張開權(quán)

摘要 文章以棲霞區(qū)馬高路北延道路建設(shè)工程為實(shí)例進(jìn)行論述分析，隧道采用明挖順作法施工，綜合考慮施工場地、交通疏解，隧道分三期施工，為滿足工期節(jié)點(diǎn)及節(jié)約施工成本，對原方案進(jìn)行了優(yōu)化。通過原方案與優(yōu)化后的方案進(jìn)行對比分析，采取了隧道南側(cè)二期基坑取消原設(shè)計(jì)第二道Φ609鋼管支撐，對撐范圍頂圈梁標(biāo)高漸變下調(diào)0.5 m等優(yōu)化措施，旨在為今后在該地區(qū)及地質(zhì)情況類似的區(qū)域進(jìn)行明挖隧道施工提供借鑒。

關(guān)鍵詞 明挖隧道;基坑支護(hù);方案優(yōu)化;鋼支撐

中圖分類號 U455.49 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）01-0110-04

0 引言

隨著城市建成區(qū)的擴(kuò)大和成熟，重建現(xiàn)有的道路面臨越來越多的難題，向地下要空間，成為一條清晰的思路，其中城市明挖隧道的應(yīng)用越來越多。明挖隧道深基坑支護(hù)是風(fēng)險(xiǎn)性較大的工程項(xiàng)目，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量將直接影響基坑及周圍建筑物的穩(wěn)定，因此，保證深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量及日常監(jiān)測，將對基坑施工期間的安全性起到?jīng)Q定性作用[1]。

1 工程概況

棲霞區(qū)馬高路北延道路建設(shè)工程隧道采用明挖順作法施工，隧道起點(diǎn)里程：K1+140，終點(diǎn)里程K1+

400，總長為260 m。隧道結(jié)構(gòu)斷面采用單箱四倉結(jié)構(gòu)。在左右雙向6行車道外各設(shè)置一倉人非通道。隧道暗埋段結(jié)構(gòu)外輪廓寬45.7 m，高7.95 m，主線隧道內(nèi)單向車行道總寬為12.8 m，隧道凈空≥5.5 m。頂板及側(cè)墻厚0.9 m，底板厚1 m。隧道最大覆土厚度約2 m。隧道標(biāo)準(zhǔn)段基坑寬度約45.7 m，泵房位置基坑寬度約53.1 m，隧道基坑開挖深度由設(shè)計(jì)起點(diǎn)位置的2.0 m 按設(shè)計(jì)縱坡漸變深至最低點(diǎn)位置約9.7 m（雨水泵房開挖深度約12.4 m）?；油廨喞瓤傊荛L約626.2 m，基坑總面積約12 006.4 m2。

隧道施工過程中圍護(hù)形式：根據(jù)基坑深度分別采用放坡開挖、鉆孔灌注樁+高壓旋噴樁+第一道鋼筋混凝土支撐+第二道鋼管支撐的內(nèi)支撐的支護(hù)形式。

2 南幅原施工方案

隧道施工方案是經(jīng)過施工單位總公司審批，監(jiān)理審批，通過專家論證的。南幅隧道施工設(shè)東、南、西三邊圍護(hù)，北側(cè)為北幅隧道既有圍護(hù)，共有108根圍護(hù)樁;混凝土支撐有2道對撐+6道斜撐;鋼支撐有3道對撐+12道斜撐。

原施工方案計(jì)劃安排：隧道北幅完工恢復(fù)滬寧半幅交通后，（1）組織2臺旋挖鉆進(jìn)行南幅隧道施工三邊圍護(hù)樁108根，工程樁22根。（2）跟隨施工高壓旋噴樁134根。（3）單邊樁完工揭滬寧面層結(jié)構(gòu)進(jìn)行混凝土冠梁支撐梁施工，第一道混凝土支撐梁養(yǎng)護(hù)期滿后進(jìn)行基坑土方開挖。（4）南幅開挖采用縱向分層開挖，破除北幅交接圍護(hù)樁至鋼支撐底，修馬道利用新建北幅隧道四倉同時(shí)向北出土。（5）開挖至鋼支撐底50 cm后，進(jìn)行第二道鋼支撐施工。（6）鋼支撐完工后，利用新建北幅隧道四倉同時(shí)向北出土開挖至底板。

