明挖隧道深基坑支护设计

第11卷第9期中国水运V ol.11
N o.9
2011年9月Chi na W at er Trans port Sept em ber 2011
收稿日期：2011-07-02
作者简介：怀华锋（1978-），男，中国公路工程咨询集团有限公司、武汉中咨路桥设计研究院有限公司工程师。

廖家燊（），男，中交第二公路工程局有限公司工程师。

李军心（），男，清远市公路勘察规划设计院工程师。

明挖隧道深基坑支护设计
怀华锋1
，燊廖家2
，李军心
3
（1中国公路工程咨询集团有限公司、武汉中咨路桥设计研究院有限公司，湖北武汉430023；2中交第二公路工程局有限公司，陕西西安710065；3清远市公路勘察规划设计院，广东清远511515）摘
要：明挖隧道深基坑支护是一项风险性大、复杂的系统工程，在围护结构设计中，必须全面分析地质资料，再
确定合理的设计方案。

文中较详细介绍黄埔东路改造工程丰乐路隧道的深基坑支护设计，通过工程实例设计介绍，供其它类似工程设计作参考。

关键词：明挖隧道；深基坑；支护；系统工程中图分类号：U 45文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2011）09-0199-03
一、工程概况
黄埔东路改造工程由黄埔大道支线至华坑路。

石化路隧道位于黄埔东路与石化路交叉口，主线下穿石化路，配合黄埔东路整体快速化改造理念而设计的。

隧道设计范围为
K3+137~K3+342，开口段长为115m ，闭口段长为90m ，
共205m ，节段划分为1~16节段。

整个隧道最大纵坡为4.9%，竖曲线半径1,500m 。

在闭口段顶部交叉口处人行道，黄埔东路和石化路平面交换交通采用交通灯控制，设调头车道，设辅道供左转和超高车辆行驶，右转交通由右转车道通行。

直行车辆（超高车辆除外）一律从隧道内通行。

隧道采用U 形开口框架钢筋混凝土结构和箱形闭合框架钢筋混凝土结构隧道结构，宽度14.2~14.8m ，隧道结构采用明挖施工，最大开挖深度约为13.227m 左右，为保证基坑土方开挖、隧道结构施工及周边建筑物和车辆通行的安全，根据本工程基坑开挖深度、工程地质条件和周边地形，设计分段采用不同的基坑支护形式。

二、工程地质情况
本工程场地位于广州市黄埔东路（黄埔大道支线－华坑路），其地貌单元多属珠江三角洲平原区，局部为剥蚀残丘，地形局部有起伏，河涌较发育，沿线多分布商铺、绿化地、河涌及居民区。

根据本次详勘所揭露的地层情况，把岩土分层特征自上而下分述如下：
（1）人工填土；
（2）海陆交互相沉积层自上而下由淤泥、淤泥质土、淤泥质粉砂、粉质粘土等组成；
（3）冲洪积层自上而下由粉质粘土、粉砂、中砂、砾砂等组成；
（4）残积层粉质粘土为泥质粉砂岩、砂砾岩、砾岩风化残积土，自上而下由可塑状粉质粘土及硬塑状粉质粘土组成；
（5）残积层粉质粘土为花岗岩风化残积土，自上而下由可塑状粉质粘土及硬塑状粉质粘土组成；
（6）白垩系基岩由泥质粉砂岩、砂砾岩、砾岩组成。

按风化程度的不同分为强风化、中风化、微风化三个风化岩带；
（7）燕山三期花岗岩由花岗岩组成。

按风化程度的不同分为全风化、强风化、中风化、微风化四个风化岩带。

三、隧道基坑支护设计1．支护结构设计原则
（1）根据基坑的规模和周边构筑物情况，本工程基坑等级（泵房基坑等级为一级）为二级，重要性系数为1.0。

（2）隧道主体结构基坑采用明挖法施工。

基坑使用年限为一年；
（3）基坑工程整体稳定安全系数应大于1.3，抗滑移安全系数、基坑底部土体隆起和抗渗流稳定安全系数均应大于1.3；
（4）支护结构的尺寸应满足隧道结构净空、结构边界的要求，并适当预留富裕量，以满足施工误差、测量误差、支护结构变形的要求；
（5）针对场地的工程地质与水文地质条件，考虑周边构筑物的情况，合理选择施工方法和支护结构型式。

