城市軌道交通明挖隧道開挖技術(shù)

衛(wèi)澤亮

摘要：近年來，隨著我國地下工程快速發(fā)展，城市城市軌道交通、隧道及深基坑開挖工程也越來越多。然而，城市建設(shè)的高速發(fā)展也造成了城市中地下工程面臨的施工環(huán)境越來越復(fù)雜。因此，研究地下工程施工對周邊環(huán)境影響也成為熱點(diǎn)問題。通過建立三維有限元模型計(jì)算得到，當(dāng)拆除支撐而不及時(shí)施作新梁板結(jié)構(gòu)時(shí)，將減弱整體支護(hù)剛度，引起地層水平位移與沉降。由此可見，目前大部分研究主要集中于監(jiān)測項(xiàng)目的規(guī)律研究。比如地表變形、內(nèi)支撐軸力及深層土體位移在不同工況下變形規(guī)律，而較少研究圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式的不同及內(nèi)支撐拆除過程中的變形規(guī)律?；诖耍酒恼聦Τ鞘熊壍澜煌魍谒淼篱_挖技術(shù)進(jìn)行研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;明挖隧道;開挖技術(shù);應(yīng)用分析

引言

城市軌道交通明挖隧道施工場地越來越局限，對我們的施工技術(shù)提出了更高的要求。關(guān)于明挖隧道的研究，通過建立具體且完善的施工方案，提出了合理的施工開挖方法，解決橫穿道路的明挖隧道施工問題，對同類型的明挖隧道具有指導(dǎo)作用，可供其他類型明渠隧道參考。

1工程概況

某市某城市軌道交通車站總長度279.8m，標(biāo)準(zhǔn)段寬20.7m，標(biāo)準(zhǔn)段開挖深度15.6m～17.9m。兩端盾構(gòu)工作井段基坑深度約為17.1m、19.6m。本車站東端頭井采用1000@1300鉆孔樁+內(nèi)支撐的支護(hù)形式，其余采用Φ800@1100鉆孔樁+內(nèi)支撐的支護(hù)形式，第一道支撐為C30混凝土支撐，第二、三道采用Φ609mm、t為16mm的Q235鋼支撐。鋼圍檁采用雙拼普通熱軋45c型工字鋼加焊鋼綴板及肋板，截面尺寸為482×700;樁間土噴錨采用A6.5@150×150，加C14@1500水平加強(qiáng)筋，網(wǎng)噴混凝土采用C25早強(qiáng)混凝土。本車站位于主干道下，周邊四個(gè)象限內(nèi)均有高層住宅樓，為11層～18層鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，距離車站主體約34m～38m。車站站址范圍內(nèi)管線較為復(fù)雜，包括供水管、雨污水排水管、供電排管、燃?xì)夤芫€、供熱管線、通信電纜等，依據(jù)管線遷改方案，部分管線需永久改遷至基坑外側(cè)，部分管線在主體結(jié)構(gòu)施工過程中需進(jìn)行懸吊保護(hù)。

2基坑開挖總體施工方案

由于基坑較長，明挖工程工作井結(jié)構(gòu)完成并回填后，開始進(jìn)行隧道礦山法施工;然后分別從大源站大里程及明挖段小程兩端向中間分層分段開挖。根據(jù)內(nèi)支撐設(shè)計(jì)情況，基坑開挖共分為5層，即：表面土至第一支撐底、第一支撐底至第二支撐底、第二支撐底至第三支撐底、第三支撐底至第四支撐底、第四支撐底至基底，對應(yīng)開挖深度分別約為2～3.5m、6.5～7.4m、5.6m、5m、4m。圍護(hù)樁完成后，施工工作井冠梁及擋土墻，然后對基坑進(jìn)行開挖和支護(hù)施工?；娱_挖遵循“開槽支護(hù)，先支護(hù)后開挖，分層開挖，禁止超挖”的原則。開挖采用垂直分層垂直提升法，地下連續(xù)墻施工完成后，施工除工作井外的大源站及其站前明挖段基坑。此段基坑較長，采用從兩端向中間靠攏的方式，水平分段、豎向分層開挖施工。在開挖過程中，混凝土應(yīng)及時(shí)噴灑，直至開挖達(dá)到第一階段、三道混凝土支撐底標(biāo)高以下5cm后，施工5cm后墊層，然后在墊層上放置隔離布，在隔離布上及時(shí)施工混凝土支撐。在第二、第四鋼支座高程以下50cm開挖后，應(yīng)及時(shí)安裝鋼錨、鋼支撐，并根據(jù)設(shè)計(jì)要求施加預(yù)應(yīng)力。嚴(yán)禁在支護(hù)達(dá)到正常使用之前，同時(shí)過挖低水平土石方和基坑整體長度?；娱_挖至基坑墊層下方30cm時(shí)，其余土方應(yīng)人工開挖，并對基坑體結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，總體施工流程如圖1所示。

