李朝龍 趙其軒 李春波 劉勇

上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司 200092

引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)國(guó)家及地方政策對(duì)于城市綜合管廊建設(shè)的大力支持，綜合管廊工程呈現(xiàn)了快速的發(fā)展。在既有道路下新增綜合管廊，必須考慮將擬建管廊工程對(duì)既有建（構(gòu)）筑物的影響降到最小，可靠且經(jīng)濟(jì)的基坑支護(hù)方案為首選。本文根據(jù)成都地區(qū)某新建綜合管廊深基坑工程實(shí)例，從設(shè)計(jì)理念、數(shù)值計(jì)算分析、施工監(jiān)測(cè)等方面，研究綜合管廊深基坑工程設(shè)計(jì)中可能存在的問(wèn)題，并探討其解決方案。

1 工程概況

某新建綜合管廊工程位于四川省成都市東部，總長(zhǎng)約為11.8km，標(biāo)準(zhǔn)斷面三艙，斷面尺寸10.2m×4.6m，覆土厚度3.0m，主體結(jié)構(gòu)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

綜合管廊位于道路南側(cè)的輔道及人行道下方，如圖1所示。管廊結(jié)構(gòu)北側(cè)距離主車(chē)道邊緣水平凈距4.8m，南側(cè)緊鄰?fù)谑┕さ挠?、污水管道，雨水管道?nèi)底埋深2.6m～9.0m，與管廊結(jié)構(gòu)邊緣水平凈距約3.6m，污水管道內(nèi)底埋深2.1m～8.5m，與管廊結(jié)構(gòu)邊緣凈距約2.0m。

本工程建設(shè)工期十分緊迫，且管廊施工階段主車(chē)道已建成通車(chē)。考慮到南側(cè)雨污水管道與管廊工程的緊鄰關(guān)系，以及同期施工的需求，管廊基坑內(nèi)的空間應(yīng)能同時(shí)滿(mǎn)足雨污水管道的正常施工。同時(shí)，在工程沿線范圍內(nèi)存在約60余處用于灌溉過(guò)水或者輸水用的排水管道、給水管道、蓋板涵及既有高壓燃?xì)夤艿溃ň诠芾壬戏酱┰剑?，存?處與既有河道交叉穿越，存在1處與某新建軌道交通高架段橋梁（下部結(jié)構(gòu)已完成）交叉穿越。不僅要保障管廊主體結(jié)構(gòu)基坑的安全穩(wěn)定，還需保證主車(chē)道正常通車(chē)的需求、既有交叉管道的正常運(yùn)行和在建軌道交通的安全。

圖1 綜合管廊位置Fig.1 The utility tunnel location

2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

2.1 工程地質(zhì)

建設(shè)場(chǎng)址位于四川盆地東部低山丘陵地段，地層主要為第四系全新統(tǒng)人工填土層）、第四系全新統(tǒng)沼澤沉積層、第四系全新統(tǒng)坡洪積和侏羅系蓬萊鎮(zhèn)組（J3p）基巖層。各土層主要物理力學(xué)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 土的物理力學(xué)指標(biāo)建議值Tab.1 Recommended values of physical and mechanical indexes of soil

2.2 水文地質(zhì)

本工程建設(shè)場(chǎng)地地表水主要為老舊魚(yú)塘積水、農(nóng)田灌溉渠水及河水，水量大多受降雨及人工控制。

場(chǎng)地地下水為埋藏于人工填土層中的上層滯水及基巖裂隙水。地下水主要補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水及區(qū)域地下水，通過(guò)地下徑流、蒸發(fā)等方式排泄。

地下水位沿線埋深差異較大，普遍在基坑頂以下1.9m～6.0m，局部可達(dá)10.1m。

3 基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全等級(jí)

基坑變形影響范圍內(nèi)存在諸多重要管線（燃?xì)?、給排水等）、河道、軌道交通，且基坑側(cè)壁緊鄰已經(jīng)通車(chē)的主車(chē)道，根據(jù)《成都地區(qū)基坑工程安全技術(shù)規(guī)范》（DB51/T 5072—2011）［1］，基坑影響范圍內(nèi)建（構(gòu)）筑物的重要性等級(jí)為很重要。

基坑開(kāi)挖深度為7.8m～20m，主車(chē)道一側(cè)車(chē)道邊緣距離基坑邊的距離為2m～4.8m＜0.5H（H為基坑深度）；遠(yuǎn)離道路一側(cè)，在一倍基坑深度H影響范圍內(nèi)，除與基坑交叉穿越的管線、河道、軌道交通之外，工程沿線無(wú)其他重要或很重要的建（構(gòu)）筑物。

