下穿隧道盾构工作井基坑设计与施工

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摘要：本文介绍了郑州市红专路下穿中州大道隧道盾构工作井基坑支护工程的施工情况，在该基坑工程中采用钻孔灌注桩+旋喷止水帷幕的结构进行支护，对提高工程质量具有重要作用，下面对支护结构的设计及重要结构的施工进行了简单的讨论。

关键词：下穿隧道；盾构工作井；基坑；设计；施工

中图分类号： TV551 文献标识码： A

1工程概况及地质条件

中州大道是郑州市中心城区快速路系统的纵轴线，是连接城市南北出入口的一条重要快速通道。本工程设计起点位于红专路姚寨路交叉口，终点位于龙湖商务外环路，其中下穿中州大道段采用顶管法施工。本工程全长801.263m。其余顶管段长105m，其余为明挖结构和路面部分。明挖暗埋段含始发井与接收井，始发井基坑长16.8m，接收井基坑长12.3m。中州大道东侧设置顶管顶进始发井，中州大道西侧设置接收井。始发井、接收井、明挖暗埋段采用钻孔灌注桩+内支撑支护，U形槽段部分采用悬臂钻孔灌注桩支护。中州大道西侧、红专路北侧挡墙段采用微型钢管桩+土钉墙的支护，其余挡墙段采用土钉墙支护。出入口基坑深度大于3m段采用钻孔灌注桩+内支撑支护，小于3m段采用土钉墙支护。

2基坑支护方案的选择与设计

2.1常用基坑施工方法

基坑工程的设计需要根据设计要求，设计标准，确定合理、经济、安全的基坑开挖方法，并在基坑开挖的基础上作好支护结构。目前，常用的基坑开挖方法包括放坡开挖、无支撑围护开挖、有支护分层开挖、中心岛开挖、深井开挖等。现阶段在城市道路下穿隧道工程中采用较多的界坑围护结构主要包括以下几类：

（1）灌注桩。灌注桩属于非挤土或者少量挤土桩，桩身的刚度较大且能够承受较大的荷载，对提高建筑物的抗震性能具有较大作用，同时利用灌注桩进行基坑直呼还能够在基坑开挖后作为地下承重墙等永久性结构进行使用，具有较高的经济性。

（2）土钉墙。在基坑开挖破面，利用机械钻孔或洛阳铲程控，在孔内放入钢筋并灌注混凝土浆体，然后在基坑边坡破面设置钢筋网，最后喷射混凝土，使土体、钢筋以及混凝土面层结合起来，形成深基坑土钉支护结构。该支护方式主要适用于地下水位较低的杂填土、普通粘土以及松散型砂土。

2.2基坑支护方案设计

图1支护结构剖面示意图

设计边坡支护结构形式典型断面如图1所示，基坑采用灌注桩+止水帷幕结构。钻孔灌注桩为（增加：29.2m桩）φ100@120(单位：cm），旋喷桩（增加：19.35m桩φ80@50）(单位：cm），咬合15cm，止水帷幕桩底进入基坑底部7m，桩平面偏差小于20mm，灌注桩中的水泥参入量应大于60kg/m，混凝土浆体水灰比取0.45-0.50之间。旋喷桩应穿过软土层达到强化岩面，保证较好的止水效果。在具体施工过程中采取了以下控制措施：（1）安排管理人员全程监督灌注桩及旋喷桩的施工，落实具体责任；（2）第1次钻孔时为避免堵孔可以带浆现钻，喷浆量应小于总量的1/2，严禁带水下钻，喷浆压力控制在0.4MPa以上；（3）第一次体钻喷浆的过程中应在桩底停留30s左右，保证桩身质量；（4）施工过程中要严格控制喷浆时间，每根桩应连续喷浆，中途不能中断。

3基坑支护施工

3.1钻孔灌注桩及旋喷桩止水帷幕施工

（1）钻孔灌注桩的施工。①支护桩施工前宜先试桩，试桩数量不得少于2根。②钻（冲）孔桩清孔后必须控制桩底浮碴厚度不大于100mm。③钢筋笼在起吊、运输、安装中应采取措施防止变形，吊点宜设于加强箍筋部位，分段沉放时，纵筋的连接须采用焊接，要特别注意焊接质量，同一截面上接头数量不得大于50%，相邻接头间距不小于41d(d为纵向受力钢筋的较大直径)。④混凝土灌注中，导管应始终埋在混凝土中，严禁导管提出混凝土面，导管埋入深度以2～3m为宜，不得小于1m，一次提管拆管不得超过6m，应防止钢筋笼上浮。

