陳繼燦 郭太軍

1.濟南市市政工程設(shè)計研究院（集團）有限責任公司廣州分公司 廣東 廣州 510000

2.中恩工程技術(shù)有限公司 廣東 廣州 510000

1 引言

自2016年國家提出發(fā)展裝配式建筑，并陸續(xù)出臺一系列政策以來，裝配式結(jié)構(gòu)在房屋建筑、地鐵車站、綜合管廊、橋梁、隧道等多個領(lǐng)域均呈加速發(fā)展的態(tài)勢[1-2]，加上原本就普遍使用的裝配式橋梁上部結(jié)構(gòu)（預(yù)制小箱梁、空心板、T梁、鋼結(jié)構(gòu)等）及裝配式地鐵區(qū)間隧道（預(yù)制管片等），各行業(yè)裝配式建筑所占比例不斷提高。基于市政下穿隧道在基坑內(nèi)進行傳統(tǒng)現(xiàn)澆施工方式的局限性及缺點，采用新型預(yù)制裝配式施工方式，隧道結(jié)構(gòu)單元或模塊化產(chǎn)品均可在工廠內(nèi)預(yù)制，運輸至現(xiàn)場拼裝施工，改變傳統(tǒng)的項目管理模式，減少人員在現(xiàn)場的參與，引進信息化的管理，智能化設(shè)備的輔助，加快項目建設(shè)速度，縮短工期。

但是在城市下穿隧道領(lǐng)域，由于各種因素的限制，其裝配式施工的實際應(yīng)用并不多。截至目前，全國僅有3座城市共計3座明挖市政隧道進行了裝配式技術(shù)的試驗段嘗試，試驗段總長714.6m。

從項目實施情況看，受制于項目周邊情況，國內(nèi)裝配式隧道基坑支護主要采用樁墻+內(nèi)支撐或樁墻+錨索的垂直支護形式。但樁墻+內(nèi)支撐的支護形式需協(xié)調(diào)裝配結(jié)構(gòu)與內(nèi)支撐、臨時立柱間的關(guān)系；樁墻+錨索的形式對于軟土地區(qū)風險較大，一般不建議采用。由此可以看出，各種支護方式在裝配式基坑支護方面都有不一樣的因素限制，因此有必要探討一下裝配式下穿隧道在基坑設(shè)計方面需要注意的一些問題，為設(shè)計和施工提供一些思路。

2 基坑支護方式選型

2.1 放坡或土釘墻基坑支護

放坡或土釘墻支護形式適用于周圍場地開闊，周圍無重要建筑物，地下水位較深，地質(zhì)條件較好，位移控制無嚴格要求的基坑。但不適用含水豐富的粉細砂，中細沙及松散中粗砂、礫砂及卵石層、流塑狀的淤泥質(zhì)土或淤泥、膨脹土及對變形、沉降要求較高的基坑[3]。

由于敞開施工，裝配式結(jié)構(gòu)拼裝作業(yè)空間大且靈活，適用于各種工藝的裝配式結(jié)構(gòu)。尤其基坑深度較小，且有放坡空間的地段，是優(yōu)先選擇的支護方式。當單一放坡或土釘墻難以滿足要求時，可以采用與預(yù)應(yīng)力錨桿、截水帷幕、微型樁結(jié)合而成的復(fù)合土釘墻。但仍需注意：

1)基坑設(shè)計時需考慮吊裝構(gòu)件、運輸車輛及吊裝設(shè)備的在坡頂?shù)暮奢d，預(yù)留足夠的安全儲備，防止基坑因荷載過大而滑塌。

2)土釘墻施工會侵入用地紅線，需考慮土釘對現(xiàn)狀管線、建（構(gòu)）筑物的影響。

3)由于放坡后將明顯增加土方開挖量，土方回填量也將大幅度增加，需要保證回填土的密實度。

2.2 懸臂板墻式基坑支護

由于其頂部變形較大，材料性能難以充分發(fā)揮，經(jīng)濟性不好，多用于土質(zhì)好的淺基坑。懸臂板式支護基坑內(nèi)不設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)，敞開施工，吊裝作業(yè)空間靈活，適用于各種工藝的裝配式結(jié)構(gòu)，而且該支護方式無外加錨桿或錨索，不會侵占設(shè)計紅線，在放坡條件受限時，可優(yōu)先采用。該支護方式需注意的地方是：

