下穿高速公路隧道工程基坑支护设计

来源:用户上传      作者:

　　摘 要：广州市珠吉路下穿广深高速公路隧道工程是广州市连接科学城中心区和南部组团的一条重要交通干道。该工程条件复杂，其中下穿隧道部分是控制性难点。本文为复杂环境条件下的基坑支护设计，是针对不同工况采用不同多种支护结构形式相结合方法加以解决成功实例，可为同类工程的基坑支护设计和施工提供参考。
　　关键词：下穿高速公路隧道工程，基坑支护
　　
　　1 工程概况
　　 广州市珠吉路下穿广深高速公路隧道工程北接科学大道进入科学城中心区，隧道近垂直下穿一横路后向南下穿广深高速公路桥底的两桥跨间进入广州市。道路按上下行各三车道分幅设计，其中上行SB线为广州至科学城方向，下行为SA线。
　　 工程主要河涌乌涌沿珠吉路路段长约600m，宽14m，拟建隧道SA和SB线位于乌涌两侧并与其基本平行。场区中部由北向南依次有33m宽的一横路、30m宽广深高速公路及30m宽的规划路。隧道采用明挖法施工，一横路段采用闭口段，其余为开口段。隧道SA线全长403.5m，隧道SB线全长465m，下穿一横路闭口段长均为49m。基坑支护周边总长1778.4m，开挖最深处深度为12.00m。
　　2 建设条件
　　2.1场地位置及地形地貌
　　 工程范围属冲积平原地貌，地面高程16.34～23.18m。乌涌呈南北向从场地中部穿过，两岸堤围已整治为规划堤岸，乌涌堤岸按1:2.5放坡，河涌水面现状宽约14m，水深约2.5m。隧道SA线西侧及隧道SB线东侧均为开阔场地，开阔坡积残丘地面标高比一般的地面标高高1～2m。
　　2.2工程地质及水文地质条件
　　 根据勘察资料揭露，场区基坑开挖支护段地层自上而下为：人工填土层、第四系坡积层（可塑及硬塑状粉质粘土，厚2.00～9.80m）、冲积层（淤泥质土、可塑及软塑状粉质粘土、稍密~中密的中砂、粗砂及砾砂组成，厚4.70～10.10m）、残积层（花岗岩风化砂质粘性土，厚2.20～5.70m），基岩为燕山期花岗岩（顶层埋深0.50～17.60m）。
　　 场地地下水量较丰富，砂层饱水，粘性土层属微弱透水层，基岩裂隙连通性差，含裂隙水贫乏。地下水的补给来源于大气降水及砂层的侧向径流补给，与乌涌存在较强的水力联系。
　　2.3复杂环境条件
　　 现有广深高速公路的基础为长约20m的摩擦桩，隧道建设施工过程中须将高速公路桥桥台孔及中间桥墩孔自地面下挖6.4～8.5m。将降低桩基承载力，其值达总侧壁摩阻力的20%以上，须对既有桩基础进行加固处理。
　　 穿越广深高速公路段的隧道结构外墙线距广深高速公路原有桩基承台最小距离为0.25m，并从一横路既有乌涌桥桥台后和广深高速公路桥桥台前及桥墩间下挖穿越，明挖施工时基坑开挖深度6.4～10.5m，对既有桥梁基础受力产生不利影响。
　　 两基坑开挖边线距使用中的乌涌涌边线6.5～19m，给止水帷幕和支护结构设计增加很大的难度。
　　 此外，隧道范围内有直径约1.0m供水管和宽约0.5m的通信光缆横穿；高速公路桥下净空只有2m。
　　3基坑支护设计
　　 根据本工程基坑深度、工程地质情况和周边环境情况，从安全、经济、合理、可行的角度出发，采用深层搅拌桩或旋喷桩止水，土钉墙加超前垂直钢管桩，拉森钢板桩，结合预应力锚索、内支撑的综合支护方案。根据场地的工程地质条件、周边环境和开挖情况的不同，分为十六个工况的支护段。现重点论述隧道下穿一横路及广深高速公路的支护段：
　　3.1一横路桥台段基坑支护（支护平面见图1，支护断面见图2）
　　 远离乌涌侧（工况F段，总长161.4m，开挖深度8.5～l0.5m) 采用放坡及垂直开挖，两排深层搅拌桩止水，结合超前垂直压密注浆钢管桩、土钉墙的综合支护方案。基坑深度2m以上采用一级放坡，以下采用垂直开挖。放坡坡脚靠基坑开挖侧设二排φ500mm搅拌桩，桩长15m，纵横间距350mm，穿过砂层进入粘土层不少于0.5m。沿靠基坑开挖边线一侧的搅拌桩中心布设一排超前垂直压密注浆钢管桩，桩间距350mm，成孔口径φ130mm，孔深13m，全长置入φ89mm焊管。沿放坡坡脚靠基坑开挖边线向外侧1.4m处布设一排摩擦土钉，间距1200mm，长1.5m，用人工或机械直接打入。坡面上按不同区段布设土钉。面板网筋采用φ8钢筋按200×200mm编网；加强筋采用2φ16钢筋菱形布设，焊牢于土钉端部。坡顶2m以下的坡面上应根据实际情况设置泄水孔。
