高國(guó)強(qiáng)，李震錕

（廣東省基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司 廣州 510660）

1 工程概況

廣州市某公路地下綜合管廊與道路快捷化改造配套工程施工（K0+000～K5+900）項(xiàng)目，其中里程K4+580節(jié)點(diǎn)G4電力艙為高壓電纜單獨(dú)向道路兩側(cè)出艙，原設(shè)計(jì)圖紙G4 出線(xiàn)艙采用明挖法施工，但由于G4 出線(xiàn)艙下穿10 kV 電纜、雨水渠2 000 mm×1 000 mm、24孔通信管線(xiàn)以及從DN 3 056 mm和DN 2 256 mm兩條污水管中間橫穿。G4 出線(xiàn)艙與各種管線(xiàn)相交區(qū)域基坑支護(hù)［1］無(wú)法實(shí)施，現(xiàn)場(chǎng)又不具備放坡條件，因此設(shè)計(jì)變更為頂管施工工藝，同時(shí)需對(duì)綜合管廊基坑支護(hù)體系進(jìn)行優(yōu)化［2］，頂管始發(fā)井尺寸為10.55 m×8.6 m，井深約3.1 m，頂管始發(fā)井開(kāi)挖底深度為14.5 m（相對(duì)地面標(biāo)高，含始發(fā)井底板45 cm厚度）。

⑴ 地質(zhì)勘查情況：主要為素填土層（約1.9 m厚）、粉質(zhì)黏土層（約3.1 m 厚）、粗砂層（約6.5 m 厚）、細(xì)砂層（約2.5 m 厚）、粉質(zhì)黏土層（3.9 m 厚）；始發(fā)井基坑范圍地質(zhì)主要為粗砂及細(xì)砂層。

⑵地下水位埋深介于0.50～4.80 m 之間，水位高程為5.54～12.67 m。

⑶基于現(xiàn)場(chǎng)已施工情況：

①綜合管廊基坑?xùn)|西兩側(cè)采用SMW工法樁［3］樁長(zhǎng)17.5 m，已施工完成。

②綜合管廓基坑開(kāi)挖深度為11.4 m，已開(kāi)挖施工完成，東西方向開(kāi)挖寬度為14.0 m。

③綜合管廊基坑采用兩層鋼管內(nèi)支撐，內(nèi)支撐水平面間距為5.0 m。

④綜合管廓主線(xiàn)兩側(cè)主體結(jié)構(gòu)施工距G4 電力艙出線(xiàn)艙中心線(xiàn)11.0 m，距頂管始發(fā)井基坑邊線(xiàn)為5.0 m，管廊結(jié)構(gòu)已施工情況如圖1所示。

圖1 管廊結(jié)構(gòu)施工情況平面Fig.1 Pipe Corridor Structure Construction Plan

2 受力理論復(fù)核計(jì)算

2.1 SMW工法樁抗傾覆理論復(fù)核計(jì)算

既有管廊基坑?xùn)|西兩側(cè)采用SMW 工法樁樁長(zhǎng)17.5 m，綜合管廓基坑已開(kāi)挖深度為11.4 m，內(nèi)支撐體系3 層，水平間距為5.0 m，豎向深度分別1.35 m、3.55 m、8.15 m。

管廊基坑轉(zhuǎn)頂管始發(fā)井基坑深度為14.5 m，需在既有管廊基坑11.4 m 部位繼續(xù)往下開(kāi)挖3.1 m，采用理正基坑軟件建模進(jìn)行SMW 工法樁抗傾覆理論復(fù)核計(jì)算，工法樁抗傾覆受力如圖2所示。

圖2 工法樁抗傾覆受力包絡(luò)圖Fig.2 The Method of Rigidity of Pile Stress Envelope

2.1.1 型鋼與水泥土之間的錯(cuò)動(dòng)抗剪驗(yàn)算

2.1.2 水泥土最薄弱截面處的局部抗剪強(qiáng)度驗(yàn)算

從受力上看，既有管廊基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)［4］的變形、抗傾覆、抗滑移滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

2.2 頂管工作狀態(tài)受力復(fù)核計(jì)算

頂管段采用D2400圓形頂管，頂管段覆土厚度5.5～9.4 m。根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，頂管范圍地質(zhì)主要為素填土層、中粗砂層、粉質(zhì)黏土層。依據(jù)地質(zhì)及周邊環(huán)境情況，采用泥水平衡頂管機(jī)，頂管總頂力F=1 926 kN，頂管主頂千斤頂后放置30 cm厚的鋼格構(gòu)板2塊（2.2 m×3 m），傳遞至后靠背鋼筋混凝土箱的荷載按均布力［5］計(jì)算。

允許頂力計(jì)算

式中：F為后靠背允許頂力；Kp為被動(dòng)土壓系數(shù)（土體內(nèi)摩擦角取10°，取1.42）；γ為容重（取18.0 kN/m3）；b為后靠寬度（取8.6 m）；h為工作井底板至地面的高度（取14.05 m）；η為安全系數(shù)（通常η≥1.5，取1.8）；h1為后靠背頂至地面高度（取10.55 m）；h2為后座高度（取3.5 m）；h3為工作井樁底至底板頂高度（取4.5 m）。將上述數(shù)值代入公式，得