地質(zhì)情況：滬寧高速路基5 m為路基填土，其下為原狀硬塑粉質(zhì)黏土，下伏基巖閃長巖埋深約20 m?；影踩燃墸阂患墸孛孀畲蟪两盗俊?.15%H（20 mm），支護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移≤0.15%H（20 mm）。

第一道支撐選用鋼筋混凝土支撐，混凝土標(biāo)號為C35，水平間距以6～9 m布置，斷面尺寸為650 mm×750 mm，鋼筋混凝土支撐之間的連接采用結(jié)構(gòu)尺寸為600 mm×550 mm

的連系梁，頂部冠梁尺寸為1 200 mm×700（800）mm，每道鋼筋混凝土橫向支撐下部設(shè)置兩根格構(gòu)柱作為豎向支撐，平面布置如圖1所示;第二道支撐鋼支撐采用φ609×16 mm鋼管支撐，設(shè)計(jì)長度為5.6～44 m，水平以2.0～4.0 m間距進(jìn)行布置。鋼支撐端頭橫向設(shè)500×300×11×18的雙拼H型鋼，下部設(shè)角鋼托架進(jìn)行固定，支撐結(jié)構(gòu)平面布置如圖2所示。

3 南幅方案優(yōu)化比選

根據(jù)施工北幅隧道的經(jīng)驗(yàn)，開挖2 200 m3及施工第一道混凝土支撐390 m3用時(shí)16天，開挖8 500 m3及施工第二道鋼支撐230 t用時(shí)14天，開挖至底板底7 800 m3用時(shí)6天。預(yù)計(jì)南幅隧道開挖1 000 m3及施工第一道混凝土支撐140 m3需用時(shí)13天，開挖6 700 m3及施工第二道鋼支撐100 t需用時(shí)12天，開挖至底板底5 000 m3用時(shí)5天。

根據(jù)指揮部領(lǐng)導(dǎo)要求，依隧道北半幅施工現(xiàn)狀，南半幅施工采用放坡開挖不支護(hù)或者保留第一道混凝土支撐不進(jìn)行第二道鋼支撐支護(hù)，再者優(yōu)化施工方案，以達(dá)到縮短工期的目的進(jìn)行具體研究，以下通過設(shè)計(jì)分析、方案對比以及施工建議進(jìn)行分段闡述：

3.1 將南半幅的支護(hù)開挖變更為放坡開挖

由于下穿隧道離滬寧主線收費(fèi)站較近，按之前與滬寧公司溝通的結(jié)果，高速要求收費(fèi)站漸變率不能低于原漸變率，同時(shí)考慮到周邊電塔的保護(hù)范圍的需要，因此保通路設(shè)計(jì)時(shí)只能比較貼近滬寧老路，保通路邊緣與基坑間富余量較?。ɑ舆吘夐g距6～9 m）。

現(xiàn)保通路已經(jīng)修筑完畢，由于保通路邊緣與基坑間富余量較小，二期南半幅開挖時(shí)必須進(jìn)行支護(hù)。同時(shí)北側(cè)下穿通道施工完畢后也必須進(jìn)行支護(hù)，因此理論上僅東西兩側(cè)的支護(hù)可以改為放坡開挖。南半幅隧道基坑開挖深度8.6～9.7 m，放坡開挖后南北兩側(cè)的支護(hù)需要順延，以保障高速通行，因此總體支護(hù)長度減少有限[2]。

同時(shí)原基坑跨度較大（28～34 m），原設(shè)計(jì)四面支護(hù)采用了框架及較多的斜撐，如取消東西兩側(cè)支護(hù)，則需全改為對撐，則必須加大支撐量、增加鉆孔灌注樁直徑及配筋，加之土方量增大，其工期基本無縮減且安全風(fēng)險(xiǎn)大大增加，因此不建議改為放坡開挖。

