明挖单洞双向双车道基坑支护技术

柯 千，柯 凯

（中国葛洲坝集团股份有限公司，湖北 武汉430000）

随着城市化进程继续推进，类似城市轨道、地下管廊、地下商场、地下停车场、仓储室等地下空间广泛建设[1]。地下空间建设需要根据地形、水文条件进行基坑支护设计，保证稳定性与安全性。基坑支护可以对基坑侧壁与周围环境起到支挡、固定以及保护的作用，常见的支护形式有排桩支护、地下连续墙支护、桩撑支护、水泥挡土墙支护、桩锚支护、简单水平支撑支护、排桩悬臂支护和混凝土排桩支护等[2]。任意支护组合，即可形成一个牢固的基坑支护形式。单洞双向双车道是指通过单洞隧道时具有两个方向的车辆行驶条件，每个方向具有两个车道，可以提供较多车辆同时驶入驶出[3]，属于地下空间建设，同样需要进行基坑支护设计。传统单洞双向双车道基坑支护的最大承载力较小，很难适应基坑的稳定性要求，影响车辆行驶效果。因此，本文提出明挖单洞双向双车道基坑支护技术，旨在为基坑工程的稳定性提供保障。

1 明挖单洞双向双车道基坑支护

1.1 地质条件

通过分析基坑周围环境条件，寻找最佳基坑支护桩施工位置。由于隧道较长，基坑需要与地面相距19.58~21.92 m，相对高差不能超过±2.34 m[4]。基坑区域的表层素填土厚度较小，需要在施工之前清除；黏土广泛分布在浅部范围，具有一定的承载力，压缩性不佳，厚度同样较小；淤泥质黏土为软流塑状，会出现局部缺失的情况，极易压缩，承载力几乎为0，淤泥质黏土普遍分为粉土粉砂与层黏土两种形式，均具有一定的承载力，土质薄厚不均，分布情况不佳，同样需要进行清除[5]。对于压缩情况良好的土质可以予以保留，对于压缩情况不佳的土质需要及时清除，从根源上保证基坑施工的稳定性。

1.2 明挖基坑支护结构

明挖法是将地面进行分层次、分段次开挖的过程，在基坑中进行施工与防水作业，回填地面后，可以保证该区域的稳定性[6]。先将钢板桩位置固定并放线，在分析基坑周围环境条件时，找出钢板桩的合适固定位置后，安装导梁打入钢板桩，完成基坑初步支护；将导梁拆除，放置内支撑支护结构，进行土方结构施工，保证基坑内部支撑稳定[7]；基坑回填，将钢板桩拔出，基坑内环境具有抵抗水侧压力与土侧压力的功能，进而保证基坑的稳定性。

1.3 计算基坑支护最大承载力

为了实现稳定的单洞双向双车道基坑支护，在基坑支护结构施工完毕后，通过计算基坑支护的最大承载力，来判定支护的稳定性与施工质量[8]。由于隧道施工区域可能存在水压力，将水压力考虑在内下

式中：Fw为水压力；α为基坑支护的受力系数；Cpressure为基坑支护的实际压力。

水压力计算出来之后需要对基坑中的主动土压力进行计算

式中：Mc为基坑主动土压力；M0为土质初始重度；Marc为基坑主动侧土质高度。

采用相同的方法得出基坑被动土压力

式中：Mb为基坑被动土压力；λ与λpcr分别为主动土侧压力系数与被动土侧压力系数；Mpcr为基坑被动土侧土质高度。

在地下水渗流的情况下，基坑支护两侧的水压力会相互抵消，此时支护不会受到水压力的影响；在地下水正常的情况下，水压力仍然存在，支护结构会受到水压力的影响，因此，基坑支护承载力的最大值、最小值分别为

