孫玉輝，姚添寶，王金明，楊可可

(北京市勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司，北京 100038)

1 工程概況

媯水河隧道工程位于北京市延慶區(qū)，歸屬延崇高速，線路呈南北走向，全長 2 044 m。其中中間段(K6+880～K7+280)下穿媯水河主河道。媯水河隧道是“北京地區(qū)首次以高速公路形式下穿河道”的工程，是高速公路、市政、水務(wù)相融合的項(xiàng)目。工程體量大、工期緊、沿線環(huán)保要求高。

媯水河隧道主體結(jié)構(gòu)分閉合框架和U型槽兩部分，其中媯水河南岸U型槽長 234 m，媯水河北岸U型槽長 140 m，閉合框架全長 1 670 m，均采用明挖法施工?；娱_挖線寬 62.34 m～155.79 m，U型槽部分開挖深度 0 m～8 m，閉合框架部分開挖深度 8 m～25 m，局部泵房處開挖深度 29.2 m。全線采用CFG樁復(fù)合地基加固，U型槽部分基礎(chǔ)下另設(shè)抗拔樁。

2 工程水文地質(zhì)

2.1 工程地質(zhì)

場區(qū)內(nèi)地層分為人工堆積層、新近沉積層和第四紀(jì)沖積層。人工堆積層厚度 0 m～2.3 m，主要為素填土、碎石等；新近沉積層主要為細(xì)砂、粉細(xì)砂、粉土等；第四紀(jì)沖積層主要為黏土、粉土、粉細(xì)砂互層。

2.2 水文地質(zhì)

媯水河河道寬260 m～360 m，水深 2.5 m～3.7 m，河底淤泥厚度 0.2 m～2.4 m。根據(jù)現(xiàn)場勘察報(bào)告，場區(qū)地面約 35 m深度范圍內(nèi)地下水類型自上而下分別為：上層滯水、潛水、層間水和承壓水(透鏡狀分布)，如圖1所示。

圖1 工程地質(zhì)剖面圖

上層滯水主要分布在媯河南、北兩岸的階地上。

潛水賦存于埋設(shè)約9 m的粉土層及埋設(shè)10 m～13 m的砂土層中。主要分布在媯水河河床部位。

層間水賦存于埋深16 m～25 m的粉土及砂土層中，具有一定的承壓性。

承壓水賦存于埋設(shè)24 m～34 m的砂土層中。承壓水頭高度約 17.32 m～31.09 m，具有明顯的承壓性。

施工過程采用地面輕型井點(diǎn)降水。

3 支護(hù)結(jié)構(gòu)形式

基坑支護(hù)形式有一級(jí)放坡、二級(jí)放坡、二級(jí)放坡+支護(hù)樁、二級(jí)放坡+支護(hù)樁+預(yù)應(yīng)力錨索、內(nèi)外排支護(hù)樁+預(yù)應(yīng)力錨索等多種形式。場地開闊、周邊環(huán)境影響小地段以放坡開挖為主；征地困難或有限制性條件區(qū)段采用支護(hù)樁(K6+650～K6+880)。

以基坑開挖最深處(K6+820～K6+850)支護(hù)形式為例：采用雙層基坑形式，外側(cè)基坑支護(hù)形式為排樁(D=1 m@1.5 m)+預(yù)應(yīng)力錨索(三道@3.0 m)；內(nèi)層基坑支護(hù)形式為排樁(D=1.2 m@1.5 m)+預(yù)應(yīng)力錨索(四道 @1.5 m)?；娱_口線寬度 94.5 m，開挖深度 28.8 m～29.0 m。內(nèi)外側(cè)基坑止水帷幕采用旋噴攪拌樁均設(shè)置在支護(hù)樁樁間，外側(cè)止水帷幕D=90 cm@1.5 m，L=14 m，內(nèi)側(cè)止水帷幕D= 80 cm@1.5 m，L=24 m。此段為低點(diǎn)2#排水泵房，兩側(cè)施作 10 m長拉森Ⅳ型鋼板樁。具體如圖2所示：

圖2 基坑支護(hù)剖面圖

4 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別及管控措施

根據(jù)對周邊環(huán)境、工程水文地質(zhì)條件、基坑尺寸及基坑自身支護(hù)條件等影響因素分析，本工程施工工程中所識(shí)別的風(fēng)險(xiǎn)及應(yīng)對措施如下。

(1)一級(jí)基坑?；娱_口線寬度 94.5 m，開挖深度 29 m，屬于超寬深大一級(jí)等級(jí)基坑。自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)極高。根據(jù)工程的自身特點(diǎn)，支護(hù)采用內(nèi)外排支護(hù)樁+預(yù)應(yīng)力錨索二級(jí)基坑支護(hù)形式。