綜上所述，根據(jù)《成都地區(qū)基坑工程安全技術(shù)規(guī)范》（DB51/T 5072—2011）［1］第3.1.1條，最終確定本基坑工程的安全等級(jí)為：“臨近主車(chē)道一側(cè)的基坑安全等級(jí)均為一級(jí)，遠(yuǎn)離道路一側(cè)且基坑深度H≥12m時(shí)基坑安全等級(jí)為一級(jí)，與基坑交叉穿越的管線、河道、軌道交通等特殊節(jié)點(diǎn)處，基坑兩側(cè)的安全等級(jí)均為一級(jí)，其余情況基坑安全等級(jí)為二級(jí)”。

4 基坑支護(hù)方案選擇

基坑安全等級(jí)為一、二級(jí)，基坑深度為7.8m～20m，明挖施工，根據(jù)《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 120—2012）［2］第3.3.2條，結(jié)合基坑周邊環(huán)境、工程及水文地質(zhì)條件、與臨近道路、建（構(gòu)）筑物、地下管線等的距離關(guān)系判斷：①場(chǎng)地條件不具備單一放坡的空間；②懸臂式結(jié)構(gòu)、重力式水泥土墻均難以滿(mǎn)足在基坑較深的情況下對(duì)周邊環(huán)境變形控制的要求；③逆作法在具備明挖施工條件時(shí)一般不予考慮；④錨拉式結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)試算，錨索的長(zhǎng)度會(huì)侵入主車(chē)道北側(cè)的雨污水管基坑內(nèi)（同期施工中），臨近基坑的安全性和穩(wěn)定性難以得到保障，故不具備可實(shí)施性。

綜合以上分析，并本著滿(mǎn)足基坑自身及周邊建（構(gòu)）筑物、地下管線、道路的安全和正常使用的前提下經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的原則，基坑工程擬按以下幾種情況分段進(jìn)行支護(hù)。

（1）地質(zhì)條件良好的巖質(zhì)邊坡（僅限強(qiáng)～中風(fēng)化巖出露地段），基坑開(kāi)挖深度7.8m～9.0m，基坑兩側(cè)采用放坡+土釘墻［3，4］的支護(hù)體系，坡度1∶0.3，土釘采用C25鋼筋，橫豎向間距1.5m，土釘長(zhǎng)度為3m～7m，如圖2所示。

圖2 土釘支護(hù)典型剖面Fig.2 Typical cross-section diagram of soil nailing

（2）土質(zhì)邊坡及低填方等一般地段，基坑開(kāi)挖深度7.8m～14.9m，基坑兩側(cè)采用樁+內(nèi)支撐［4］支護(hù)體系，樁徑1.0m/1.2m間距1.8m～2.0m，嵌固深度約為3m～12m，視基坑深度設(shè)置一～三道鋼支撐（φ609mm，t=16mm），平面間距約6m，如圖3所示。

圖3 樁+內(nèi)支撐支護(hù)典型剖面Fig.3 Typical cross-section diagram of soldier pile wall and strut

（3）高填方地段，基坑開(kāi)挖深度8.1m～13.5m，靠近主車(chē)道一側(cè)采用雙排鉆孔灌注樁［4］，樁徑1.2m間距1.4m～2.4m，嵌固深度約為8m～13m；靠近綠化帶一側(cè)根據(jù)《巖土工程詳細(xì)勘察報(bào)告》提供的基坑臨時(shí)放坡坡率建議值對(duì)原地形放坡，如圖4所示。

圖4 雙排樁支護(hù)典型剖面Fig.4 Typical cross-section diagram of double-row-piles wall

5 一般地段支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算

5.1 荷載組合及計(jì)算原則

（1）支護(hù)結(jié)構(gòu)按臨時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，施工期間支護(hù)結(jié)構(gòu)作為支擋結(jié)構(gòu)，承受全部的水土壓力及地面超載。施工階段按強(qiáng)度、變形雙控進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（2）安全等級(jí)為一級(jí)的基坑，變形控制標(biāo)準(zhǔn)［1，5，6］為：基坑周邊地表最大沉降量≤25mm，支護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移≤0.002H，且≤30mm（雙排樁及土釘墻≤0.003H，且≤35mm），支護(hù)結(jié)構(gòu)最大豎向位移≤0.001H，且≤20mm；安全等級(jí)為二級(jí)的基坑，變形控制標(biāo)準(zhǔn)為：基坑周邊地表最大沉降量≤50mm，支護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移≤0.003H，且≤35mm（土釘墻≤0.004H，且≤40mm），支護(hù)結(jié)構(gòu)最大豎向位移≤0.003H，且≤30mm；H為基坑開(kāi)挖深度。