式中：ΔFmax(z)为基坑支护最大承载力；z为支护位移；β为支护位移系数；ΔFmin(z)为基坑支护最小承载力。

2 工程实例

2.1 工程概况

某智能网联汽车测试场地占地面积约20 km2，主要测试内容包括高速性能、交通场景测试、山路测试等，交通场景测试至关重要，在进场隧道连接城市交通场景测试的区域，通道为单洞双向车道并在单侧设置人行横道，总长度277.543 m，明挖暗埋段，长度约76 m，其余路段为敞口段。

混凝土闭合箱型结构高约5.7 m，底板宽度约14.45 m。结构的框架顶板厚约1 m，侧墙厚约0.9 m。垫层采用C20 的素混凝土，保证施工质量。由于该区域的地质水文条件较复杂，环境条件一般，XK0+060~XK0+090、XK0+110~XK0+176 段通道位于或邻近赛车道路路基管桩实施区域且大部分地面标高均已场平至19.5 m，故基坑施工前，将场地标高均场平至19.5 m。基坑约2~3.3 m 深，XK0+070~XK0+090 采用通道内支撑支护约12 m，支撑在双拼HN500 mm×200 mm 型钢腰梁上。XK0+090~XK0+110 段通道及雨水泵房基坑，深度约3.1~7.6 m，支撑支护桩顶与桩间分别设置一道钢支撑。

XK0+176~XK0+185.5 段通道基坑，深度1.6~2.2 m，桩顶标高为场平标高19.5 m，钢板桩间距0.5 m，拉森钢板桩与通道外壁的距离为0.8 m。XK 0+200~XK0+210 段通道基坑深度1.8~2.1 m，采用悬臂支护，钢板桩间距0.5 m，XK+210~XK0+227.543 段通道基坑深度0.3~1.9 m，放坡开挖，坡率1∶1.5，坡面采用100 厚C20 喷射混凝土防护面。XK0+000~XK0+040 段通道，现状或场平后地面标高低于通道底板底标高，不需进行基坑支护。钢板钢材屈服强度不低于Q345，壁厚为27.6 mm，横截面积每片为153 cm2，内支撑采用螺旋焊钢管。

2.2 应用结果

选取里程号为XK0+100、XK0+105、XK0+110、XK0+115、XK0+120、XK0+125、XK0+130、XK0+135、XK0+140、XK0+145 的明挖段，间距为10 m，每个明挖段的最大承载力不同，可以保证实例分析的有效性。在此基础上，根据式（4）计算出基坑支护的最大承载力，与传统基于BIM 的单洞双向双车道基坑支护的最大承载力进行对比。见表1。

表1 应用结果 kN/m3

一般情况下，基坑支护的最大承载力需要达到45 kN/m3，才能保证基本施工稳定性，超过55 kN/m3施工稳定性更高。在车道基坑施工过程中，基坑支护的承载力关系到基坑的施工效果，基坑支护的承载力越大，车道基坑施工效果越好。在相同条件下，传统基于BIM 的单洞双向双车道基坑支护的最大承载力偏低，大部分明挖段的最大承载力在45 kN/m3以上，仅有明挖段里程号为XK0+100、XK0+130 的最大承载力低于45 kN/m3，不能保证后续施工稳定性；明挖段里程号为XK0+120、XK0+125、XK0+145 的最大承载力可以超过55 kN/m3，施工稳定性较高。因此，使用传统基于BIM 的单洞双向双车道基坑支护可以满足基本施工效果，仍存在较多的不确定性因素，容易影响后续施工环境；而本文设计的基于明挖法的单洞双向双车道基坑支护的最大承载力相对较高，均超过了55 kN/m3的高质量指标，最大承载力是传统支护设计的2 倍。大部分的明挖段支护最大承载力可以100 kN/m3以上，施工稳定性更佳。

3 结语

基坑工程具有较高的风险性，需要设计一个与之配套的基坑支护结构，进一步保证基坑工程的质量控制。传统单洞双向双车道基坑支护的最大承载力较低，施工质量与施工安全性很难得到保证。本文以现场勘查基坑周围环境—设计基坑支护结构—计算支护承载力的流程设计单洞双向双车道基坑支护并利用实例分析的方式，得出该基坑支护的承载力更高的结论。

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