某城市下穿隧道基坑支护设计与计算分析

某城市下穿隧道基坑支护设计与计算分析

发表时间：2018-04-19T15:07:40.680Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第33期作者：黄文非

[导读] 随着地下工程的兴建，基坑工程数量不断增多，基坑支护结构设计的要求越来越高。

四川西南交大土木工程设计有限公司广州分公司广东广州 510095

摘要：随着地下工程的兴建，基坑工程数量不断增多，基坑支护结构设计的要求越来越高。本文通过某城市下穿隧道的基坑支护设计介绍了隧道支护结构方案的比选，分别对钢板桩支护结构与钻孔灌注桩支护结构进行了详细的计算与分析。

关键词：下穿隧道；钢板桩支护；钻孔灌注桩支护；基坑支护设计

1 工程概况

某城市下穿隧道全长480m，隧道结构分为开口段与闭口段，开口段为U型开口框架结构，首尾长度均为160m，闭口段为钢筋砼单箱双室框架结构，长度为160m（见图1）。在隧道最低点一侧设置一泵房，泵房平面尺寸为17.2m×6.9m。

由于场地临近珠江入海口且较多区域分布有淤泥质砂，地下水充沛，地下水位高，地下水埋深介于1.30m~2.60m之间。土对混凝土结构有微腐蚀性，按地层渗透性土对混凝土结构有微腐蚀性，对钢筋混凝土结构中的钢筋有中腐蚀性，对钢结构具有微腐蚀性。

3 基坑支护重点、难点分析

1）基坑开挖深度大，隧道闭口段深度约为10.2m，泵房处基坑深达14m。基坑基底均位于淤泥（质土）层中，且淤泥质土层厚。严重影响基坑的施工安全，施工难度大。

2）由于该项目为改造工程，在施工期间需保持道路两侧畅通，且下穿隧道位于城市主干道上，两侧建筑物多，施工期间要确保隧道施工不能影响道路两旁建筑物的安全。因此必须选用合适的基坑支护方案才能满足要求。

3）场地地下水充沛且地下水位高，在施工区间选用合适的降水措施和基坑支护的止水帷幕是保证基坑安全施工的重要前提条件。 4 基坑支护设计

4.1 基坑结构尺寸

隧道基坑总长480m，宽度为30.8m，开挖深度为1.5m~10.2m，泵房处开挖深度14.0m。

4.2 基坑支护方案比选

隧道采用明挖法施工，为保证隧道结构的施工安全，隧道施工时应采取可靠的深基坑支护方案。基坑支护常见的方法有放坡开挖、土钉墙、水泥土墙、钢板桩、钻孔灌注桩、地下连续墙等形式，由于基坑开挖深度大，施工期间隧道基坑两侧还保持连续交通，根据类似市政隧道施工经验，采用放坡开挖、钢板桩、排桩、地下连续墙结构比较合适，但地下连续墙用作临时的挡土结构，与其它方法相比，所产生的费用较高，在城市施工时，废泥浆的处理也比较麻烦，经过综合比选，本工程基坑支护采用钢板桩、钻孔灌注桩支护方式。经过优化设计，最终基坑支护方案为：1）当基坑深度小于等于5m时，基坑支护采用钢板桩+ D600x12mm钢管支撑；2）当基坑深度大于5m时，基坑支护采用D1.2m钻孔灌注桩+钢筋混凝土米字型横撑。

5 基坑支护围护结构计算与分析

5.1 支护结构设计

1）钢板桩支护段：当基坑深度小于5m时，基坑采用钢板桩+钢管支撑的支护形式。基坑施工时采用拉森Ⅳ型钢钢板桩支护，两侧钢板桩之间设置一道横向D600x12mm钢管支撑，水平间距为3m。。为防止基坑外的水渗入基坑，在钢板桩外侧设置双排直径0.5m的搅拌桩止水，搅拌桩桩尖要求进入不透水层不小于1.0m，搅拌桩之间搭接为0.1m。

