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上海建工五建集團(tuán)有限公司 上海 200063

本溪市威寧大街地下綜合管廊基坑工程是地下綜合管廊施工的基礎(chǔ)，該管廊基坑開挖最長設(shè)計里程為K0＋800～K2＋800?；訕?biāo)準(zhǔn)深7.10～8.15 m，底寬約12.0 m，局部加深至12.4～15.0 m。該基坑具有超長、較深及緊鄰城市交通干線的特點(diǎn)，且在經(jīng)歷冬季嚴(yán)寒的條件下，因此應(yīng)加強(qiáng)設(shè)計施工一體化協(xié)調(diào)，并應(yīng)對特殊環(huán)境、重點(diǎn)工況、關(guān)鍵工序、施工部位等情況重點(diǎn)控制。

1 工程概況

1.1 工程項(xiàng)目概述

遼寧省本溪市威寧大街地下綜合管廊EPC工程，范圍自沈本產(chǎn)業(yè)大道至太子河梁家大橋，建設(shè)總長度約6.07 km（圖1）。管廊標(biāo)準(zhǔn)段采用平行三倉布置形式，左側(cè)為電力倉、中間為綜合倉、右側(cè)為燃?xì)鈧}。電力倉凈高3.55 m，凈寬1.80 m；綜合倉凈高3.55 m，凈寬4.30 m；燃?xì)鈧}凈高3.55 m，凈寬1.60 m。

圖1 綜合管廊布置示意

本工程基坑有開挖較深、一次開挖長的特點(diǎn)，且基坑兩側(cè)深度范圍內(nèi)有雜填土、碎石等，需要基坑支護(hù)處理?；右粋?cè)緊鄰?fù)幋蠼值缆?，車流量較多且基坑開挖工期緊，擬于農(nóng)田一側(cè)采用放坡開挖，緊鄰道路一側(cè)則采用鉆孔灌注樁（倒虹段）加錨索、鋼管樁加錨索支護(hù)2種不同方案。

1.2 特殊環(huán)境特點(diǎn)

本工程敷設(shè)于威寧大街道路北側(cè)寬10 m綠地控制線范圍內(nèi)，且在已建道路紅線邊，靠近管廊側(cè)已敷設(shè)1根φ0.6～1.0 m的雨水管線，管位位于機(jī)動車道邊線外側(cè)僅2 m左右，管廊施工范圍內(nèi)主要為農(nóng)田耕地，且局部路段跨越魚塘和房屋。管廊地下由雜填土、卵石、強(qiáng)風(fēng)化砂巖、中風(fēng)化砂巖等多種類型巖土構(gòu)成地層，其中在中風(fēng)化石灰?guī)r中存在大量的發(fā)育完全的串珠、葫蘆狀溶洞，鉆孔見洞率83.8%，地質(zhì)情況較為復(fù)雜多變。

工程所在區(qū)地處中緯度，屬中溫帶，冬季寒冷期長，最低溫度可達(dá)－30 ℃。夏季降水集中，濕度較大，地下水類型為孔隙潛水，主要賦存于雜填土及卵石層中，地下水主要補(bǔ)給來源為太子河流域側(cè)向滲流及大氣降水，水位埋深4.0～6.7 m，且對混凝土結(jié)構(gòu)具有微腐蝕性，嚴(yán)峻的氣溫及復(fù)雜的地質(zhì)給冬季施工及基坑降水帶來一定的難度。

2 基坑支護(hù)設(shè)計

2.1 超長基坑（2 000 m）支護(hù)設(shè)計考慮因素

因管廊施工開挖工期緊、任務(wù)重、現(xiàn)場條件有限等難點(diǎn)，故本工程一次開挖段最長達(dá)2 000 m，并以此作為一個施工段。

2.1.1 地質(zhì)條件變化的影響

當(dāng)基坑為超長基坑時，工程沿線地質(zhì)情況往往變化較大，通常將分為多種類別。以本工程為例，基坑下地質(zhì)情況分為以下幾大類：石灰?guī)r溶洞區(qū)、頁巖區(qū)、卵石層區(qū)、砂土層區(qū)、黏土層區(qū)、淤泥質(zhì)土層區(qū)（原河道或水塘處）等。因此在進(jìn)行超長基坑設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)不同地質(zhì)情況對基坑支護(hù)方案進(jìn)行分類，采用不同的支護(hù)形式及地基處理方案以滿足基坑安全性需要。

