姚天波 張濤 徐青松 梁爽 王巡

摘要：西溪跨河管橋地形、地質(zhì)復(fù)雜，介紹了其下陡崖臨邊拱座深基坑開挖施工的情況，明確了深基坑拱座基礎(chǔ)開挖施工的技術(shù)難點(diǎn)，并針對(duì)其開挖和出渣方法展開研究。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件和后期管橋施工需要，經(jīng)多次方案比選，采用降便道高程、分臺(tái)階倒運(yùn)及纜索吊運(yùn)組合方式，完成了臨邊深基坑拱座開挖和出渣施工。研究表明，臨邊深基坑開挖方法能保證拱座基坑開挖質(zhì)量和施工安全，且可提高施工工效和杜絕河道落渣。研究成果可為臨邊深基坑開挖施工提供方法參考。

關(guān)鍵詞：陡崖拱座;臨邊深基坑開挖;垂直開挖出渣;纜索吊運(yùn);西溪跨河管橋;夾巖水利樞紐工程;貴州省

中圖法分類號(hào)：TU753文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.09.013

Abstract： Relying on deep foundation pit excavation of Xixi inverted siphon bridge skewback at the edge of steep cliff valley where the terrain and geology conditions are complex， this paper introduces the technical difficulties in foundation excavation construction and studies its construction method and slag transport. According to the construction conditions and the later stage requirement of pipe bridge construction， the combination method of lowering the access road elevation， transporting by steps and lifting by cable crane is used to complete the excavation and slag transport of the deep foundation pit after comparison and selection of several schemes. The excavation method described in this paper can ensure the excavation quality and construction safety of the skewback at the edge of steep cliff valley， improve the construction efficiency and prevent slag falling into and blocking river. It can be as reference for the deep foundation pit excavation of skewback at the edge of steep cliff valley.

Key words：abrupt cliff skewback; deep foundation pit excavation at the edge of steep cliff valley; vertical excavation and slagging; cable crane lifting; Xixi inverted siphon bridge; Jiayan Hydro-complex Project; Guizhou Province

1 研究背景

傳統(tǒng)深基坑開挖一般是從上至下分層開挖，開挖一級(jí)支護(hù)一級(jí)。通常需要修建多條不同高程的施工便道，用于出渣和機(jī)械設(shè)備的進(jìn)出，或是在基坑底部外側(cè)修建一條施工便道和擋渣墻，把上級(jí)基坑開挖料通過溜渣通道溜至基坑底部，再通過渣車運(yùn)輸至棄料場(chǎng)[1-3]。而對(duì)于邊坡近90°，局部屬于倒懸體的臨邊深基坑開挖，上述基坑開挖方法已不再適用。本文結(jié)合實(shí)際工程，探討了陡峭峽谷地形條件下臨邊深基坑拱座開挖、出渣方法。

2 工程概況及工程地質(zhì)條件

西溪倒虹管作為貴州省夾巖水利樞紐及黔西北供水工程（以下簡(jiǎn)稱“夾巖工程”）灌區(qū)骨干輸水工程中的一部分，以管橋形式跨越西溪河“U”形峽谷，進(jìn)口側(cè)接大方縣安坪村，出口側(cè)接黔西縣余姚村。管橋?yàn)橐蛔骺變艨鐬?08 m的上承式鋼筋混凝土箱形拱橋，管橋兩側(cè)拱座均處于懸崖峭壁上，巖層主要為永寧鎮(zhèn)組第三段（T1yn3）灰?guī)r。進(jìn)口岸拱座上部為緩坡平臺(tái)，拱座基坑開挖方量約1.6萬m3，出口岸上部為30°陡坡，拱座基坑開挖方量約2.4萬m3。因地形地貌原因，出口岸無法修建至拱座基坑底部的施工便道，拱座基坑左側(cè)為高深峽谷，右側(cè)通往拱座部位的施工便道下部存在特大溶腔（見圖1）。同時(shí)，拱座基坑開挖深度達(dá)47 m，岸坡坡度較陡，開挖土石方量較大，基坑開挖的石渣掉入西溪河峽谷又會(huì)阻塞河道，對(duì)環(huán)境造成破壞，導(dǎo)致出口岸管橋拱座開挖、出渣異常困難。