2）钻孔灌注桩支护段：当基坑深度大于5m时，基坑采用钻孔灌注桩+钢筋混凝土米字型横撑的支护结构。钻孔灌注桩直径1.2m，间距1.4m。钻孔桩之间采用直径0.8m双管旋喷桩止水，旋喷桩与钻孔灌注桩搭接为0.2m。钻孔桩顶设置1.2×1m冠梁，如基坑需布置多道横撑，在排桩内侧设置腰梁。在两侧冠梁、腰梁之间各设置一道钢筋混凝土米字型横撑，横撑沿隧道纵向布置标准间距为10m。直撑断面尺寸为0.8×0.8m，斜撑断面尺寸为0.6×0.6m。

由于横撑长度较长，因此，在线路中心线左侧2m处设置一根钢立柱作为支撑，以改善横撑受力。钢立柱采用角钢和钢板焊接而成，钢立柱基础采用直径1.0m钻孔灌注桩。钢立柱上端与横撑固结。

5.2支护结构计算

基坑支护采用理正深基坑7.0进行计算分析，计算时，分别选取两种支护方式的最不利情况进行计算。

根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）相关规定，当基坑深度小于5m时，基坑支护安全等级可取为二级，当基坑深度大

于5m时，基坑支护安全等级可取为一级。内力计算采用增量法计算。其中土压力模型采用经典土压力模型。水压力计算时，其中粘性土层采用水土合算，非粘性土层采用水土分算。基坑顶两侧超载按20kN/m计算。钢管支撑与钢筋砼支撑的刚度系数为533.7MN/m与2244.2MN/m。

5.3 计算结果与分析

经计算，得到支护结构内力图如图6，图7

图7 钻孔灌注桩支护结构位移、弯矩、剪力图

1 整体稳定验算：

（1）钢板桩支护结构：整体稳定安全系数 Ks = 2.477 > 1.30，满足规范要求。

（2）钻孔灌注桩支护结构：整体稳定安全系数 Ks = 3.294 > 1.35，满足规范要求。

2 抗倾覆稳定性验算：

1）抗倾覆（对支护底取矩）稳定性验算：（1）钢板桩支护结构：最小安全Kov = 1.416 >= 1.200，满足规范要求。

（2）钻孔灌注桩支护结构：最小安全Kov = 1.715 >= 1.250，满足规范要求。 2）抗倾覆（踢脚破坏）稳定性验算：绕最下道支撑或锚拉点的抗倾覆稳定性验算，（1）钢板桩支护结构：最小安全Kt = 1.222 >= 1.200，满足规范要求。

（2）钻孔灌注桩支护结构：最小安全Kt = 2.068 >= 1.250，满足规范要求。

3 抗隆起验算

1）支护底部，验算抗隆起：

（1）钢板桩支护结构：Ks=（15.631×19.000×10.662+28.000×20.721）/（15.828×（5.000+19.000）+20.000）=9.370≥ 1.600，抗隆起稳定性满足。

（2）钻孔灌注桩支护结构：Ks=（17.187×26.000×18.401+120.000×30.140）/（17.008×（10.200+26.000）+20.000）=18.624≥1.800，抗隆起稳定性满足。

2）坑底抗隆起按以最下层支点为转动轴心的圆弧条分法计算，结果如下：（1）钢板桩支护结构：Ks = 2.554 ≥ 1.900，坑底抗隆起稳定性满足。

（2）钻孔灌注桩支护结构：Ks = 4.070 ≥ 2.200，坑底抗隆起稳定性满足。

5.4 结论

经过计算，基坑各项验算均满足相关规范，基坑支护结构安全。

6 结语

在进行基坑支护结构方案的选择时，首先应详细了解该地区的地质情况及周边环境，再综合考虑隧道的施工难度及周期，力求设计出既安全又经济的最优方案。

在进行基坑支护结构计算时，因地下工程的复杂性，必须认真分析每一种可能出现的情况，选择最不利的工况进行计算，确保基坑的安全性。

参考文献

[1]《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）

[2]徐长节尹振宇《深基坑围护设计与实例解析》