本工程對溶洞區(qū)采取填充處理，對淤泥質(zhì)土層區(qū)則采用換填及壓密注漿加固等來改善基坑底部的土層性質(zhì)。

2.1.2 周邊環(huán)境的影響

超長基坑周邊環(huán)境變化較大，沿線存在既有建筑物、已建市政雨水管線、暖棚、農(nóng)田、已建道路、高壓鐵塔等?；釉O(shè)計時應(yīng)根據(jù)周邊環(huán)境變化采取不同的支護(hù)措施。

本工程中針對高壓鐵塔、雨水管線等保護(hù)性建（構(gòu)）筑物，分別采取鋼管樁支護(hù)、鉆孔灌注樁支護(hù)等剛度較強(qiáng)的支護(hù)形式以減小施工期間的變形；對周邊環(huán)境為農(nóng)田、暖棚等則采取放坡開挖的施工方案。根據(jù)周邊環(huán)境的不同，工程設(shè)計時也應(yīng)針對各種保護(hù)建（構(gòu)）筑物設(shè)置不同的監(jiān)測方案。

2.1.3 基坑深度的影響

超長基坑的開挖深度一般會有較多變化。本工程中常規(guī)基坑深度約7.2 m，倒虹段處基坑深度將加深2～3 m，因此超長基坑設(shè)計時應(yīng)根據(jù)基坑深度變化選擇不同種類的支護(hù)形式。

2.1.4 形狀變化的影響

超長基坑另一個經(jīng)常遇到的問題是基坑形狀隨著結(jié)構(gòu)變化而改變，因此在基坑支護(hù)設(shè)計中應(yīng)充分考慮基坑形狀、寬度等的變化，采取不同的支護(hù)、支撐形式以滿足基坑安全性要求[1-4]。

2.2 考慮施工過程的設(shè)計方案優(yōu)化

根據(jù)地質(zhì)條件、周邊環(huán)境及本工程的實(shí)際情況，從施工工藝、工程安全、經(jīng)濟(jì)性及當(dāng)?shù)氐氖┕そ?jīng)驗(yàn)角度出發(fā)，基坑支護(hù)可采用鉆孔灌注樁及鋼管樁2種方案進(jìn)行比選。

2.2.1 鋼管樁設(shè)計優(yōu)化

結(jié)合基坑周邊地質(zhì)狀況，靠近威寧大街道路側(cè)的基坑采用當(dāng)?shù)爻Ｓ玫摩?59 mm（壁厚6 mm）@400 mm鋼管樁結(jié)合錨索支護(hù)；另一側(cè)較為空曠，采用放坡開挖＋噴射混凝土護(hù)坡（圖2）。

圖2 鋼管樁支護(hù)斷面

鋼管樁樁徑小，施工靈活，根據(jù)現(xiàn)場施工試驗(yàn)反饋，鋼管樁施工較為順利。

2.2.2 鉆孔灌注樁設(shè)計優(yōu)化

基坑靠近威寧大街道路側(cè)的既有道路、高壓鐵塔、雨水管線時，采用φ800 mm@1 400 mm鉆孔灌注樁結(jié)合錨索支護(hù)進(jìn)行保護(hù)；另一側(cè)較為空曠，采用放坡開挖加掛網(wǎng)噴射混凝土護(hù)坡。根據(jù)現(xiàn)場施工試驗(yàn)反饋，由于卵石層內(nèi)存在較大塊徑石塊，故鉆孔樁實(shí)施較為困難。

2.2.3 方案比選優(yōu)化

2種支護(hù)方案的比選情況如表1所示。

表1 支護(hù)方案比選

綜上所述，基坑標(biāo)準(zhǔn)段支護(hù)采用鋼管樁加錨索，當(dāng)基坑周邊環(huán)境變化或者基坑深度變化時，存在鋼管樁與鉆孔灌注樁支護(hù)變化交界面（圖3），而位于倒虹段、鄰近高壓鐵塔或雨水管線的基坑則采用鉆孔灌注樁加錨索施工。