1)基坑設(shè)計時需考慮坡頂附加荷載，需采取措施嚴格控制基坑頂部變形。

2)需要考慮吊裝作業(yè)的空間，合理設(shè)置側(cè)向余寬。

2.3 板墻+內(nèi)支撐體系基坑工程設(shè)計

僅從技術(shù)上說，支撐式支擋結(jié)構(gòu)比錨拉式支擋結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍要寬很多，且易于控制基坑變形。尤其城市下穿隧道的基坑都是長條形，且大多數(shù)項目周邊是車輛繁忙的現(xiàn)狀道路及復(fù)雜的管線，對基坑變形控制嚴格，因此內(nèi)支撐式支擋結(jié)構(gòu)成為城市下穿隧道基坑支護的首選方式。成都一環(huán)路磨子橋隧道工程和上海武寧路快速化改造工程均采了該支護方式。

但內(nèi)支撐的設(shè)置給后期施工造成很大的障礙。對裝配式結(jié)構(gòu)來說，內(nèi)支撐的布置除了需要滿足支護結(jié)構(gòu)受力及土方開挖等要求外，還應(yīng)滿足預(yù)制構(gòu)件吊運和拼裝工藝操作空間要求，因此，支撐式支擋結(jié)構(gòu)比常規(guī)設(shè)計有更多需要注意的地方[4]。

1)水平向支撐宜設(shè)置在同一水平面內(nèi)，以方便裝配構(gòu)件的縱向調(diào)整。內(nèi)支撐的水平間距應(yīng)滿足安全要求和土方開挖的施工要求。除此之外，其水平間距還需滿足預(yù)制件的尺寸、縱向拼裝工藝要求，水平凈距不應(yīng)小于單環(huán)寬度，且應(yīng)考慮吊裝安全、施工誤差等因素留出一定的空間[1]。

2)豎向支撐應(yīng)設(shè)置在同一豎向平面內(nèi)，以方便裝配構(gòu)件的豎向調(diào)整。對多層支撐，層間凈高不宜小于3m。豎向支撐設(shè)置還應(yīng)考慮預(yù)制構(gòu)件的高度及拼裝工藝要求，避免支撐位置影響結(jié)構(gòu)豎向拼裝。

3)在保證安全的前提下，通過加強支護樁墻的剛度、增大支撐尺寸等措施，優(yōu)化支撐豎向道數(shù)及間距，方便吊裝施工。

4)通過加強支撐剛度等措施，盡量不設(shè)縱向系梁等連接構(gòu)件，以方便吊裝。若必須設(shè)置縱向系梁，在拆除時需評估其對支撐穩(wěn)定性的影響。

5)宜盡量采用一字形支撐，避免設(shè)置對吊裝有影響的八字形支撐。當采用八字形支撐，由于吊裝構(gòu)件需要切除或拆除八字斜桿時，需評估其穩(wěn)定性后方可進行。

6)當內(nèi)支撐妨礙預(yù)制構(gòu)件拼裝時，宜采取先加撐后拆除的原則進行內(nèi)支撐轉(zhuǎn)換。若采用加撐方式換撐時，宜預(yù)埋換撐所需構(gòu)件。

7)有拆撐或換撐需要時，宜利用已拼裝的結(jié)構(gòu)作為支撐，為后續(xù)內(nèi)支撐拆除提供條件?；觽?cè)壁與結(jié)構(gòu)之間應(yīng)設(shè)置剛性支點，并需評估支撐轉(zhuǎn)換受力對已拼裝結(jié)構(gòu)的影響。或者通過增加底部墊層厚度，形成板狀結(jié)構(gòu)作為換撐支點。

8)當采用大斷面裝配式結(jié)構(gòu)時，基坑寬度增大，內(nèi)支撐式支護體系需考慮設(shè)置立柱。立柱宜根據(jù)裝配結(jié)構(gòu)的縱向分縫、施工縫位置及支撐水平間距合理設(shè)置，避免與分塊結(jié)構(gòu)沖突。當立柱不可避免與分塊結(jié)構(gòu)有沖突時，結(jié)構(gòu)設(shè)計需考慮立柱空間的預(yù)留及后續(xù)防水處理。

9)在滿足支護安全及吊裝作業(yè)要求的情況下，為符合裝配式結(jié)構(gòu)綠色環(huán)保的設(shè)計理念及提高裝配施工效率，宜優(yōu)先采用安裝拆卸方便，且可回收重復(fù)利用的裝配式型鋼支撐等支撐結(jié)構(gòu)。