西溪跨河管橋處于洪家渡水庫西溪河“U”形峽谷，河谷寬約85 m，深102 m，兩岸為陡峭懸崖，局部存在倒懸體，上部為緩坡平臺(tái)或陡坡，進(jìn)口岸緩坡平臺(tái)地形坡度約8o，出口岸陡坡地形坡度約30o，巖層傾角平緩，為緩傾結(jié)構(gòu)邊坡。

兩岸陡壁基巖裸露，上部緩坡平臺(tái)及陡坡覆蓋層零星分布。出露基巖從上至下為永寧鎮(zhèn)組第四段（T1yn4）泥質(zhì)白云巖、白云質(zhì)灰?guī)r溶塌角礫巖等，永寧鎮(zhèn)組第三段（T1yn3）灰?guī)r。巖體強(qiáng)風(fēng)化法向厚度兩岸5.0～10.0 m，陡壁3.0～5.0 m。出口岸強(qiáng)弱風(fēng)化層分布見圖2。巖層產(chǎn)狀234°∠6°，地下水類型為巖溶管道水，地下水位埋藏較深，建基面位于地下水位以上，巖溶發(fā)育。

西溪跨河管橋拱座基坑邊坡均為巖質(zhì)邊坡，且邊坡開挖線均處于弱風(fēng)化線內(nèi)側(cè)，拱座基坑邊坡設(shè)計(jì)坡比為1∶0.3，支護(hù)方式采用4.5 m砂漿隨機(jī)錨桿并掛網(wǎng)噴10 cm厚混凝土進(jìn)行噴錨支護(hù)。邊坡每開挖10 m高程設(shè)置一級(jí)馬道，馬道寬度為1.5 m，內(nèi)側(cè)設(shè)截水排水溝。

3 施工方案

3.1 出渣方案比選

受限于地形地貌，西溪跨河管橋出口岸拱座深基坑開挖無法采用常規(guī)施工方法，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形條件，充分考慮后期管橋施工工藝要求，提出了一種適用于陡峭峽谷深基坑開挖施工方法。具體工藝原理如下：①根據(jù)管橋軸線位置地形特點(diǎn)，設(shè)置單索塔纜索吊裝系統(tǒng)，同時(shí)增大纜索吊裝工作范圍，以保證纜索吊吊運(yùn)工作范圍覆蓋拱座基坑開挖區(qū)域;②進(jìn)口岸采用降低施工便道高程方式完成每一級(jí)拱座基坑開挖和出渣，出口岸通過已有便道完成基坑上部高程一部分基坑開挖和出渣;③出口岸拱座基坑開挖到利用便道難以繼續(xù)施工后，采用纜索吊裝系統(tǒng)把基坑內(nèi)渣料吊運(yùn)至進(jìn)口岸拱座基坑內(nèi)，再通過渣車運(yùn)輸至棄料場(chǎng)，直至完成出口岸拱座基坑開挖和出渣，最后采用纜索吊把機(jī)械設(shè)備吊運(yùn)至進(jìn)口岸拱座部位，將進(jìn)口岸拱座基坑內(nèi)渣料利用渣車運(yùn)輸至棄料場(chǎng)。

通過分析比較幾種可行的出渣方法（見表1）可知，通過纜索吊進(jìn)行出口岸拱座深基坑出渣的方法經(jīng)濟(jì)效益更加明顯，同時(shí)能夠保證拱座基坑開挖進(jìn)度和施工安全。

西溪跨河管橋進(jìn)、出岸拱座開挖出渣施工工藝流程如下：①進(jìn)口岸拱座采用降低施工便道高程的方式完成進(jìn)口岸拱座深基坑的開挖和出渣，即進(jìn)口岸便道高程隨著拱座基坑開挖不斷降低，以保證機(jī)械設(shè)備進(jìn)出。同時(shí)，出口岸拱座利用已有便道完成上部基坑的開挖和出渣，直至出口岸便道無法再滿足機(jī)械設(shè)備通行條件為止。②出口岸拱座下部基坑通過纜索吊及進(jìn)口岸施工便道完成下部基坑的開挖和出渣，即通過挖掘機(jī)把基坑開挖料裝入集料斗，采用纜索吊把集料斗運(yùn)輸至進(jìn)口岸拱座卸料，利用進(jìn)口岸施工便道完成棄渣料的運(yùn)出。③通過纜索吊把出口岸拱座基坑機(jī)械設(shè)備吊運(yùn)至進(jìn)口岸，完成出口岸拱座基坑開挖和出渣。

