乏安全带的可靠系挂点，一般情况下在每根支撑上部设置生命绳。生命绳采用φ12 钢丝绳，两端可靠地锚固在支护桩身上，可以结合围檩的防坠落措施同步考虑。

2.3.3 防水施工技术

本工程底板和侧墙的防水材料采用HDPE 高分子防水卷材，采用的施工工艺为预铺反粘法。卷材顶部采用钢钉+白铁皮的方式进行固定，每幅卷材之间搭接≥10㎝，搭接处增加一层自粘胶条加强卷材搭接。上层防水卷材必须与下层防水进行搭接，搭接宽度≥10cm，并且要覆盖固定下层卷材的钢钉，以确保防水效果。为保证防水卷材的铺贴质量，在卷材铺设前修整基面，局部采用水泥砂浆进行找平，达到卷材铺贴的平整度要求。

3 利用毗邻已开发地块侧既有围护结构的基坑支护技术

本工程K0+500～K0+800 约300m 区段侧穿已建成的恒裕地块，基坑西侧为空地，目前尚未开发，环境较简单。基坑东侧地块地下室及塔楼已建成。东侧主体结构外边线距离既有地块的围护桩边距离约1m 左右，不具备新建支护桩的条件。东侧地块的支护桩冠梁顶较现状地面标高低7m 左右，原地块基坑采用的支护结构是上部7m 放坡开挖，7m 以下为支护桩的形式。

因基坑东侧无新建支护桩的空间，只能利用地块原有的支护桩。基坑西侧新建φ1.4m 排桩，桩顶冠梁标高与现状地面相平，因此基坑两侧的桩顶冠梁存在约7m高差。

为便于支撑施工且保持支撑位置基本与地块地下室的结构板处于同一标高，达到传力明确的目的，通过与设计院和地块单位积极沟通协调，在东侧原地块的支护桩顶上设置了3.5m 高挡墙，将第一道钢支撑设置为斜向（即钢支撑西高东低），接桩后两侧冠梁及支撑的高差降低为3.5m。

为了开挖原地块的支护桩顶冠梁，在冠梁上接高挡墙，同时避免悬臂开挖7m 后西侧支护结构位移过大，采取分两层放坡开挖至原支护桩顶冠梁的方案。即先将第一层土方整体开挖3.5m，第二层土方在西侧预留6m 宽土台用于反压支护桩，再放坡开挖3.5m（坡比1:2）将原地块支护桩冠梁顶开挖出来。挡墙施工完成后先安装第一道斜支撑，再继续开挖，按照标准段施工方案依次开挖见底后施工主体结构。

采用此种开挖方案减小了西侧支护桩的悬臂高度，通过分析施工监测数据，支护结构位移、地表沉降等指标均在设计范围内。

4 结束语

通过与设计单位和周边地块单位的积极沟通协调，根据不同周边环境、不同施工条件，采取因地制宜的支护结构方案和施工方案，在前期阶段解决了施工中可能存在的各种困难和问题，为同类工程的设计施工积累了经验。