后靠背鋼筋混凝土箱體滿(mǎn)足頂管頂進(jìn)過(guò)程最大反力1 926 kN，滿(mǎn)足頂管施工要求。

3 管廊基坑轉(zhuǎn)頂管始發(fā)井施工技術(shù)

3.1 內(nèi)填充粗砂鋼筋混凝土箱體反壓加固技術(shù)

頂管段采用D2400圓形頂管，頂管段覆土厚度5.5～9.4 m。根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告，頂管范圍地質(zhì)主要為素填土層、中粗砂層、粉質(zhì)黏土層。依據(jù)地質(zhì)及周邊環(huán)境情況，采用泥水平衡頂管機(jī)，頂管總頂力F=1 926 kN。頂管始發(fā)井開(kāi)挖至14.5 m 時(shí)，工法樁最大支反力為1 479.05 kN，因此在受到頂管工作反推力時(shí)，工法樁存在失穩(wěn)的安全風(fēng)險(xiǎn)［6］。根據(jù)既有綜合管廊基坑寬14 m，頂管井工作長(zhǎng)度10.55 m，相差3.45 m 空間，項(xiàng)目研究采用內(nèi)填充粗砂鋼筋混凝土箱體反壓加固技術(shù)，減少混凝土用量，既提高既有基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)抗傾覆穩(wěn)定問(wèn)題，又作為頂管的后背墻［7］，在確保安全的前提下，節(jié)約了成本。

內(nèi)填充粗砂鋼筋混凝土箱體：箱體墻凈高3.5 m，厚度均為35 cm，長(zhǎng)度12 m，寬度3.45 m，采用C30 商品混凝土，水平鋼筋HRB40020@200，豎向鋼筋HRB40020@200，如圖3所示。

圖3 內(nèi)填充粗砂箱體平面示意圖Fig.3 Plane Diagram of the Box Filled with Coarse Sand

箱體混凝土拆模后并養(yǎng)護(hù)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求后，進(jìn)行內(nèi)填充粗砂施工：分層填充分層夯實(shí)（采用小型打夯機(jī)），每層厚度30 cm，填充過(guò)程中緊跟灑水濕潤(rùn)，再進(jìn)行打夯實(shí)，如圖4所示。

圖4 內(nèi)填充粗砂箱體施工Fig.4 Filled with Coarse Sand Body Shop

后靠背［8］混凝土箱填充完成后，灌注一定量的水進(jìn)行密實(shí)，待24 h，再進(jìn)行下一工序。

3.2 坑內(nèi)坑鋼板樁+縱橫對(duì)撐+新舊支護(hù)樁包角止水支護(hù)技術(shù)

既有綜合管廊基坑?xùn)|西兩側(cè)采用SMW 工法樁樁長(zhǎng)17.5 m，已施工完成。綜合管廓基坑已完成開(kāi)挖11.4 m 深度，東西方向開(kāi)挖寬度為14 m。綜合管廓主線(xiàn)兩側(cè)主體結(jié)構(gòu)施工距G4電力艙出線(xiàn)艙中心線(xiàn)11 m，距頂管始發(fā)井基坑邊線(xiàn)為5 m。

綜合管廊基坑轉(zhuǎn)頂管始發(fā)井基坑深度為14.5 m，需在既有管廊基坑11.4 m 部位繼續(xù)往下開(kāi)挖3.1 m，始發(fā)井基坑范圍地質(zhì)主要為粗砂及細(xì)砂層，且地下水豐富。

因既有綜合管廊基坑已完成開(kāi)挖及內(nèi)支撐施工工作，坑下可操作空間有限，假設(shè)選用鉆孔灌注排樁、SMW工法樁、連續(xù)墻等支護(hù)形式都無(wú)法實(shí)施。

設(shè)計(jì)一種坑內(nèi)坑支護(hù)［9］體系如圖5所示，能快速有效地防止因砂土流失引起基坑南北側(cè)已建成管廊結(jié)構(gòu)底板出現(xiàn)脫空，確?？觾?nèi)坑支護(hù)體系穩(wěn)定安全。

圖5 坑內(nèi)坑支護(hù)體系平面示意圖Fig.5 Pit Pit Supporting System Plan Sketch

①坑內(nèi)坑鋼板樁：鋼板樁采用Ⅳ型拉森鋼板樁長(zhǎng)為9 m，垂直于既有綜合管廊支護(hù)SMW 工法樁，寬度為12 m，分別距兩側(cè)已完成管廊主體結(jié)構(gòu)斷面5 m。

②縱橫對(duì)撐：縱撐采用?609×16鋼管支撐+雙工50C工字鋼腰梁，為既有綜合管廊支護(hù)SMW 工法樁增設(shè)的第四道鋼支撐；橫撐采用?609×16 鋼管直支撐+4個(gè)角撐+雙工50C工字鋼腰梁為坑內(nèi)坑鋼板支護(hù)支撐?？v撐與橫撐上、下錯(cuò)位，縱撐在橫撐的下方（見(jiàn)圖6）。