（3）支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算，應(yīng)根據(jù)施工中開(kāi)挖、架撐、澆注混凝土、拆撐等過(guò)程，按平面問(wèn)題進(jìn)行分析，分階段進(jìn)行內(nèi)力分析。施工階段，按“增量法”計(jì)算，須計(jì)入結(jié)構(gòu)的先期位移值以及支撐的變形，按先變形后支撐的原則進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。截面設(shè)計(jì)按內(nèi)力包絡(luò)圖進(jìn)行，支撐軸力取各階段計(jì)算的最大值。

（4）荷載取值及其分項(xiàng)系數(shù)按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》［7］確定，施工期間地面超載按20kPa［3］考慮，臨近建筑物按建筑物實(shí)際荷載考慮；土壓力根據(jù)地質(zhì)報(bào)告中各土層的物理力學(xué)參數(shù)計(jì)算，水壓力按靜止壓力計(jì)算，地下水位考慮坑內(nèi)降水，水位高程確定為基坑底以下約0.5m。

（5）基坑設(shè)計(jì)使用期限為一年［2］。

5.2 一般地段支護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)算

支護(hù)結(jié)構(gòu)依據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告采用理正深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件7.0PB2進(jìn)行計(jì)算；根據(jù)基坑安全等級(jí)、開(kāi)挖深度、周邊環(huán)境及地質(zhì)情況選取不同類(lèi)型的支護(hù)型式，分為以下三類(lèi)。

（1）放坡+土釘墻支護(hù)體系，如圖5所示，驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表2。

圖5 土釘墻驗(yàn)算簡(jiǎn)圖（單位：m）Fig.5 Analysis brief diagram of soil nailing wall（unit：m）

表2 土釘墻驗(yàn)算結(jié)果Tab.2 Analysis result of soil nailing wall

（2）樁+內(nèi)支撐支護(hù)體系，如圖6所示，驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表3。

圖6 樁+內(nèi)支撐支護(hù)驗(yàn)算簡(jiǎn)圖（單位：m）Fig.6 Analysis brief diagram of soldier pile wall and strut（unit：m）

表3 樁+內(nèi)支撐支護(hù)驗(yàn)算結(jié)果Tab.3 Analysis result of soldier pile wall and strut

（3）雙排樁支護(hù)體系，如圖7所示，驗(yàn)算結(jié)果見(jiàn)表4。

圖7 雙排樁支護(hù)驗(yàn)算簡(jiǎn)圖（單位：m）Fig.7 Analysis brief diagram of double-row-piles wall（unit：m）

表4 雙排樁支護(hù)驗(yàn)算結(jié)果Tab.4 Analysis result of double-row-piles wall

6 穿越（近鄰）建（構(gòu)）筑物段基坑設(shè)計(jì)

6.1 荷載組合及計(jì)算原則

荷載組合及計(jì)算原則同本文5.1節(jié)，但對(duì)于周邊道路、軌道交通、高壓輸氣管道等的變形控制標(biāo)準(zhǔn)，除滿(mǎn)足5.1節(jié)的要求外，還應(yīng)根據(jù)產(chǎn)權(quán)單位的評(píng)估要求，從嚴(yán)控制，產(chǎn)權(quán)單位變形控制要求見(jiàn)表5。

表5 周邊環(huán)境重大風(fēng)險(xiǎn)源變形控制要求Tab.5 Requirements for deformation control of major risk sources in the surrounding environment

6.2 河道交叉處

本工程沿線范圍內(nèi)存在4處公路橋梁，橋梁下方為灌溉或泄洪用的既有河道，綜合管廊在4處范圍內(nèi)采用平面避讓公路橋梁和下穿河道的方案穿越。此區(qū)域內(nèi)基坑開(kāi)挖深度10m～19m，河道內(nèi)水流較大，基坑支護(hù)考慮采用樁+內(nèi)支撐支護(hù)體系，樁徑1.2m間隔2.0m，嵌固深度6m～12m，視基坑深度設(shè)置2～4道鋼支撐（φ609mm，t=16mm），平面間距6m；考慮到此區(qū)域內(nèi)基坑開(kāi)挖深、地表水豐富的特點(diǎn)，基坑兩側(cè)各增加一道高壓旋噴樁止水帷幕，基坑上部河道水用管道引流，引流管道在基坑上方穿越采用懸吊保護(hù)方式通過(guò)，如圖8所示。