(2)多種支護(hù)形式。本工程基坑支護(hù)采用一級(jí)放坡、二級(jí)放坡、二級(jí)放坡+支護(hù)樁、二級(jí)放坡+支護(hù)樁+預(yù)應(yīng)力錨索、內(nèi)外排支護(hù)樁+預(yù)應(yīng)力錨索等多種形式，存在多個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)形式交接處，該處在開挖過程中易發(fā)生應(yīng)力集中、塑性變形區(qū)域，從而造成基坑周邊土體附加應(yīng)力增加，在隨著基坑被動(dòng)土壓力向主動(dòng)土壓力變換過程易發(fā)生基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。在監(jiān)測方案設(shè)計(jì)中加強(qiáng)支護(hù)體系交接處的監(jiān)測和巡視力度，確?；影踩?。

(3)工程地質(zhì)。根據(jù)勘察報(bào)告等資料，基坑開挖范圍內(nèi)存在人工填土層、粉砂、細(xì)砂、粉土等地層。人工填土層結(jié)構(gòu)松散，性質(zhì)不均勻，處于欠固結(jié)狀態(tài)，基坑開挖時(shí)容易造成坍塌。粉砂、細(xì)砂地層結(jié)構(gòu)性較差，無層理，土質(zhì)較軟，均勻性差，砂土的標(biāo)準(zhǔn)貫入擊數(shù)較低，工程性質(zhì)不穩(wěn)定，基坑開挖過程中均易出現(xiàn)坍塌情況，如遇水更易發(fā)生滲水流砂情況。給基坑帶來一定的安全隱患，在施工過程加大該地層開挖階段的監(jiān)測和巡視力度。

(4)水文地質(zhì)。根據(jù)基坑設(shè)計(jì)埋深、勘察報(bào)告等資料，基坑槽底位于第1、2層地下水(上層滯水和潛水)以下，第3、4、5層地下水(承壓水)影響范圍內(nèi)，地下水對基坑邊坡開挖、基槽干燥作業(yè)、支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、開挖后地基土的工程性質(zhì)具有直接影響。即在基坑開挖及基礎(chǔ)施工時(shí)必須采用有效的地下水控制方法阻隔地下水、降低地下水，以滿足基礎(chǔ)施工及邊坡支護(hù)施工的安全和質(zhì)量需要，保證基坑自身及周邊環(huán)境的安全。

根據(jù)目前條件，本基坑治水措施采用“止水帷幕+槽內(nèi)疏干”。止水帷幕采用旋噴攪拌樁，外層基坑旋噴攪拌樁樁徑 0.9 m，間距 1.5 m，樁底高程為外側(cè)基坑底以下 3 m，內(nèi)層基坑旋噴攪拌樁樁徑 0.8 m，間距 1.5 m，樁底高程為穿透第2層承壓水以下 1 m～2 m，內(nèi)外側(cè)基坑止水帷幕均設(shè)置在支護(hù)樁樁間。槽內(nèi)疏干采用在沿結(jié)構(gòu)外側(cè)及二級(jí)基坑灌注樁外側(cè)布設(shè)疏干井抽取帷幕內(nèi)的滯留潛水，同時(shí)，因第1層和第2層承壓水具有高水頭承壓性，對基底滲流穩(wěn)定性和CFG樁(抗拔樁)施工均有影響，應(yīng)設(shè)置對第1層和第2層承壓水的減壓井，局部加深區(qū)域需設(shè)置對第1層、第2層承壓水及第3層承壓水的減壓井。綜合考慮各層地下水的水量以及施工的便利性，將上述兩種功能的管井合并為疏干+減壓井，間距 15 m；在部分區(qū)間僅設(shè)置減壓井，間距 15 m。具體如圖3所示：

圖3 降水井布設(shè)剖面圖

(5)施工便道。施工期間在K6+170～K6+280閉合框架東西兩側(cè)標(biāo)高 471 m處設(shè)置 15 m寬施工便道，K6+850～K6+880閉合框架西側(cè)設(shè)置 8.7 m寬施工便道，K7+530～K7+670閉合框架東西側(cè)設(shè)置 15 m寬施工便道，K7+690～K7+710閉合框架西側(cè)設(shè)置 9 m寬施工便道，便道緊鄰基坑支護(hù)樁及 10 m拉森Ⅳ型鋼板樁。施工期間，便道上過往施工重型大車，活動(dòng)荷載較大，增加了豎向荷載及對基坑支護(hù)樁的側(cè)向荷載，對基坑支護(hù)樁的安全具有很大影響。施工過程加強(qiáng)該部位的監(jiān)測及巡視力度。