以14m作為基坑樁撐的支護(hù)深度，選定四種不同的寬度進(jìn)行模擬。圍護(hù)樁不同部位位移統(tǒng)計(jì)如表1所示。

由表1可知，圍護(hù)樁的變形在不同開挖寬度下表現(xiàn)出兩邊小而中間大的趨勢。圍護(hù)樁各個(gè)部位的位移，隨著不斷增加的基坑寬度表現(xiàn)出不斷增加趨勢。最大水平位移在7m的基坑寬度上升到42m時(shí)，約有134%的增長率，但水平位移最大值所在點(diǎn)未改變，均處于樁頂下11.4m位置。在28m以下基坑寬度時(shí)，樁底和樁體最大位移的比值均隨著不斷增長基坑寬度而表現(xiàn)出不斷增加的趨勢，且相比之下，樁底位移有較為顯著的增長。若圍護(hù)結(jié)構(gòu)嵌入較差土質(zhì)，則容易導(dǎo)致圍護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)“踢腳”現(xiàn)象。故在設(shè)計(jì)基坑時(shí)，若基坑的寬度過大，則應(yīng)將圍護(hù)結(jié)構(gòu)剛度以及嵌固深度適當(dāng)提升，以保證其穩(wěn)定性。同時(shí)，可通過適當(dāng)降低窄基坑的相應(yīng)參數(shù)來降低成本。地表沉降隨基坑寬度變化曲線如圖2所示。

由圖2可知，地表最大沉降速率在13.4m的基坑開挖寬度上升到28m時(shí)最大，沉降值隨著不斷增大的基坑寬度而不斷增加，但其位置基本保持不變，均在坑邊約5.5m位置。當(dāng)基坑在42m寬度下時(shí)，與坑邊有37m距離的地表約有1.95mm的沉降值，說明基坑深度2倍范圍內(nèi)是坑外土地沉降影響區(qū)域。同理，對比基坑隆起值可知。基坑的最大隆起值在各種基坑寬度下均出現(xiàn)在圍護(hù)樁周圍。且基坑隆起最大值在42m基坑寬度下約有53.6%的增長率。分析原因在于，樁體出現(xiàn)較大朝向坑內(nèi)的位移，導(dǎo)致基底遭到較強(qiáng)擠壓，引起土體出現(xiàn)過大隆起量。圍護(hù)樁最大彎矩值如表2所示。分析圍護(hù)樁彎矩可知，圍護(hù)樁彎矩在僅改變基坑寬度而不改變支撐位置時(shí)，有基本一致的變形曲線。圍護(hù)樁第一道支撐在增加基坑寬度時(shí)，表現(xiàn)出正彎矩也隨之上升規(guī)律，而第二、三道支撐則表現(xiàn)出隨之減小的規(guī)律，各支撐間負(fù)彎矩均有所增加。

4開挖施工技術(shù)要點(diǎn)

①為保證鋼支撐及時(shí)架設(shè)，所需鋼支撐應(yīng)由專人進(jìn)行配置檢查，確保支撐長度及軸線偏差滿足設(shè)計(jì)要求。②鋼支撐架設(shè)的滯后時(shí)間不超過8h，架設(shè)完成后需及時(shí)正確施加預(yù)應(yīng)軸力。③對于為保證挖機(jī)有效作業(yè)空間，鋼管支撐安裝滯后的鋼支撐，在土方開挖后及時(shí)架設(shè)鋼支撐，如果因?yàn)樘鞖?、交通、機(jī)械等因素不能連續(xù)出土的情況，應(yīng)先架設(shè)鋼支撐，保證支撐的穩(wěn)定。④臺階法開挖放坡系數(shù)，需嚴(yán)格按照勘察報(bào)告結(jié)合規(guī)范確定，嚴(yán)禁坡度過大，造成坍塌。⑤基坑開挖過程中，加強(qiáng)場地排水，及時(shí)掛網(wǎng)噴漿，防范樁間土流失，以免造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)變形。⑥基底以上300mm的土方，應(yīng)采用人工清底，以免對于基底原狀土造成擾動。⑦在整個(gè)基坑開挖過程中，加強(qiáng)基坑監(jiān)測工作?？紤]到城市軌道交通明挖基坑施工過程中的多數(shù)安全風(fēng)險(xiǎn)均具備顯著的外在特征與穩(wěn)定的客觀發(fā)展規(guī)律，管理人員可以根據(jù)所收集信息、施工現(xiàn)場情況來提前預(yù)測各類安全隱患及突發(fā)事件的出現(xiàn)概率。因此，需要同步開展基坑施工監(jiān)測工作，持續(xù)觀測基坑結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)、變形情況，切實(shí)掌握穩(wěn)定性變化規(guī)律，及早發(fā)現(xiàn)施工安全風(fēng)險(xiǎn)并采取有效防范措施。。

結(jié)束語

綜上所述，在城市軌道交通明挖基坑施工期間，施工單位必須認(rèn)識到實(shí)際存在與可能形成的施工安全風(fēng)險(xiǎn)，樹立安全生產(chǎn)意識，積極采納上述提及的問題解決對策，建立起現(xiàn)代化施工安全管理體系與風(fēng)險(xiǎn)防范機(jī)制，消除施工安全管理盲區(qū)，突破傳統(tǒng)管理體系局限性，嚴(yán)防施工安全事故的出現(xiàn)。

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