3.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)直接取消第二道鋼支撐

隧道工程周邊條件較好，居民樓等建筑均在影響范圍之外，因此當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)考慮的保險(xiǎn)系數(shù)較小，隧道采用兩道支撐（一道混凝土支撐+一道Φ609鋼管支撐），布置范圍基坑開挖深度8.6～9.7 m。北半幅軸力監(jiān)測如表1所示，開挖過程中未上鋼支撐時(shí)實(shí)測軸力呈上升接近警戒值，撐完軸力回落，開挖至基底，現(xiàn)場實(shí)測軸力與計(jì)算軸力基本一致，即兩道支撐均發(fā)揮了重要的作用。

（1）支撐間距不能優(yōu)化。該工程設(shè)計(jì)混凝土支撐間距8 m，鋼支撐間距4 m（規(guī)范明確鋼支撐間距不宜大于4 m），由于基坑規(guī)模本來就很?。偣?4道對撐+角撐），因此無優(yōu)化空間。（2）鋼支撐直接取消。如果直接取消鋼支撐只設(shè)置一道頂混凝土支撐，經(jīng)過計(jì)算，基坑沉降及位移均在15 mm以上，不滿足一級基坑變形0.15H%的要求，因此直接減少第二道鋼支撐其支護(hù)結(jié)構(gòu)擾度變化會加大，有較大的安全隱患。基坑頂即為滬寧高速公路，動載較多且復(fù)雜，安全要求極高，不建議直接取消鋼支撐。

3.3 調(diào)整圈梁標(biāo)高及灌注樁縱向受力鋼筋后取消鋼支撐

（1）二期對撐范圍頂圈梁標(biāo)高漸變下調(diào)0.5 m，即K1+245（圈梁頂板高22.00）漸變至K1+252（圈梁頂板高21.500）。為保證二期隧道頂板澆筑時(shí)和第一道混凝土支撐不沖突其余位置圈梁標(biāo)高不作調(diào)整。

（2）二期范圍Φ800@1000鉆孔灌注樁豎向受力鋼筋①原設(shè)計(jì)為16Φ22，加強(qiáng)為18Φ22，其余不作調(diào)整，Φ800圍護(hù)樁樁豎向受力鋼筋①原設(shè)計(jì)為16Φ22，加強(qiáng)為18Φ22，其余不作調(diào)整的計(jì)算：安全系數(shù)最小的工況號：工況3（開挖深度9.7 m）。最小安全Ks=13.307≥1.250，滿足規(guī)范要求。

經(jīng)調(diào)整后南側(cè)取消鋼支撐僅設(shè)一道混凝土支撐，通過對基坑穩(wěn)定性、墻體位移及基坑開挖對周邊環(huán)境造成的附加變形影響預(yù)測分析計(jì)算，可得到如下結(jié)論：

1）南側(cè)基坑新方案經(jīng)過穩(wěn)定性驗(yàn)算，各項(xiàng)穩(wěn)定性安全系數(shù)均滿足規(guī)范要求。圍護(hù)樁形式及嵌固深度不需調(diào)整。2）經(jīng)二維有限元計(jì)算預(yù)測分析，基坑開挖卸載后，對周邊道路產(chǎn)生的地表沉降、對周邊臨近的道路的影響等可滿足相關(guān)控制標(biāo)準(zhǔn)要求。3）取消一道支撐后，Φ800鉆孔樁彎矩較原來增大，需增加配筋量。4）混凝土支撐及頂圈梁內(nèi)力變化不大，原設(shè)計(jì)截面及配筋能包絡(luò)，不作調(diào)整。

4 南幅方案優(yōu)化選定

經(jīng)過比選和分析計(jì)算，南幅二期基坑按如下方案調(diào)整：

（1）隧道南側(cè)二期基坑取消原設(shè)計(jì)第二道Φ609鋼管支撐。

（2）隧道南側(cè)二期對撐范圍頂圈梁標(biāo)高漸變下調(diào)0.5 m，即K1+245（圈梁頂板高22.00）漸變至K1+252（圈梁頂板高21.500）。為保證二期隧道頂板澆筑時(shí)和第一道混凝土支撐不沖突其余位置圈梁標(biāo)高不作調(diào)整。