圖6 縱橫對(duì)撐Fig.6 Vertical and Horizontal

③新舊支護(hù)樁包角止水［10］支護(hù)形式：應(yīng)用了類(lèi)似一種新型三軸攪拌樁裝置的注漿工藝，此裝置通過(guò)在中間的鉆桿內(nèi)形成注漿管道，且設(shè)計(jì)為可伸縮的注漿管道，可有效增加漿液的擴(kuò)散面積，使得漿液與土體攪拌充分，從而水泥樁的成樁質(zhì)量，減少滲漏發(fā)生的可能性。

坑內(nèi)坑鋼板樁支護(hù)樁與既有綜合管廊支護(hù)SMW工法樁無(wú)法百分百咬合或密貼，存在一定寬度的角縫，為防止新舊支護(hù)樁交接處涌水、涌砂，進(jìn)而擴(kuò)大壓塌鋼板樁支護(hù)樁，采用?500@800 雙液高壓旋噴樁：鋼板樁與工法樁交接的4 個(gè)角部3.0 m×3.5 m 范圍內(nèi)進(jìn)行加密布控注漿，孔位呈梅花形布置，孔距800 mm，孔深12 m 全段注漿；除角部加密注漿外，考慮鋼板樁底溶洞承壓水反涌，對(duì)鋼板樁中間段單排布孔注漿，注漿節(jié)段為6 m，孔距800 mm。

3.3 既有基坑支護(hù)工法樁開(kāi)洞割樁吊腳雙撐反壓技術(shù)

在開(kāi)頂管進(jìn)洞口割樁時(shí)造成既有管廊基坑支護(hù)工法樁形成吊腳樁，通過(guò)設(shè)置應(yīng)用雙撐反壓技術(shù)，如圖7 所示，防止既有管廊基坑吊腳的支護(hù)工法樁翻腳坍塌，同時(shí)與后背箱連成整體防止頂管頂進(jìn)過(guò)程后背箱翻腳，也作為鋼板樁壓腳墻防止鋼板樁失穩(wěn)及底板沿鋼板樁邊反滲水功效，確保了既有管廊基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定，也確保了頂管施工的安全。

⑴雙撐反壓技術(shù)作用一：本項(xiàng)目為既有管廊基坑轉(zhuǎn)頂管始發(fā)井技術(shù)，原明挖設(shè)計(jì)方案未考慮對(duì)既有管廊基坑支護(hù)工法樁開(kāi)洞割樁的加固措施，現(xiàn)因既有管廊基坑下可操作空間有限，在開(kāi)頂管進(jìn)洞口割樁時(shí)造成既有管廊基坑支護(hù)工法樁形成吊腳樁，為防止既有管廊基坑吊腳的支護(hù)工法樁翻腳坍塌，采用在平行且沿著鋼板樁方向兩道鋼筋混凝土梁反壓雙撐（鋼筋混凝土撐），斷面尺寸為150 cm（高）×35 cm（寬），對(duì)撐梁一端支頂在洞口加固混凝土板上、另一端連接在后背墻內(nèi)填充粗砂鋼筋混凝土箱體上。

⑵雙撐反壓技術(shù)作用二：雙撐的另一個(gè)作用是與后背箱連成整體在頂管頂進(jìn)過(guò)程加強(qiáng)防止后背箱翻腳及鋼板樁壓腳和防底板沿鋼板樁邊返滲水功效。

開(kāi)洞口割樁吊腳鋼筋混凝土梁反壓雙撐（鋼筋混凝土撐），斷面尺寸為150 cm（高）×35 cm（寬）。在最后分層開(kāi)挖第三段（洞口段），土方開(kāi)挖至坑底，及時(shí)施作封底底板、洞口加固墻和開(kāi)洞口割樁吊腳鋼筋混凝土梁反壓雙撐。

4 結(jié)語(yǔ)

廣州市某公路地下綜合管廊與道路快捷化改造配套工程，通過(guò)對(duì)管廊基坑轉(zhuǎn)頂管始發(fā)井施工技術(shù)進(jìn)行研究，采取內(nèi)填充粗砂鋼筋混凝土箱體反壓加固技術(shù)，既作為頂管后靠背，也作為基坑支護(hù)壓腳墻，一箱兩用；在已建成管廊結(jié)構(gòu)側(cè)端采用坑內(nèi)坑鋼板樁+縱橫對(duì)撐+新舊支護(hù)樁包角止水支護(hù)措施，防止管廊結(jié)構(gòu)底板因砂土流失出現(xiàn)脫空提高了坑內(nèi)坑支護(hù)體系安全性；采用雙撐反壓技術(shù)，防止管廊吊腳支護(hù)樁翻腳坍塌，提高了原基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全性，為類(lèi)似工程的建設(shè)提供了可借鑒的工程經(jīng)驗(yàn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。