2.4 板墻+錨桿/錨索體系基坑工程設(shè)計

錨拉式支護體系通過對錨桿/錨索施加一定的預(yù)應(yīng)力，可使其產(chǎn)生的水平變形較小，錨桿的位置和層數(shù)靈活，通過調(diào)整錨桿的位置和層數(shù)可使支護樁內(nèi)力分布較為均勻，而且基坑內(nèi)形成無障礙空間，便于土方開挖，也給裝配式結(jié)構(gòu)吊裝施工提供很大便利。但該支護體系不適用以下情況：

1)缺少對錨桿/錨索提供足夠錨固力且不蠕變的土層。

2)受基坑周邊的建筑物基礎(chǔ)、地下管線、地下構(gòu)筑物等的妨礙，使錨桿在穩(wěn)定的土層內(nèi)的錨固長度不足。定位不準或者未查清現(xiàn)狀建筑物基礎(chǔ)形式時，錨桿/錨索施工會對基坑周邊建筑物的地基基礎(chǔ)造成損害。

3)碎石土、砂土、粉土等土層中地下水或承壓水頭較高，錨桿成孔不能避免流砂或注漿不能形成完整的固結(jié)體。

4)錨桿/錨索長期留在地下，給相鄰區(qū)域的地下空間使用和開發(fā)造成障礙，不符合保護環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展的要求。因此設(shè)計時可采用可回收錨索，在錨索回收施工時，需考慮在已拼裝結(jié)構(gòu)與支護結(jié)構(gòu)之間應(yīng)設(shè)置剛性支點，完成受力轉(zhuǎn)換。

3 基坑側(cè)向余寬

基坑開挖寬度除了考慮結(jié)構(gòu)寬度外，還需考慮支護結(jié)構(gòu)寬度及變形和施工誤差需要，基坑外側(cè)需有一定的余寬。采用放坡或土釘墻的基坑，作業(yè)空間大，用于裝配式結(jié)構(gòu)的拼裝條件較好，一般情況下基坑開挖寬度可無需放大或做特殊處理。而對于直立式支護的基坑，開挖寬度應(yīng)在裝配式結(jié)構(gòu)總寬度的基礎(chǔ)上，需綜合考慮構(gòu)件吊運、拼裝作業(yè)空間、施工工藝要求、支護結(jié)構(gòu)錨頭和圍檁占用空間等因素，考慮一定的側(cè)向余寬，取值可參考下列方式選取：

1)采用整環(huán)構(gòu)件吊運拼裝時，側(cè)向余寬需考慮支護結(jié)構(gòu)錨頭和圍檁寬度，且考慮吊裝誤差及支護結(jié)構(gòu)施工誤差，建議支護結(jié)構(gòu)錨頭和圍檁與吊裝結(jié)構(gòu)間宜不少于20cm。

2)當結(jié)構(gòu)采用分塊拼接時，若外側(cè)采用螺栓連接，基坑側(cè)向余寬除了需考慮支護結(jié)構(gòu)錨頭和圍檁寬度外，還需考慮螺栓緊固作業(yè)空間，建議作業(yè)寬度不少于80cm，或者可以考慮在結(jié)構(gòu)內(nèi)部設(shè)置連接螺栓。

4 基坑回填

基坑回填基本要求如下:

1)當基坑采用放坡/土釘墻等支護形式時，基坑底部不小于底板高度的范圍內(nèi)，宜采用結(jié)硬性材料回填，以上部分可采用常規(guī)回填材料回填。

2)采用整環(huán)吊裝或拼接接頭采用剛性連接時，基坑回填可以按照常規(guī)隧道基坑要求進行。

3)基坑回填應(yīng)分層、對稱壓實，回填時機械或機具不得碰撞頂板結(jié)構(gòu)及防水保護層。結(jié)構(gòu)兩側(cè)及頂部500mm范圍內(nèi)應(yīng)采用人工使用小型機具夯填[5]。

4)采用柔性接頭的裝配式結(jié)構(gòu)的基坑回填宜采用結(jié)硬性材料，如低強度等級的素混凝土、毛石混凝土、級配砂石灌漿等材料?；靥顟?yīng)分層對稱進行，最終回填高度應(yīng)高于側(cè)墻頂部拼接縫或頂板拼接縫不小于1m。