5 施工過程中支護(hù)及周邊環(huán)境變形分析

5.1 監(jiān)測設(shè)計(jì)

根據(jù)工程自身情況及相關(guān)規(guī)范要求，本基坑(K6+820～K6+850)監(jiān)測項(xiàng)目為周邊地表沉降、樁體水平位移、錨索軸力、樁頂沉降、鋼支撐軸力及水位監(jiān)測，具體布點(diǎn)平面圖如圖4所示。

圖4 監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)平面及剖面圖

5.2 安全評價(jià)

基坑降水井抽水前開始對基坑自身結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，從監(jiān)測數(shù)據(jù)可知：

(1)周邊環(huán)境變形

隨著基坑土方開挖，基坑周邊地表出現(xiàn)上浮現(xiàn)象，直至基坑地板施工完成，周邊地表數(shù)據(jù)變形趨于穩(wěn)定，基坑周邊地表監(jiān)測斷面(3個(gè)監(jiān)測點(diǎn))最終變形量分別為：2.51 mm，5.72 mm，11.34 mm，距離基坑越近隆起變形量越大。具體見圖5基坑周邊地表沉降槽及圖6各監(jiān)測點(diǎn)變形時(shí)程曲線。

圖5 基坑周邊地表沉降變形斷面圖

圖6 基坑周邊地表時(shí)程曲線

經(jīng)分析該基坑周邊環(huán)境變形主要是因?yàn)榛娱_口率較大，基坑較深，基坑土方開挖工程中發(fā)生坑底土方卸載回彈變形，基坑范圍內(nèi)巨大上浮力帶動(dòng)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊土體隆起變形。

(2)圍護(hù)結(jié)構(gòu)自身變形

隨著基坑土方開挖，基坑樁體出現(xiàn)“鼓肚”變形現(xiàn)象，直至地板施工完成，樁體變形數(shù)據(jù)變形趨于穩(wěn)定，施工期間最大變形量發(fā)生在樁體深 6 m處，變形量最大為 8.01 mm。具體樁體變形如圖7所示。

圖7 樁體水平位移變形圖

目前基坑已回填完畢，周邊環(huán)境及自身圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形均在設(shè)計(jì)評估的預(yù)測變形值范圍內(nèi)(根據(jù)設(shè)計(jì)藍(lán)圖地表控制值為 40 mm，樁體水平位移控制值 35 mm)，施工期間未發(fā)生監(jiān)測預(yù)警；施工過程中巡視未見基坑周邊地表塌陷等異常情況發(fā)生，總體評價(jià)基坑施工期間風(fēng)險(xiǎn)安全可控。

6 結(jié) 語

(1)媯水河隧道是“北京地區(qū)首次以高速公路形式下穿河道”的工程，隧道采用明挖基坑形式施工，基坑開口線寬度 94.5 m，開挖深度 29 m，屬于超寬深大一級(jí)等級(jí)基坑。自身結(jié)構(gòu)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)極高。根據(jù)工程水文地質(zhì)等工程的自身特點(diǎn)，基坑支護(hù)采用一級(jí)放坡、二級(jí)放坡、二級(jí)放坡+支護(hù)樁、二級(jí)放坡+支護(hù)樁+預(yù)應(yīng)力錨索、內(nèi)外排支護(hù)樁+預(yù)應(yīng)力錨索等多種方式相結(jié)合支護(hù)形式?；硬鄣孜挥诘?、2層地下水(上層滯水和潛水)以下，第3、4、5層地下水(承壓水)影響范圍內(nèi)?；又嗡胧┎捎谩爸顾∧?槽內(nèi)疏干”，施工過程中采取疏干井、減壓井及應(yīng)急井相互結(jié)合的方式抽取地下水。

(2)工程風(fēng)險(xiǎn)把控重點(diǎn)控制關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)及部位。本工程施工前針對自身特點(diǎn)進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別：人工填土、粉砂、細(xì)砂等地層開挖期間的滲水流砂，第3、4、5層承壓水的治理，多種支護(hù)結(jié)構(gòu)交接處的應(yīng)力集中部位，二級(jí)基坑上部的施工便道等。

(3)施工過程中加強(qiáng)對重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)的監(jiān)測與巡視，從周邊環(huán)境及圍護(hù)結(jié)構(gòu)自身的監(jiān)測數(shù)據(jù)來看基坑開挖期間變形較大，底板完成后變形趨于穩(wěn)定，變形累計(jì)值均在控制值范圍內(nèi)，總體風(fēng)險(xiǎn)可控。

(4)本工程基坑支護(hù)方式及施工過程中風(fēng)險(xiǎn)管控措施可行有效，為北京地區(qū)以后類似工程提供實(shí)例類比參考依據(jù)。