明挖隧道深基坑土方开挖及钢支撑施工技术要点

明挖隧道深基坑土方开挖及钢支撑施工
技术要点
摘要：深基坑内支撑可以直接平衡基坑围护墙两端的侧压力，其构造简单、受力明确，有效提高围护结构体系整体强度及刚度，控制基坑较大变形，本文以
沭阳北京路深基坑工程钢支撑施工为例，重点介绍基坑土方开挖及钢支撑施工关
键环节及质量控制要点，为类似基坑工程施工提供参考。

关键词：钢支撑；监测；土方开挖；深基坑
1工程概况
沭阳县北京路下穿新长铁路立交工程暗埋段深基坑平均开挖宽度为45m，最
大开挖深度为9.2m，基坑等级一级，采用明挖隧道的施工工艺。

深基坑支护体系采用单排钻孔桩加两道内支撑，第一道为钢筋混凝土支撑，
第二道为钢支撑，两道支撑间距约为4 m，支撑中部设两根格构柱，分成等长的
三段，围檩采用双拼600H 型钢。

图1基坑支护标准断面图
2钢支撑施工
2.1 基坑开挖
为便于钢支撑安装，每次开挖面宜低于钢支撑底部0.5m，最底层支撑距离基坑底高度不宜小于2.7m。

支撑安装时严禁出现超过3根钢支撑未安装现象。

开挖流程如图3所示：
图2基坑盆式开挖示意图
步骤一：挖土至钢支撑底部0.5 m处，靠近围护桩两侧3.5m 宽土体暂不开挖；
步骤二：安装中部钢支撑；
步骤三：挖除预留土并安装剩余两端钢支撑，完成预应力施加，限时24 h。

开挖过程对墙顶水平位移监测数据进行统计、分析，开挖初期上层土方位移量与基坑深度成正比，至预留土体高度时，土方位移量呈下降趋势，说明基坑盆式开挖具有一定的稳固效果。

后期根据监测数据实时调整预留土尺寸，最大限度减少坑周围土体位移量和差异位移量。

2.2钢围檩安装
安装前清除桩间浮土，完成喷射混凝土护壁。

施工时严格按照：围檩焊接拼装→测量放样→牛腿安装→围檩吊装焊接→防坠落吊绳安装→背后混凝土填充的顺序组织施工。

加强节点、基坑拐角处、围檩平面错位等部位处理。

图3围檩安装标准做法
钢围檩施工过程中需要注意：
1、支撑节点处钢围檩易发生屈服现象，需进行加劲处理，加劲板数量n可按照下式计算确定：
其中：
——钢围檩中型钢腹板的厚度；
t
1
——钢支撑作用于钢围檩上的宽度（可取300 mm）；
B
z
B——钢围檩中型钢翼板的宽度；
T——加劲板的厚度；
f ——钢材的抗弯强度设计值；
N——支撑设计轴力。

图4围檩与支撑节点做法
2、围檩与围护桩之间预留水平通缝不低于60 mm，间隙用C30细石混凝土填充，缝隙较大时，采用钢板等措施垫实。

3、钢围檩接头顶面、底面、侧面处应采用钢缀板连接。

钢缀板与母材采用角焊缝连接，焊缝有效高度不小于10 mm，有效连接长度不小于200 mm，拼缝宽度≤20 mm，厚度不小于母材。

4、根据基坑尺寸确定钢围檩的施工顺序及布置，避免安装接头出现在两根
支撑的跨中，宜设置在支撑的L/3处（L为钢支撑的跨度）。

5、基坑转角处钢围檩应等高连接，紧贴围护,端头应采用焊接连接，采用缀
板或加劲板有效焊接固定，且加劲板采用20 mm钢板，数量不少于两块。

6、施工过程中由于围护桩偏位或基坑为变截面导致钢围檩产生前后或上下
错位，此时应采取措施进行处理：
若为上下错位，可以通过在钢围檩端头增加钢支撑来处理。

若为前后错位，当错位小于半个钢围檩宽度，相邻钢围檩的腹板、翼板应采
用缀板连接，并在钢围檩侧面加焊钢板作为连接板补强。

反之则在前后错开接头
两侧各增加一道钢支撑，以控制悬臂长度。

7、基坑拐角处增加斜撑会导致钢围檩产生水平分力，水平分力过大时对支
撑体系稳定性影响较大，应特殊处理。

（1）提前考虑开挖阶段及支撑安装后斜支撑作用于钢围檩的水平分力平衡，不得出现不平衡的支撑体系工况。

规则基坑应采用合理的开挖和支撑安装顺序，尽早形成封闭围檩体系。

不规
则基坑或异形基坑，应合理布置支撑体系，稳定钢围檩受力。

除此之外，还可采
用分层盆式开挖、钢支撑预应力复加等措施来解决维稳问题。

（2）基坑拐角处钢围檩布置应使无水平分力的钢围檩压住有水平分力的钢
围檩。

2.3 钢支撑安装与拆除
2.3.1钢支撑拼装及吊装
1、钢支撑安装前应根根据实测净距进行配撑计算，在地面进行试拼装，消
除变形支撑。

2、基坑周边吊装工况良好时，应优先整体吊装，快速形成支撑体系。

无法整体吊装时采用分段安装，尽量减少接头数量。

起重吊装应采用两点起吊方式，吊点距离端部0.2 L。

3、活络头伸出长度不宜超过30 cm，无法调整时采用饼形连接管处理。

4、钢支撑两法兰平面局部空隙不大于2 mm。

螺栓尾部螺纹留出5mm，螺母下放置大垫圈。

5、钢支撑安装允许偏差应符合以下规定：
表2钢支撑安装允许偏差
检验项
目
允许值检验项目允许值
轴线水平偏差±30mm
支撑两端
标高偏差
≤L/600 且
≤20mm
中线标高偏差±30mm
支撑纵向
弯曲
≤L/500 且
≤15mm
6、钢支撑安装完成后应与钢系梁固定，固定构件不得与钢立柱、钢系梁焊死。