5)當基坑兩側(cè)余寬較小時，可采用高流動性、自密實型材料回填，如低強度等級素混凝土、輕質(zhì)泡沫混凝土、流態(tài)固化土等材料。

5 設(shè)計案例

本項目位于廣州市黃埔區(qū)開創(chuàng)大道與蘿崗新城外環(huán)路T形交叉口處，為實現(xiàn)開創(chuàng)大道與外環(huán)路的快捷交通，設(shè)西往東單孔3車道隧道一座。隧道西側(cè)敞開段長179.85m，暗埋段長260m，東側(cè)敞開段長149.85m，總長589.7m，結(jié)構(gòu)標準寬度15.4m。隧道結(jié)構(gòu)采用預(yù)制密肋板結(jié)構(gòu)形式，分段、分塊預(yù)制拼裝的施工技術(shù)。這是廣州首條甚至全國首條全段落裝配式下穿隧道。

本項目基坑開挖深度1.5～11.2m，標準段基坑寬度16.4m，呈窄長型。由于基坑深度漸變，采用了多種支護形式相結(jié)合。且基坑位于現(xiàn)狀道路中間，無放坡空間，且周邊管線較多，不宜采用錨索設(shè)計，因此本項目采用直立式支護結(jié)構(gòu)+內(nèi)支撐的方式。

1）基坑深度1.5～3.5m，采用鋼板樁或灌注樁懸臂支護。該段無支撐影響，方便吊裝施工。

2）基坑深度3.5m～11.2m，采用直徑1.0m灌注樁+1/2道混凝土支撐。設(shè)計要點：

（1）由于裝配式結(jié)構(gòu)標準環(huán)寬2.7m，縱向分縫寬0.3m。為方便吊裝及后續(xù)換撐轉(zhuǎn)換，采用每3節(jié)段設(shè)置一道支撐，支撐間距約9m，支撐設(shè)置在分縫處。由于基坑寬度較窄，不設(shè)置立柱支撐。

（2）為減少后期施工工序，縮短施工工期，混凝土墊層采用400mm厚，作為拆除第二道支撐的剛性支點。

（3）當?shù)谝坏乐闻c吊裝結(jié)構(gòu)在豎向有沖突時，采用已經(jīng)拼裝結(jié)構(gòu)完成支撐轉(zhuǎn)換(見圖1)。為響應(yīng)裝配式結(jié)構(gòu)施工快速的特點，剛性鉸采用預(yù)制塊(見圖2)。具體施工工序如下：吊裝全部結(jié)構(gòu)底板→吊裝節(jié)段1、4其他構(gòu)件→施工側(cè)邊剛性鉸（A-1A-2B-1B-2），形成受力結(jié)構(gòu)→拆除支撐1→吊裝節(jié)段2、3其他結(jié)構(gòu)→吊裝節(jié)段7→施工剛性鉸（C-1C-2）→吊裝節(jié)段5、6其他構(gòu)件，形成受力結(jié)構(gòu)→拆除支撐2……按照以上工序循環(huán)施工。

圖1 換撐施工平面示意圖

圖2 預(yù)制剛性鉸施工示意圖

（4）因為采用墊層作為換撐剛性支點，底板吊裝完成后可以拆除第二道支撐和腰梁結(jié)構(gòu)，不影響后續(xù)側(cè)墻結(jié)構(gòu)吊裝，所以為減少基坑開挖寬度，基坑側(cè)邊余寬設(shè)置為0.7m。由于寬度較窄，一般填土施工難以壓實，基坑采用泡沫輕質(zhì)混凝土回填。

6 結(jié)語

本文以城市下穿隧道的裝配式應(yīng)用為背景，總結(jié)了常用的支護方式在裝配式下穿隧道基坑中的適用條件，提出相應(yīng)的設(shè)計要點和施工要點，并結(jié)合實際設(shè)計項目，分析解決設(shè)計過程中的沖突問題，為以后類似項目的實施提供設(shè)計借鑒。

裝配式下穿隧道跟隨我國裝配式建筑發(fā)展開始逐漸應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)設(shè)計將逐漸標準化，規(guī)范化。但是作為與其配套的專業(yè)，基坑工程基本采用傳統(tǒng)的支護方式，其支護結(jié)構(gòu)與裝配式結(jié)構(gòu)在空間上仍然存在很多沖突點，需要在實施過程中不斷創(chuàng)新，解決矛盾，發(fā)揮裝配式結(jié)構(gòu)的技術(shù)優(yōu)勢，推動基坑工程向設(shè)計標準化、施工綠色化的方向發(fā)展。