（2）旋喷止水帷幕的施工。①钻机就位，调试完毕后，接通电源开动移架电机按钮，移动钻机到达指定桩位并对中，要求钻机安放平稳，桩位误差小于 50mm，垂直度不大于1.5%；②浆液配制，水泥进场要按照比例进行复检，水灰比1:1，水泥浆搅拌时间不少于3min；③钻机钻进到设计标高，检查高压设备和管路系统，待泵压正常后开始注浆提升；④注浆中需拆卸注浆管时，应先停止提升和回转，同时停止注浆，拆卸完毕继续喷射注浆时，注浆的孔段要与前段搭接不少于100mm；⑤注浆到冠梁底部迅速拔出注浆管，用清水清洗管路；⑥桩机移至下一桩位。

3.2冠梁施工

冠梁的施工必须在钻孔桩及止水帷幕施工结束并验收合格后才能进行，避免前期工作不合格导致的返工。在进行冠梁施工前应将灌注桩顶部浮浆清理干净，采用木模版及商品混凝土，浇筑冠梁混凝土时要均匀，浇筑工作完成后的12h内，需要对混凝土结构进行淋水养护，24h后即可拆模，并继续淋水养护至少7d以上。

3.3混凝土支撑及钢支撑

（1）支撑的规格及支撑的安装顺序必须满足设计的要求；（2）当基坑开挖至支撑设计标高以下0.5m时安装钢支撑。钢支撑安装必须确保支撑端头与围檩均匀接触，并设防止钢支撑端部移动脱落的构造措施，支撑的安装允许偏差应符合以下规定：①钢支撑轴线竖向偏差：±30mm；②支撑轴线水平向偏差：±30mm；③支撑两端的标高差和水平面偏差：不大于20mm和支撑长度的1/600；④支撑的挠曲度：不大于1/1000。（3）支撑就位后应及时准确地按设计要求施加预应力。当昼夜温差过大导致支撑预应力损失时，应立即在当天低温时段复加预应力至设计值；围护桩体水平位移速率超过警戒值时，可适量增加支撑轴力以控制变形，但复加后的支撑轴力必须满足设计安全度要求；（4）在底板、顶板的施工过程中，应按设计规定的步序拆除各道支撑；（5）待预加力稳定后锁定。施工中应注意对临时支撑系统的保护。

3.4混凝土喷面施工

在完成所有施工后，需要在结构表面表面铺设混凝土钢筋网，钢筋在使用前应进行除锈处理，然后在钢筋网表面喷射一层C20混凝土后进行铺设，钢筋与壁面的间隙保持在30mm左右。在进行混凝土喷射时，应减小喷头与受喷面的距离，通常为0.6-1.2m并调整好喷射角度。先喷射5cm厚的混凝土层，完成后进行钢筋的绑扎、固定，然后在喷射第二层混凝土至设计高度。混凝土拌制时应控制好水灰比，避免混凝土表面出现不平整、滑移流淌等现象，影响整体结构的质量。

4基坑支护监测

4.1监测内容

对下穿隧道基坑支护工程的监测工作是非常必要的，其主要监测内容包括周围建筑物变形、地下管线的变形、周围地表的沉降、围护结构的水平位移、桩顶沉降、内支撑轴力、钢筋应力以及地下水位变化等内容。对支护工程的监测工作能够及时发现工程自身的问题以及对周围环境的影响，以便及时、进行处理，保证工程整体结构的稳定性并降低对周围环境的影响。

4.2监测结果及分析

具体监测结果如表1所示。

表1 基坑施工监控量测表

监测项目 限值 报警值

周围建筑物变形 沉降限值20mm， 倾斜2‰H 沉降15mm，倾斜1‰H

周围地下管线变形 变形限值按有关规范执行

基坑周围地表沉降 25mm 17mm

围护结构水平位移 0.2%H 且不大于30mm 0.15%或25mm中的最小值

桩顶沉降 0.2%H且不大于25mm 0.15%或25mm中的最小值

内支撑轴力 70%的设计允许最大值 50%的设计允许最大值

支撑立柱沉降 30mm 20mm

钢筋应力 145MPa 60~70%容许应力最大值

地下水位变化 累计值1000mm，变化速率500mm/d 累计值800mm，变化速率400mm/d

通过上表中的数据可以看出，本工程中基坑的各项参数均处于正常范围内且基坑施工对周围的影响较小，基坑结构十分稳定，有效保证了后续施工的安全性。

5结语

实践证明，在下穿隧道基坑工程中应用“钻孔灌注桩+旋喷止水帷幕”支护结构具有良好的效果，通过该结构的应用有效确保了基坑工程的安全性，同时又具有较高的经济性，另外有效节约了施工工期，对确保基坑工程的高效、安全施工具有重要作用。

参考文献

[1]GB50007-2011，建筑地基基础设计规范[S].

[2]GB50017-2003，钢结构设计规范[S].

[3]JGJ94-2008，建筑桩基技术规范[S].