支護(hù)結(jié)構(gòu)過渡段鉆孔灌注樁應(yīng)向鋼管樁段多打1～2根，以確保過渡段的基坑安全?；觾?nèi)側(cè)鋼圍檁應(yīng)貫通以確保支護(hù)結(jié)構(gòu)受力均勻、可靠。

圖3 鋼管樁與鉆孔樁交界面支護(hù)平面

圖4 綜合管廊開挖分段平面布置

現(xiàn)場實(shí)施時，應(yīng)盡量縮短圍護(hù)樁銜接段的施工支護(hù)時間，掛網(wǎng)噴射混凝土、錨索注漿及腰梁施工時均摻加高效早強(qiáng)劑，使噴射混凝土與巖面、注漿錨固體及腰梁盡快達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度，縮短錨索錨具安裝及張拉完成時間，加快基坑開挖施工進(jìn)度。

2.2.4 設(shè)計施工一體化

1）設(shè)計先行，施工及時反饋，采購選型跟進(jìn)，確保進(jìn)度。

2）提前介入施工圖設(shè)計，比選優(yōu)化方案，加快項(xiàng)目進(jìn)度。

3）基坑支護(hù)優(yōu)化：原設(shè)計的混凝土灌注樁支護(hù)因不良地質(zhì)情況及工期緊等原因優(yōu)化成鋼管樁，節(jié)約工期，降低成本；結(jié)合管廊沿線分區(qū)設(shè)置鋼筋加工場地、混凝土泵車澆筑平臺、汽車吊吊裝平臺等，設(shè)計階段即考慮此段區(qū)域支護(hù)局部加固，避免二次設(shè)計、施工。

4）降水井優(yōu)化：φ273 mm無縫鋼管抽縫處理。

5）建議采用符合當(dāng)?shù)丨h(huán)境、節(jié)能降耗的新工藝、新材料。

6）按需招標(biāo)采購，設(shè)計配套跟進(jìn)，備貨進(jìn)場協(xié)調(diào)。

3 基坑支護(hù)施工

3.1 總體施工組織

根據(jù)工程總進(jìn)度計劃要求，結(jié)合本項(xiàng)目特點(diǎn)和施工任務(wù)，遵循工區(qū)路線距離適中、作業(yè)面不互相干擾、施工管理便利的原則，將管廊施工段劃分為5個工區(qū)平行組織施工（圖4），監(jiān)控中心單獨(dú)設(shè)一個分區(qū)。

基坑開挖遵循先支護(hù)后開挖的原則，對稱、分層、分塊、限時進(jìn)行，利用時空效應(yīng)原理，盡量減少基坑無防護(hù)的暴露時間，嚴(yán)格控制基坑變形；同時提高坑內(nèi)土體抗力，從而確保施工安全，并減少坑底隆起和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形量。

3.2 施工關(guān)鍵工序

3.2.1 碎石層鋼管樁冬季施工

冬季施工時凍土層較厚，并且施工區(qū)域土質(zhì)較差，利用潛孔錘引孔破碎凍土及碎石，然后加工鋼管樁，樁頭處形成削尖后采用液壓振動錘打入土體（圖5），減少對鋼管樁的破壞。最后在鋼管樁頂部進(jìn)行鋼筋盤梁以形成一個穩(wěn)定的深基坑支護(hù)體系（圖6），滿足了基坑的穩(wěn)定性，合理壓縮工期，施工能耗大大降低。

圖5 鋼管樁施工

圖6 鋼管樁麻花式盤梁施工

3.2.2 回填土預(yù)應(yīng)力錨索施工

在工程施工中，由于土質(zhì)地層的不確定性，錨索成孔往往會遇到不同的困難。傳統(tǒng)錨索機(jī)在雜填土或碎石回填層中成孔困難，成孔過程中鉆頭往往會卡在巖石層中無法拔出或因?yàn)橥临|(zhì)松散、間隙大而不能穩(wěn)定地成孔，坍孔成為普遍現(xiàn)象，導(dǎo)致施工效率較低，增大施工成本。在成孔后注漿也是一大問題，在雜填土孔洞中注漿時，漿液會沿縫隙四處流散，導(dǎo)致注漿量增大。在工作面不好的環(huán)境下，傳統(tǒng)錨索調(diào)整錨索開孔高度及位置需要機(jī)械加人工來輔助完成。