确保隧道施工对周边构筑物无危害或将影响减至最小；
（6）支护结构应方便基坑开挖、结构及外包防水层的施工；
（7）其基坑变形控制满足以下要求：
①地面最大沉降量控制在≤0.3%H （H 为基坑开挖深度）；
②围护结构最大水平位移≤0.4%H （H 为基坑开挖深度），且≤50mm ；
2．支护结构技术标准（1）基坑使用年限：一年
（2）基坑安全等级：二级（除泵房基坑），重要系数为1.0
3．支护结构主要材料
（1）混凝土：钻孔灌注桩采用C25水下混凝土，冠梁、
1977-1979-
200中国水运第11卷
腰梁采用C30混凝土
（2）钢筋：直径≥12mm钢筋采用热轧HRB335钢筋，直径≤12m m钢筋采用R235钢筋，其主要技术性能应符合国家标准GB13013-91和G B1499-1998的有关规定。

（3）钢材：所有钢材采用Q235A钢，质量应满足GB/T1591-94的有关规定。

4．支护结构设计内容
本标段基坑支护主要采用拉森Ⅳ型钢板桩+钢管横撑和钻孔灌注排桩+钢筋混凝土横撑两种支护方式，具体描述如下：（1）基坑1~2、15~16节段
本节段基坑采用拉森Ⅳ型钢板桩+钢管支撑，拉森Ⅳ型钢板桩长度设计分别为9m及12m，空心钢管支撑断面尺寸为直径600×14@6000mm，同时为防止基坑外的水渗入基坑，在钢板桩外侧打出双排直径0.5m深层搅拌桩。

（2）基坑3~8、10~14节段
本节段基坑采用钻孔灌注排桩+钢筋混凝土横撑，钻孔灌注桩直径1.2m，桩间距1.4m，钻孔桩之间采用直径0.8m 旋喷桩止水，钻孔桩顶设置1.2×1m冠梁，并在两侧冠梁之间设置一道0.8×0.8m钢筋混凝土支撑。

（3）基坑9节段（泵房段）
本节段基坑采用钻孔灌注排桩+钢筋混凝土横撑，钻孔灌注桩的直径为1.2m，桩间距1.4m，钻孔桩之间采用直径0.8m双管旋喷桩止水。

钻孔桩顶设置1.2×1m冠梁，在距冠梁下面处设置0.8×1m腰梁，并在两侧冠梁、腰梁之间各设置第一道0.8×0.8m钢筋混凝土支撑。

四、施工工艺和施工安全措施
根据地质资料，基坑全线均有软弱土层存在，需要进行软基处理。

软基处理采用水泥搅拌桩。

软基处理完成后，才可以进行基坑开挖工作。

1．基坑施工工艺及注意事项
（1）基坑开挖时应分段、分层开挖，随挖随支，分层开挖深度一般为1~2m，开挖宽度应满足支护作业和边坡临时稳定性的要求，基坑顶3m范围内严禁堆载。

（2）基坑开挖应自上而下地进行，严禁超挖，严禁大锅底开挖，开挖后应及时支护。

（3）钻孔灌注排桩+钢筋混凝土横撑施工顺序：先施工支护桩，后施工止水旋喷桩，待支护桩龄期14d以上强度后，设置挡水高砖墙，开挖基坑，施工冠梁和混凝土支撑，龄期达到14天后继续开挖土方到基坑底，然后马上封底施工垫层、底板，继续施工侧墙、顶板结构直到地面，回填基坑，基坑工程结束。

（4）基坑开挖前应确实查明地下管线和周边构筑物的情况，采取适当措施，确保施工期间地下管线和构筑物的安全。

（5）基坑开挖至设计标高后应及时平整基坑，疏干基坑内积水铺设垫层，浇筑底板。

（6）整个施工期间应注意做好基坑内排水措施。

（7）基坑开挖过程中，做好挖土机械、车辆的通道布置、挖土的顺序及周围堆土位置安排，应采取措施防止碰撞支护结构或扰动基底原状上，损坏截水帷幕。

（）在挖土、支撑和拆撑过程中，由专人作检查、观测，发生异常情况时，应立即停止施工，并应立即查清原因和采取措施，方能继续挖土。

（9）混凝土支撑的拆除可以采用机械切割或爆破拆除，在支撑拆除的过程中要保证周边建筑物和建筑物内人员以及现场施工人员的安全，同时要有措施保证混凝土碎块不对已经施工隧道结构造成损坏。