支撑的三维约束节点构造约束垂直于支撑轴线的各向外力所引起的支撑弯曲。

若为刚性连接，则每根支撑的轴向伸缩都将引起整个支撑体系变形。

设计采用环
形抱箍，通过高强螺栓与纵向钢系梁连接，内壁设置环形橡胶带，有效约束钢支撑，保证钢支撑轴向压缩。

2.3.2预加轴力施加
钢支撑安装就位后及时进行预应力施加，逐级加压检查直至满足设计要求。

其过程为：钢支撑吊装就位→活络头子拉出顶住预埋钢板→千斤顶第一次施加预应力至预加值50%，检查有无异常→第二次应力至预加值80%，检查各连接点→第三次应力至预加值的100%，待额定压力稳定后锲紧垫块锁定。

预加轴力施加前核实施加轴力参数，对千斤顶进行标定。

如斜撑预加轴力未明确，则根据同一道直撑轴力进行换算：预加轴力为a（kN），同道斜撑与围护的夹角为βº，则斜撑预加轴力为a/SinβkN
如提供的是每延米轴力，钢支撑预加轴力应根据相邻支撑中心距进行换算：钢支撑设计预加轴力为a（kN/m），钢支撑与相邻支撑的中心距分别为b（m）、c（m），则该根钢支撑预加轴力为a×（b+c）/2kN。

图5斜撑轴力换算简图图6每延米轴力换算简图
由于轴力为逐根施加，为防止其间产生较大的损失，轴力施加值应比设计值提10%，千斤顶应在活络端处沿支撑轴线两侧对称布置、逐步同级加压。

支撑施加压力过程中，实时监测活络头、法兰连接等节点处是否产生变形，出现异常情况应立即停止加压并卸压，采取适当措施后再重新施压。

当轴力施加至设计值后，及时采用钢楔上下合龙的方式固定，钢楔插入活络头内腔长度不少于20 cm。

当轴力施加完成后，活络头伸出长度超过30 cm，采用点焊或槽钢焊接对钢楔进行固定，再次复拧每组法兰的每个螺栓，对钢支撑端部与围护间空隙应采用C30细石混凝土填实。

严禁安装多根支撑后再逐根施加预应力，影响实际支撑应力。

2.3.3 钢支撑拆除
按设计工况逐步拆除各道支撑，按照施加预应力、拆除钢楔、卸下千斤顶、吊出支撑的步骤进行拆除，底板混凝土强度达到设计强度的75%后方可拆除上一道支撑。

拆除前应在支撑的分解点搭设移动式平台拖住钢支撑，操作千斤顶逐步给支撑卸荷。

完全卸荷后，拆除活络头内的钢楔，千斤顶完全卸压后撤除千斤顶，最后将支撑吊起至基坑以外堆放。

3基坑监测
通过现场基坑监测及时掌握基坑支护结构和相邻环境的变形和受力特征，预测下一步发展趋势，实施调整开挖参数，指导施工。

对于有对撑体系的深基坑，除了基本的位移及变形监测外，还应着重对基坑立柱及钢支撑轴力进行监测。

工程实践表明，立柱竖向位移2cm～3cm，支撑轴力会变化约1倍。

立柱竖向位移不均会引起支撑体系各点在垂直面与水平面上的差异位移，最终引起支撑产生较大的次应力。

立柱间或立柱与围护墙间有较大沉降差也会导致支撑体系偏心受压甚至失稳，引发工程事故。

立柱竖向位移观测点一般布置在基坑中部、多根支撑交汇处及地质条件复杂处，或存在明确缺陷的立柱上，水平位置则设在坑底以上，各层立柱下部的1/3处，且数量不少于总根数的5%[6]。

一般采用轴力计对钢支撑内力进行监测，监测点布置在内力较大或具有控制作用的杆件上。

每层支撑监测点布置不少于3个，布置在两支点1/3处部位或支撑端头处，保持竖向一致。

轴力报警值设计为控制值的85%、预警值设计为控制值的70%。

由于受基坑开挖工况、支撑各连接节点施工质量、温度变化等因数影响，现场实际轴力值波动很大，无法准确判别支撑实际变化情况，因此还应结合对应连接点的立柱竖向位移综合判别确定。

4结语
基坑工程属于风险性较大的分部工程，其事故经济损失、人员伤亡、社会影响度均处于较高水平。

采用钢支撑施工预防基坑坍塌风险，控制其安装及作用阶
段参数要点，采用基坑监测对施工全程进行安全质量控制，及时调整土方开挖参数，加强钢支撑安装过程中相应节点处理，有效降低基坑施工风险。

参考文献：
1.
刘建航，候学渊.基坑工程手册（第二版）［M］北京：中国建筑工业出版社，2009
2.
黄梅.基坑支护工程设计施工实例图解［M］北京：化学工业出版社，2015
3.
熊智彪.基坑支护工程［M］北京：中国建筑工业出版社，2013
4.
中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑基坑支护技术规程（JGJ 120－2012）［S］北京：中国建筑工业出版社，2012
5.
中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑基坑支护结构构造（11SG814）［S］北京：中国建筑标准设计研究院，2011
6.
中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑基坑工程监测技术标准（GB 50497
－2019）［S］北京：中国计划出版社，2012
作者简介：唐林，1979年2月，本科，工程师，江苏雷威建设工程有限公司，江苏南京市中山北路333号，138****1491。