圖8 穿越河道基坑支護(hù)剖面Fig.8 Cross-section diagram of retaining and protection for excavations at crossing river

驗(yàn)算結(jié)果（表6）顯示，支護(hù)樁位移值最大為5.62mm，樁頂位移值約為5.3mm，地面沉降量最大約為6mm，最大差異沉降量約為3mm，可見(jiàn)公路橋梁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的沉降及位移值均在允許范圍內(nèi)。

表6 穿越河道基坑支護(hù)驗(yàn)算結(jié)果Tab.6 Analysis result of retaining and protection for excavations at crossing river

6.3 軌道交通交叉處

綜合管廊線路與某新建軌道交通平面相交，軌道交通先期施工，綜合管廊采取明挖方案從軌道交通高架橋墩間穿越。此處基坑開(kāi)挖深度約為20m，基坑支護(hù)考慮采用樁+內(nèi)支撐支護(hù)體系，樁徑1.2m間隔2.0m，嵌固深度10m；此區(qū)域內(nèi)基坑開(kāi)挖深、交叉施工困難，綜合考慮豎向間隔設(shè)置兩道鋼筋混凝土支撐（1000mm×800mm）+兩道鋼支撐（φ609mm，t=16mm），平面間距3m～6m，如圖9所示。

圖9 穿越軌道交通基坑支護(hù)剖面Fig.9 Cross-section diagram of retaining and protection for excavations at crossing rail transit

表7 穿越軌道交通基坑支護(hù)驗(yàn)算結(jié)果Tab.7 Analysis result of retaining and protection for excavations at crossing rail transit

驗(yàn)算結(jié)果（表7）顯示，支護(hù)樁位移值最大為9.23mm，樁頂位移值為9.23mm，地面沉降值最大約為12mm，最大差異沉降值約為7mm。

可見(jiàn)軌道交通橋梁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的沉降及位移值均在允許范圍內(nèi)。

6.4 下穿高壓輸氣管處

高壓輸氣管道處，綜合管廊因避讓主路橋梁而繞行，與既有高壓輸氣管道在平面斜交，如圖10所示，管廊基坑距離主路橋梁樁基礎(chǔ)約11m，具備放坡開(kāi)挖條件。據(jù)相關(guān)資料顯示，該輸氣管道是供給成都地區(qū)的重要干管，尺寸D711×8，管道材質(zhì)L48，外側(cè)包裹三層PE防腐層，管道現(xiàn)狀頂面覆土約1.5m；根據(jù)《中華人民共和國(guó)石油天然氣管道保護(hù)法［2010］》，高壓輸氣管道線路中心線5m范圍內(nèi)嚴(yán)禁大型機(jī)械施工（即高壓輸氣管道附近不得采用大型施工機(jī)械進(jìn)行樁基施工）。

圖10 穿越高壓輸氣管道基坑支護(hù)Fig.10 Retaining and protection for excavations through high-pressure gas pipeline

綜上所述，綜合管廊擬采用明挖方案從高壓輸氣管道下方進(jìn)行穿越，基坑方案擬采用：①先對(duì)管道線路中心線5m范圍內(nèi)的土體進(jìn)行袖閥管注漿加固，注漿材料采用普通水泥-水玻璃雙液漿；②基坑上部3.5m采用1∶1.25的放坡，基坑下部采用土釘墻+放坡的支護(hù)體系，坡度1∶0.25，土釘采用C32鋼筋，橫豎向間距1.3m，土釘長(zhǎng)度為4.5m～7.5m；③對(duì)管道線路中心線5m范圍外的基坑仍采用樁+內(nèi)支撐支護(hù)體系，樁徑1.2m間隔1.0m（咬合樁），嵌固深度3m，設(shè)置一道鋼筋混凝土支撐（1000mm×800mm）及一道鋼支撐（φ609mm，t=16mm），平面間距6m；④考慮到高壓輸氣管道作為城市經(jīng)濟(jì)命脈的生命保障，一旦發(fā)生意外，后果不堪設(shè)想，且管道的變形控制要求很高，故對(duì)高壓輸氣管道采用可校正管道變形的鋼桁架進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)保護(hù)，確保管道在管廊施工期間安全穩(wěn)定、正常運(yùn)行。