（10）支护结构与隧道结构净距的空间应采用回填中粗砂回填，压实度要求大于93%。

2．高压喷桩施工注意事项
（1）旋喷桩主要用于基坑的防水防渗，本工程采用双管旋喷法。

（2）旋喷桩单管法高压水射流的压力宜大于20Mpa，提升速度为20~25cm/min，旋转速度20~25rp m；双管法高压水射流的压力宜大于20Mp a，提升速度为6~12 cm/min，旋转速度8~12rp m；三管法高压水射流的压力宜大于30Mp a，提升速度为6~12cm/m in，旋转速度8~12rp m。

（3）水泥浆液的水灰比可取1.0~1.5。

（4）施工时应保证钻孔的垂直偏差不超过1%，桩位偏差不大于50mm。

3．水泥搅拌桩施工注意事项
水泥搅拌桩要求采用四搅拌喷法施工：水泥掺入比为13%~15%（每米桩水泥和量约55~60k g），搅拌桩施工钻进与提升时，转速宜采用中档，钻至设计深度应原深度旋转喷浆15s后再提升喷浆，提升速度控制在0.8~1.0m。

搅拌桩施工过程中应保持注浆压力支0.5Mp a以上，且保持注浆连续，如果出现停电或机械事故而产生喷浆继续时，应采取搭接1.5m重复喷浆搅拌接桩处理。

施工前要先进行工艺试桩，以确定施工参数，用以指导地基处理施工。

4．钢板桩施工注意事项
（1）钢板桩采用分段打入法施工，钢板桩打入前必须严格检查板桩锁口完好，以确保板桩止水效果。

（2）钢板桩拐角位置应最先打入，拐角采用异形板桩定位。

（3）钢板桩与钻孔桩匀界位置，采用高压喷桩封闭。

5．钻孔灌注桩施工注意事项
（1）施工单位在施工前应对桩位坐标、各项高程数据进行仔细核算，准确无误后方能放线施工。

（2）施工钻孔时应做好地质层面记录，如发现地质情况与钻孔资料相差较大时，应及时与设计单位联系，协调处理。

（3）桩孔的中心位置允许偏差不大于30m m，桩基倾斜度允许偏差不大于0.5%。

（4）浇注桩基水下砼时，应保证导管埋入砼有足够的深度，避免发生断桩事故，并防止孔壁坍塌。

（5）施工单位应采用旋挖桩机施工以确保桩身垂直度，保证基坑的施工质量。

（6）由质检部门采用低应变动测法对桩基逐根检测桩身结构完整，当按低应变动测法判定的桩身缺陷可能影响桩的水平承载力时，应用钻芯法进行补充检测，检测数量不宜小
8
第9期怀华锋等：明挖隧道深基坑支护设计201
于总桩数的1%，且不得少于3根。

施工中应加强对两侧便道、周边建筑物的监测，严格控制地表及路面下沉，施工中应及时反馈量测信息，如发现异常或与设计不符合应及时提出、及时处理，以确保施工安全。

五、基坑监测
基坑支护工程是一种风险性大的系统工程，施工应遵照动态设计、信息化施工规定，确保基坑本身及周边环境的安全。

1．监控目的
将监测数据与预测值相比较以判断前一步施工工艺和施工参数是否符合预期要求，以确定和优化下一步的施工参数，做到信息化施工；
将现场测量结果用于信息化反馈优化设计，使设计达到优质安全、经济合理、施工快捷目的。

2．本基坑工程中，主要监测项目如下
（1）钻孔桩测斜；（2）土体的侧向位移；（3）基坑顶面的沉降量和水平位移；（4）临近房屋建筑物沉降、倾斜；（5）周边道路沉降和位移；（6）地面沉降；（7）地下管线沉降和位移；（8）地下水位；（9）钻孔桩桩侧土压力。

六、结语
明挖隧道深基坑支护是一项风险性大、复杂的系统工程，在围护结构设计中，必须全面分析地质资料，再确定合理的设计方案。

施工中将监测数据与预测值相比较以判断前一步施工工艺和施工参数是否符合预期要求，以确定和优化下一步的施工参数，做到动态设计、信息化施工，确保基坑本身及周边环境的安全。