本次施工設(shè)備采用先進(jìn)的GTM15-2型號錨索機(jī)械設(shè)備（圖7、圖8），能適用于全地層土質(zhì)施工。采用雙動力機(jī)組，自動調(diào)節(jié)鉆桿系統(tǒng)，加工半圓型合金鉆頭，利用套管全程跟進(jìn)成孔來保證錨索成孔的質(zhì)量及施工效率。

4 過程監(jiān)測與控制

鋼管樁頂部水平位移監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)布置在鋼管樁頂部，監(jiān)測點(diǎn)水平間距15～20 m。根據(jù)設(shè)計圖紙，鋼管樁頂部有2 m高度的邊坡，為保證監(jiān)測人員的安全，擬在鋼管樁頂部貼設(shè)反光片進(jìn)行監(jiān)測。

圖7 預(yù)應(yīng)力錨索現(xiàn)場鉆孔施工

圖8 錨索加鋼管樁支護(hù)示意

威寧大街道路豎向位移監(jiān)測點(diǎn)應(yīng)布置在道路一側(cè)，距離邊坡邊緣20 cm左右，監(jiān)測點(diǎn)水平間距15～20 m。擬在邊坡頂部埋設(shè)長40 cm鋼釬作為監(jiān)測標(biāo)志。

4.1 鋼管樁頂部水平位移監(jiān)測

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際水平位移監(jiān)測數(shù)據(jù)，繪制鋼管樁頂部水平位移曲線（圖9），文中選取B3、B4、B5、B6、B7、B8這6個監(jiān)測點(diǎn)。由圖9分析可知，鋼管樁頂部水平位移隨土方開挖的推進(jìn)逐漸增大，在第131天土方開挖、管廊主體結(jié)構(gòu)施工及回填完成后趨于穩(wěn)定，最大位移為8 mm。其余單元的水平位移也在土方開挖、管廊主體結(jié)構(gòu)施工及回填完成后基本趨于穩(wěn)定，且都在規(guī)范及設(shè)計文件要求范圍之內(nèi)，并趨于穩(wěn)定，說明鋼管樁加錨索這種支護(hù)結(jié)構(gòu)在控制管廊超長基坑支護(hù)施工水平位移方面是切實(shí)可行的。

圖9 鋼管樁頂部水平位移曲線

4.2 坡頂豎向位移監(jiān)測

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際豎向位移監(jiān)測數(shù)據(jù)，繪制坡頂豎向位移曲線（圖10），文中選取P1、P2、P3、P4、P5、P6這6個監(jiān)測點(diǎn)。由圖10分析可知，觀測點(diǎn)P1豎向位移最大，位移量為6.6 mm，其余監(jiān)測點(diǎn)豎向位移都比較小，且都在規(guī)范及設(shè)計文件要求范圍之內(nèi)，并在管廊主體結(jié)構(gòu)施工及回填完成后趨于穩(wěn)定。由此可見，鋼管樁加預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)在控制長條形基坑水平、豎向位移方面均能夠取得較好的效果。

圖10 坡頂豎向位移曲線

5 結(jié)語

本溪市威寧大街地下綜合管廊工程通過設(shè)計施工一體化方式，比選確定以鋼管樁加預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)為主的支護(hù)體系。

鋼管樁加預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)體系相比傳統(tǒng)的灌注樁加預(yù)應(yīng)力錨索支護(hù)體系工程造價大大降低[5-8]，同時工期方面比預(yù)計提前，縮短了建設(shè)周期，加快了建設(shè)進(jìn)度。實(shí)踐證明，該支護(hù)結(jié)構(gòu)適合當(dāng)?shù)靥厥猸h(huán)境，受力簡單明了且水平、豎向位移可控，具有推廣價值。