表8 穿越高壓輸氣管道基坑支護(hù)驗(yàn)算結(jié)果Tab.8 Analysis result of retaining and protection for excavations through high-pressure gas pipeline

驗(yàn)算結(jié)果（表8）顯示，土釘墻與臨近支護(hù)樁支護(hù)的承載力和穩(wěn)定性均滿(mǎn)足相關(guān)要求；臨近支護(hù)樁位移值最大為5.39mm，樁頂位移值約為1mm，地面沉降值最大約為7mm，最大差異沉降值約為5mm?？梢?jiàn)鋼桁架結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的沉降及變形值在允許范圍內(nèi)。

7 基坑的監(jiān)控量測(cè)

施工期間，應(yīng)對(duì)基坑及周邊環(huán)境進(jìn)行全面監(jiān)控量測(cè)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目應(yīng)根據(jù)《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》［5］、《成都地區(qū)基坑工程安全技術(shù)規(guī)范》［1］選用，基坑主要監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目見(jiàn)表9。

表9 基坑主要監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目Tab.9 Main monitoring and measurement items of foundation pit

監(jiān)測(cè)頻率以《建筑基坑工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》［5］為準(zhǔn)，且需滿(mǎn)足被保護(hù)建（構(gòu)）筑物相關(guān)產(chǎn)權(quán)單位的評(píng)估要求；對(duì)于重要節(jié)點(diǎn)的區(qū)域（穿越河道、軌道交通、高壓輸氣管等），應(yīng)適當(dāng)加密監(jiān)測(cè)點(diǎn)位、加大監(jiān)測(cè)頻率。

管廊主體結(jié)構(gòu)全部完成后，選取一級(jí)基坑某一區(qū)段的監(jiān)控量測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析。區(qū)段里程K2+100～K2+220，采用樁+內(nèi)支撐支護(hù)，沿管廊走向每20m間距在基坑兩側(cè)各布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)編號(hào)1～14，共14個(gè)。基坑深度H=10.00m，對(duì)應(yīng)的地面沉降累計(jì)控制值、樁頂水平位移累計(jì)控制值、樁頂豎向位移累計(jì)控制值分別為25mm、20mm、10mm，基坑支護(hù)驗(yàn)算結(jié)果參見(jiàn)表3?；蛹爸苓吔ǎ?gòu)）筑物變形穩(wěn)定后的累計(jì)監(jiān)控量測(cè)值如圖11所示，圖中數(shù)值為各測(cè)點(diǎn)自基坑開(kāi)挖至基坑回填結(jié)束28d內(nèi)監(jiān)測(cè)結(jié)果得到的最大值，樁頂水平位移在開(kāi)挖至基底時(shí)達(dá)到最大值，地面沉降及樁頂豎向位移在基坑回填后28d達(dá)到最大值。對(duì)比分析可知，地面沉降、樁頂位移均滿(mǎn)足要求，與數(shù)值分析結(jié)果基本一致（其他區(qū)段內(nèi)的對(duì)比分析結(jié)果均滿(mǎn)足要求，此處不再贅述）。

圖11 監(jiān)控量測(cè)結(jié)果Fig.11 Monitor measurement results

8 結(jié)語(yǔ)

由以上內(nèi)容分析可知，成都地區(qū)綜合管廊基坑支護(hù)選用以下三種型式，可以基本滿(mǎn)足基坑自身及周邊環(huán)境的安全穩(wěn)定、變形控制等相關(guān)要求。

1.土釘墻支護(hù)，在地質(zhì)條件較好（強(qiáng)～中風(fēng)化巖出露等）、周邊環(huán)境簡(jiǎn)單的情況下采用，可滿(mǎn)足基坑及周邊環(huán)境的穩(wěn)定、變形等要求。

2.樁+內(nèi)支撐支護(hù)，在不同的基坑深度、地質(zhì)條件、周邊環(huán)境等條件下，適當(dāng)調(diào)整樁徑、樁長(zhǎng)、樁間距、支撐間距等參數(shù)，即可滿(mǎn)足大多數(shù)基坑（一般地段、穿越河道、穿越軌道交通等）及周邊環(huán)境的穩(wěn)定、變形等要求。特殊地段（穿越高壓燃?xì)馓帲┑幕又ёo(hù)可考慮采用樁+內(nèi)支撐支護(hù)與土釘墻支護(hù)相結(jié)合的方式。

3.雙排樁支護(hù)，在基坑兩側(cè)高差較大，周邊環(huán)境變形控制要求較高時(shí)采用，能很好地保證基坑自身及周邊環(huán)境的安全穩(wěn)定。