3.2 纜索吊裝系統(tǒng)設(shè)計(jì)布置

結(jié)合地形地質(zhì)實(shí)際情況，經(jīng)計(jì)算分析比較，確定西溪跨河管橋纜索吊裝系統(tǒng)采用單索塔纜索吊裝結(jié)構(gòu)，進(jìn)口岸設(shè)置螺旋鋼管扣塔布置在4號(hào)鎮(zhèn)墩上部，纜索吊后錨采用預(yù)應(yīng)力巖錨錨固于3號(hào)鎮(zhèn)墩部位，出口岸采用無索塔結(jié)構(gòu)，纜索吊后錨采用預(yù)應(yīng)力巖錨錨固于6號(hào)鎮(zhèn)墩部位，纜索吊裝系統(tǒng)總布置及現(xiàn)場(chǎng)安裝完成后的情況見圖3～4。

該纜索吊裝系統(tǒng)充分利用了出口岸的陡坡地形，去掉了鋼索塔，把纜索吊主索直接錨固于6號(hào)鎮(zhèn)墩部位，在節(jié)約一套鋼索塔結(jié)構(gòu)的同時(shí)，增大了纜索吊裝范圍，保證了出口岸拱座渣料和開挖設(shè)備能夠順利吊出拱座基坑。根據(jù)已有結(jié)構(gòu)物位置關(guān)系，最終確定該纜索吊跨度設(shè)計(jì)為210 m，最大設(shè)計(jì)吊重為24 t，滿載時(shí)跑車行走速度和吊點(diǎn)提升速度分別為30 m/min和15 m/min，滿足了拱座基坑開挖及后期管橋施工對(duì)吊裝系統(tǒng)的要求。

3.3 進(jìn)口岸拱座開挖和出渣

因拱座基坑開挖的臨空面為陡峭河谷，采用一般爆破方式極易造成大部分飛石拋向河谷，阻塞河道。為控制好爆破石渣崩落方向，采用預(yù)裂爆破結(jié)合掏槽爆破的方式，即每層爆破時(shí)率先對(duì)開挖邊線及沿河岸內(nèi)側(cè)寬1.5 m處運(yùn)用預(yù)裂爆破爆破出一條預(yù)裂縫，再采用微差爆破方式，先后對(duì)基坑中心掏槽起爆和主爆區(qū)起爆。除在邊坡開挖線上布設(shè)外，在臨河岸內(nèi)側(cè)1.5 m的沿線同樣布置一排預(yù)裂爆破孔（見圖5），且采用孔徑90 mm間距0.9 m進(jìn)行設(shè)置，裝藥量控制在0.46 kg/m以內(nèi)[4]。出渣時(shí)，使用挖掘機(jī)將臨邊寬1.5 m的預(yù)留巖體清除。主爆區(qū)松動(dòng)爆破前，率先在拱座基坑中心爆破出“V”形臨空面，使主爆破區(qū)巖石拋擲方向變?yōu)檠睾影渡舷掠畏较?，減少爆破渣料飛入河谷。松動(dòng)爆破孔采用孔徑90 mm間排距在2.0～2.5 m之間進(jìn)行設(shè)置，炸藥單位消耗量控制在0.78 kg/m3左右，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)爆破效果和渣料粒徑大小進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整[5]。進(jìn)口岸拱座基坑開挖分6層爆破開挖，首層8 m，其余每層開挖深度控制在5～7 m，距拱座基礎(chǔ)開挖面預(yù)留至少0.5 m保護(hù)層，采用機(jī)械配合人工挖除。

