钢管支撑在某下穿道路基坑优化中的应用

王 靖，李 明

(南华大学，湖南 衡阳421001)

当前基坑内支撑结构按材料可分为现浇砼和钢结构。现浇混凝土支撑截面一般为矩形，浇筑及养护时间长，自重大，拆除支撑难度大，产生废弃物多且难以回收，对环境影响大。相比现浇混凝土支撑，钢管支撑具有安装、拆卸方便，施工更便利，自重小，可周转使用，对环境影响小的优点。本文介绍用钢管支撑代替混凝土支撑应用在下穿道路工程中的优化效果。

1 工程概况

1.1 工程范围

某下穿大道工程起讫里程为K0+255～K0+776，全长521m，其中K0+314.26～K0+700段为下沉隧道下穿解放大道，隧道全程385.74m。隧道处道路路幅宽度为42.5m，为主四辅二，双向六车道。

1.2 工程地质

所处地貌，根据其成因类型和微地貌特征分析为剥蚀冲积作用为主的冲积地貌，场地较为平坦。该区属亚热带大陆性气候，冬春多雨，夏秋干旱，年平均气温17.9℃，日极端最高气温40.8℃，最低气温-7.9℃，年平均降雨量1337.4mm，年平均蒸发量1448.7mm，常年可进行建筑施工。

1.3 基坑支护

本隧道暗埋段基坑开挖深度为10～12.3m，结合隧道的特点、周边环境、工程造价、水文地质条件和既有道路交通，对本隧道各段进行不同方式的支护方式，优化段支护设计见表1。基坑底部主要位于粉质黏土，土层信息见表2。

表1 支护参数表

表2 场地内各地层的工程特性指标表

2 钢管支撑基坑优化

2.1 原设计

基坑原支护设计为支护桩+砼内支撑，基坑砼支撑采用C30混凝土，截面尺寸宽50cm*高80cm。基坑土方开挖至内支撑底标高后，施工内支撑构件，安装模板，绑扎钢筋，浇筑混凝土。支撑与腰梁须一起整体浇注，施工时按L/400预起拱，L为支撑跨度，待混凝土强度达到设计强度后方可往下开挖。

砼支撑拆除必须严格按照设计规定的程序进行。隧道标准段各道支撑待混凝土强度达到85%以后方可拆除。隧道拐角处斜撑均需各层板达到100%设计强度后方可拆除，砼支撑受力如图2所示。

图1 支护断面图

图2 砼内撑基坑内力位移包络图

2.2 优化后

为了减少围护壁的侧向变形或防止围护壁倒塌，在基坑围护壁上一定位置，设置内支撑，以提高围护壁抵抗主动土压力的能力。混凝土内支撑刚度大，变形小，而钢管支撑刚度小，为了减少变形需在钢管内支撑一端施加预应力。

本工程采用钢管支撑，截面尺寸Ø560×16.0，分节制作，管节间采用法兰盘高强螺栓连接，钢管支撑端部设预加轴力装置。纵横钢管以及钢管与竖向格构柱的节点连接采用钢支架十字节连接，钢支撑构造见图3。

图3 钢支撑端部示意图

安装钢管支撑遵循“先长后短，减少接头”的原则，接头宜放在支承立柱桩桩帽上或者两侧附近，同时应尽量保持内点略高，中间低的状态，布置如图4。

图4 支护断面图

钢管支撑拆除必须严格按设计规定，待底板及传力带达到设计强度后，方可拆除。拆除支撑需搭简易脚手架，以便施工人员能顺利操作，钢管内撑受力如图5。

图5 钢管内支撑内力位移包络图

3 效果分析

3.1 缩短施工时间

混凝土支撑施工从钢筋绑扎、混凝土浇筑到混凝土达到设计强度时间约20天且工序复杂、安全隐患大、废弃物难以回收、工期长；钢管支撑钢构件可在场地内预拼装，工序简单，采用千斤顶施加预加力可快速发挥支撑作用，可大幅度节省工期。

3.2 施工便利

混凝土支撑施工工序多，拆除时，机械破除产生噪音和废渣，清理不便，成本高。而钢管支撑可采用装配连接，机械吊装施工速度快，工序相对少。拆除时，搭脚手架平台承托钢管支撑，分级卸力，一般采用主辅两台汽车吊吊离，施工工序相对简单，安全性高，钢管可回收，对环境污染小。

3.3 成本费用小

混凝土支撑(含支撑拆除)综合单价约1400元/m3，如拆除时采用金刚石工具在高速运动的作用下的静力切割方法成本更高。而钢支撑采用租赁方法，同时拆除方便，成本费用低，钢支撑可完全回收，每吨可替换2m3混凝土，每替换1m混凝土可节约1000元以上。

3.4 满足施工规范要求

钢筋混凝土支撑表现为水平受压为主，采用配筋和加大支撑截面的方法提高内支撑刚度，变形小。而钢管刚度较小，但合理适用亦满足工程要求。例如本工程基坑水平位移值，与周边沉降亦在控制范围内。

4 结束语

本文介绍了钢管支撑体系及其特点，以某下穿道路基坑为工程背景，详细介绍钢管支撑体系在基坑优化中的应用。钢管支撑施工速度快，工序简单，安全性高，同时钢管可回收，对环境污染小，是基坑绿色工程发展方向。相比混凝土支撑，钢管支撑具有缩短工期、施工便利、成本费用小的优势，同时在工程应用中钢管支撑亦可满足工程规范要求，可应用于市政基坑，为同类工程的设计及设计优化提供借鉴。