　　 乌涌侧(工况K段，总长161.4m，开挖深度8.5～10.5 m)采用2m削坡后垂直开挖，两排搅拌桩止水，结合超前垂直压密注浆钢管桩、土钉墙、预应力锚索的综合支护方案。支护情况与工况F段相同，此外，在坡面上与土钉相间设置一排预应力锚索，长20m，其中自由段长5m，锚固段长15m，水平间距2m，成孔直径130mm，杆体采用2×7φ5钢铰线，倾角30°，水平通长设槽钢腰梁。
　　
　　
　　
　　图1下穿广深高速公路及一横路段基坑支护平面图
　　
　　
　　
　　 图2一横路桥台段基坑支护断面图
　　3.2广深高速公路桥下段基坑支护（支护平面见图1、支护断面见图3）
　　 乌涌侧(工况J段，总长81.6m，开挖深度6.4～8.5m) 采用削坡后垂直开挖，一排旋喷桩止水，结合超前垂直压密注浆钢管桩、土钉墙、钢支撑、预应力锚索的综合支护方案。削坡2m后垂直开挖，在原有桩基周围按2.4m×2.4m的正方形边线上布设一排超前垂直压密注浆钢管桩，先进行加固处理，桩间距250mm，成孔直径φ130mm，孔深23m，全长置入φ89mm焊管。该钢管桩在基坑开挖时可起到超前支护的作用。沿平行桥桩中心靠基坑开挖边线外侧3m处施工一排φ600单管旋喷桩止水，沿基坑开挖边线施工一排超前垂直压密注浆钢管桩，加强局部土体的稳定性。沿基坑开挖边线外1.50m布设一排摩擦土钉，坡面上按不同区段布设土钉，坡面上与土钉相间设置二排预应力锚索，面板网筋与加强筋与前相同。设二道水平钢支撑，第一道钢支撑设于帽梁高程处，第二道钢支撑设于桩承台高程处。
　　 SB线远离乌涌侧(工况P段，开挖深度9.5～12.0m)采取垂直开挖，多排超前倾斜压密注浆花管止水，结合超前垂直压密注浆钢管桩、钢支撑、预应力锚索的综合支护方案。沿基坑开挖边线布设一排超前垂直压密注浆钢管桩对桥台桩基土体进行加固，同时也可起到超前支护的作用。基坑开挖过程中分层施工超前倾斜压密注浆花管止水，形成止水幕墙，同时在基坑深度3.9m、7.8m、9.1m处设三排预应力锚索，提高桥台抗滑移和倾覆能力。因本工况隧道结构外空间狭小，面板不设喷砼面层，设二道水平钢支撑。第一道钢支撑设于帽桥台梁高程处，第二道钢支撑设于桩承台高程处。
　　
　　 图3 广深高速公路桥下段基坑支护断面图
　　4基坑监测及信息施工
　　 基坑工程建设由于涉及到使用中的广深高速公路和相交的一横路桥梁，尤其是广深高速公路是广东省繁忙的交通大通道，绝对不容许中断和有意外发生。为保证施工期的交通要求，施工期必须做好监测和施工控制工作。施工期监控结合桥梁变形控制和基坑监测统一考虑，按保证施工期正常使用要求布置监测项目、位置及频率，确定各测项警界值和限制值。
　　 基坑工程为隐蔽工程，在施工过程中，及时收集有关资料与技术参数，并与原设计依据及参数进行比较。当存在差异时，立即对原设计及施工方案作适当调整，做到动态设计、信息施工。
　　5结论
　　 本工程建设条件复杂，基坑支护设计难度大。针对基坑关键技术问题，设计中进行多方案比较，从处理的有效性、施工的方便性、质量可靠性及工程经济性等方面综合分析研究，解决空间限制条件下支护结构、隧道防水等方面结构形式选择。
　　 工程建设过程中基坑一直处于安全稳定状态说明支护结构承受挡土、防渗止水效果好，达到了预期的目的。通过本次设计可以得出以下经验及结论：
　　 (1)结合现场环境条件，特别是河涌边水文地质、工程地质情况，因地制宜，采取放坡、搅拌桩或旋喷桩桩中心布置垂直压密注浆钢管桩、土钉墙、钢支撑、预应力锚索等多种组合支护结构形式工程造价低、工期短且安全可行。
　　 (2)本次成功说明选取多种组合支护结构形式以及进行动态设计和信息化施工是实现基坑工程安全、经济、高效的有力保证。
　　参考文献
　　龚晓南，高有潮. 深基坑工程设计施工手册. 北京：中国建筑工业出版社，1998
　　基坑工程手册. 基坑工程手册编辑委员会. 刘建航、侯学渊. 北京：中国建筑工业出版社，1999
　　高大钊. 深基坑工程(第二版) . 北京： 机械工业出版社，2002
　　作者简介
　　安岚（1977- ），女，工程师，主要从事岩土工程勘察设计研究工作。
　　
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-582948.htm