（3）隧道南側(cè)二期范圍Φ800@1000鉆孔灌注樁豎向受力鋼筋①原設(shè)計(jì)為16Φ22，加強(qiáng)為18Φ22，其余不作調(diào)整。

（4）隧道南側(cè)第一道混凝土支撐軸力計(jì)算值158 kN/m，報(bào)警值158×1.1×1.35×0.8=188 kN/m。對撐報(bào)警值188×7=1 316 kN;斜撐報(bào)警值188×7×1.414=

1 860 kN。

（5）其余未提及部分仍維持原設(shè)計(jì)。減少一道支撐后，基坑安全儲備減少，施工中應(yīng)加強(qiáng)基坑變形監(jiān)測，做好基坑風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急預(yù)案。

（6）調(diào)整后隧道南幅施工方案：北幅完工恢復(fù)滬寧半幅交通后，組織旋挖鉆進(jìn)行南幅隧道施工三邊圍護(hù)樁施工;跟隨施工高壓旋噴樁134根;單邊樁完工揭滬寧面層結(jié)構(gòu)進(jìn)行混凝土冠梁支撐梁施工，第一道混凝土支撐梁養(yǎng)護(hù)期滿后進(jìn)行基坑土方開挖;南幅開挖采用縱向分層開挖，破除北幅交接圍護(hù)樁至隧道基坑底，修馬道利用新建北幅隧道四倉同時(shí)向北出土[3]。

5 方案優(yōu)化后存在問題與分析

（1）減少一道鋼支撐對施工工期減少有10天，總結(jié)北幅一期范圍基坑施工的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步優(yōu)化施工組織，采取相應(yīng)措施達(dá)到縮短工期的目的。

（2）南幅施工時(shí)段正好在汛期梅雨季節(jié)，需做好雨季施工相應(yīng)措施。

（3）減少鋼支撐后，南側(cè)基坑第一道混凝土支撐軸力相應(yīng)調(diào)整如下：計(jì)算值158 kN/m，報(bào)警值158×1.1×1.35×0.8=188 kN/m;對撐報(bào)警值188×7=

1 316 kN;斜撐報(bào)警值188×7×1.414=1 860 kN。

（4）減少一道支撐后，基坑安全儲備減少，施工中要加強(qiáng)基坑變形監(jiān)測，做好基坑風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急預(yù)案。

6 方案優(yōu)化后總結(jié)

（1）工期節(jié)約：優(yōu)化調(diào)整后的總體施工進(jìn)度計(jì)劃，可節(jié)約工期10天，2021年4月20日前完成北幅隧道主體結(jié)構(gòu)，2021年7月底完成南幅隧道主體結(jié)構(gòu)，其他道路及附屬結(jié)構(gòu)施工在2021年9月底前完工，滿足指揮部工期節(jié)點(diǎn)要求。（2）成本節(jié)約：圍護(hù)樁樁徑調(diào)整按0.2 m間距布置數(shù)量減少至89根，總樁長減少345 m，樁基費(fèi)用增加2萬元;高壓旋噴樁減少230 m，費(fèi)用減少5.4萬元;混凝土支撐減少14 m3，費(fèi)用減少26.2萬元;鋼支撐取消節(jié)約41.3萬元;總成本節(jié)約60.2萬元;如表2所示。

7 結(jié)語

通過對明挖隧道深基坑支護(hù)方案的優(yōu)化，提高了明挖隧道深基坑支護(hù)工程的施工技術(shù)和質(zhì)量水平，從而確保明挖隧道的開挖施工順利開展，同時(shí)保證其隧道工程的整體結(jié)構(gòu)安全，在推動我國相關(guān)工程建設(shè)及其行業(yè)發(fā)展方面，均具有十分積極的促進(jìn)作用，值得進(jìn)行研究和推廣。

參考文獻(xiàn)

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[3]王毅才.隧道工程[M].北京：人民交通出版社，2005.