進(jìn)口岸拱座基坑開挖過程中，通過不斷降低施工便道高程和分臺(tái)階倒運(yùn)的施工方法，由挖掘機(jī)直接將拱座爆破的石渣裝車，通過出渣車運(yùn)輸至棄渣場(chǎng)棄渣。拱座基坑1級(jí)馬道以上的爆破石渣，直接利用通往拱座的施工便道，由挖掘機(jī)裝渣并通過出渣車進(jìn)行運(yùn)輸出渣;第2、3級(jí)馬道以上的爆破石渣，通過延長(zhǎng)原有施工便道并降低便道高程，使出渣車能夠通行，再由挖掘機(jī)裝渣并通過出渣車運(yùn)輸出渣;拱座基坑剩余的開挖料，利用拱座基坑與便道交接處設(shè)置的緩坡及倒運(yùn)平臺(tái)，并采用兩臺(tái)挖掘機(jī)進(jìn)行渣料的倒運(yùn)和裝車，再由出渣車運(yùn)輸至棄渣場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)拱座基坑底部渣料的全部運(yùn)出。進(jìn)口岸拱座基坑出渣示意見圖6。

3.4 出口岸拱座開挖和出渣

因出口岸拱座基坑開挖面出現(xiàn)裂隙及部分溶腔、溶槽，在開挖完第一級(jí)馬道后選擇挖掘機(jī)破碎開挖。同時(shí)為監(jiān)測(cè)拱座邊坡的穩(wěn)定性，在拱座上部邊坡左右兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，定期觀測(cè)邊坡位移變化情況。出口岸拱座在完成上部27 m基坑開挖和出渣后，現(xiàn)場(chǎng)無法再利用降低便道高程或采用挖掘機(jī)分臺(tái)階倒運(yùn)等方式出渣。在施工現(xiàn)場(chǎng)，通過特制的出渣料斗集渣和棄渣，采用挖掘機(jī)裝渣，并運(yùn)用纜索吊把集渣料斗運(yùn)輸至進(jìn)口岸拱座基坑棄渣的方法，完成最后20 m拱座基坑渣料的出渣。

挖掘機(jī)破碎開挖按照自上而下分層開挖的方式，每層開挖高度控制在1.5 m左右。臨邊破碎開挖時(shí)，挖掘機(jī)所處位置巖體應(yīng)完整并設(shè)專人指揮開挖，破碎完一層及時(shí)把基坑上部碎石通過纜索吊機(jī)運(yùn)輸至進(jìn)口岸。在拱座基坑每一層碎石清理完畢后，及時(shí)通知地質(zhì)專業(yè)人員研判基坑及邊坡穩(wěn)定性情況。在出口岸拱座基坑開挖過程中，隨著基坑開挖深度增大，基礎(chǔ)面斜向裂隙越來越小，且到拱座基礎(chǔ)面后，微小斜向裂隙已處在基坑外側(cè)，經(jīng)地質(zhì)專業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)鑒定后認(rèn)為拱座基礎(chǔ)面滿足承載力要求。出口岸拱座基坑開挖效果見圖7。

4 結(jié) 語

本文論述了管橋陡峭臨崖河谷拱座深基坑開挖技術(shù)和運(yùn)用管橋主體結(jié)構(gòu)施工纜索吊系統(tǒng)出渣技術(shù)。從施工難點(diǎn)、出渣方案比選、拱座開挖、纜索吊布置和出渣作業(yè)等方面進(jìn)行了詳細(xì)論述，提出的降便道高程、分臺(tái)階倒運(yùn)及纜索吊運(yùn)組合方法解決了陡峭臨崖河谷拱座深基坑垂直開挖和出渣施工技術(shù)難題，在減少河道落渣的同時(shí)，達(dá)到了縮短工期、節(jié)約成本的目的，可為以后同類型臨邊深基坑開挖施工提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 齊立賓. ?大瑞鐵路怒江特大橋拱座基礎(chǔ)優(yōu)化與施工技術(shù)研究[J]. ?鐵道建筑技術(shù)， 2017（6）： 75-79.

[2] 孫兆會(huì). ?陡坡地形處橋梁深基坑開挖技術(shù)研究[J]. ?橋梁工程， 2018（4）： 56-64.

[3] 田偉，吳小雨，沙仁明. ?山區(qū)陡崖拱座垂直開挖技術(shù)研究[J]. ?橋梁工程， 2018（7）： 47-51.

[4] 陳仲超，黎學(xué)平，余先發(fā)，等. ?大型深基坑帶緩沖層預(yù)裂控制爆破技術(shù)[J]. ?工程爆破， 2010，16（4）： 34-37.

[5] 潘從貴. ?拱座深基坑爆破開挖施工技術(shù)[J]. ?交通科技， 2016（5）： 32-36.

（編輯：唐湘茜）