参考文献
[1]JTG B01-2003，公路工程技术标准[S]．北京：人民交通出
版社出版，2003．
[2]J TG D70-2004．公路隧道设计规范[S]．北京：人民交通
出版社出版，2004．
[3]关宝树．隧道工程施工要点集[M]．北京：人民交通出版
社出版，2003．
[4]关宝树，国兆林．隧道及地下工程[M]．成都：西南交通
大学出版社，1999．
（上接第181页）
1．水利资源开发现状
据史料，最早关于水利资源开发的应是大禹治水。

其后又有许多关于水利资源开发利用的记述多是关于航运或是沟渠建造的事情。

在现代的水利资源开发中，随着世界对于可持续发展战略的认同，以及对于可再生能源和清洁能源的重视，水利资源开发利用不仅是建立水利工程又包括了水电工程和港口，如水利发电等。

以及海水淡化，以提供更多满足人类需求的淡水。

当然，由于我国作为一个发展中国家，基础是农业，所以水利资源的开发利用，从解放以来，当合国家高度重视水利资源的建设利用，修水库、治河道取得了去世瞩目的成就，但由于我国地域辽阔，雨量时空分布不均匀，还存在诸多不适应农业经济发展的现象。

为实现水资源可持续利用，国家花巨资优化配置水资源。

也很关注在农业发展中所起到的作用。

诸如：南水北调工程，以满足北方干旱地区对于水源的需求。

2．对农业发展的积极意义
（1）旱期灌溉
针对遇旱不能灌问题，在水利资源开发方面，我们主要采取的是预防与灌溉的原则。

在水利资源开发中，注重水资源优化配置体系，以及水环境和水土保持体系[4]的建立。

水环境和水土保持体系的建立，重点是为了预防旱期的到来，目的是要在未遇到旱期时，对多余的水分进行保存和管理，工程形式采取蓄、引、堤、调方式建设小水塘、小水坝、小水窑、小水渠、小泵站，对水土保持体系进行完善可以更好的利用水资源。

搞好小流域治理，大搞植树造林，田面整修，修理塘坝、淤地坝。

水资源的优化配置体系重点是为了用于旱期的灌溉，它是指针对水资源进行更优的资源配置，珍惜每一滴水，在遇到旱期时，将水资源及时调配到需要水源的地方满足旱区对于水的需求。

政府主导修建水利工程，大力推广节水型灌溉，充分利用好有限水装涵养水源。

（）水利疏浚
防汛保障体系[4]就是为了来应对遇涝无法排的难题。

大家都知道，遇涝无法排是由于水利疏浚时遇到了困难或是排涝工程出现了问题，导致多余的水分无法从农田中顺利排出，最终导致农田水堆积，使农作物“淹死”，降低农业产量，制约经济发展。

而防汛保障体系的建立，就是为了在汛期到来时，对汛期中可能出现的问题和难题进行预防和干预，保障汛期种农作物的安全。

在防汛保障体系中，有一个很重要的工程就是水利疏浚。

其实就是对汛期农作物排水的通道进行疏导，而且在汛期针对排涝工程进行定期排查，及时发现工程中存在的问题，免除汛期排涝的后顾之忧，保证水分排出时道路的畅通，以使农田多余水分及时排出，保证农作物的正常“呼吸”，保障农业产量，保障农业经济发展。

在做好疏浚工程目的，做好雨洪利用，兴建一批小水塘，既减轻防洪压力，又可利用雨洪改善环境，灌溉农田。

四、结语
水利资源开发，是一个关系到社会大众的问题，通过对水利资源的开发，不仅可以产生一些新能源，满足社会对于可持续发展中所面临的资源难题，还可以提高经济水平。

我国作为一个发展中的大国，一个以农业为基础的国家，有关水利资源的开发是一个关系到社会民生的大问题。

在文中，我们浅谈了一些水利资源开发对于农业发展的影响，它不仅可以缓解农业生产中旱期不能灌的问题，还可以解决遇涝无法排的难题，最终促进农业的发展，保障社会经济的稳定。

参考文献
[1]刘刻心．利用水利资源服务农牧建设[N]．伊犁日报（汉）
2009，2，（5）：1．
[2]曹静．我国水利发展综述[J]．珠江现代建设，2010，4，（2）：8．
[3]赵金龙，冯晓明，董谦．中国农业问题成因分析[J]．中国
农学通报，2010，26，（13）：458．
[]牟景祥．阜蒙县农村水利发展设想[]．科技资讯，，（5）：．
24J2009 1148。