城市复杂环境下隧道基坑围护结构的设计与监测研究.pdf

柳莹莹:城市复杂环境下隧道基坑围护结构的设计与监测研究地基与基础DIJIY U JIC H U 工程与建设 年第 卷第期 收稿日期:;修改日期:作者简介:柳莹莹(),女,山东烟台人,工程师城市复杂环境下隧道基坑围护结构的设计与监测研究柳莹莹(山东昆嵛路桥工程有限公司,山东 烟台 )摘要:市政隧道工程是有效缓解中心城区交通拥堵的手段之一.为解决城区复杂环境下隧道基坑工程的结构设计和变形问题,本文以江阴市长山大道敔山湖隧道基坑工程为研究对象,运用分段设计的方法对隧道深基坑工程进行围护结构设计,并采用现场实测的手段对隧道基坑工程开挖过程中的变形和水位进行监测.结果表明:对隧道基坑采用分段开挖,区段一采用放坡,坡面采用挂网喷混凝土防护,区段二采用H型钢水泥土搅拌墙为围护和止水结构,钢筋混凝土支撑、钢支撑为内支撑,区段三采用钻孔灌注桩为围护,钢筋混凝土支撑、钢支撑为内支撑,并辅于三轴搅拌桩为止水结构;区段二最大水平位移为 m,最大水平位移发生在围护结构深度 m处,最大水平位移为 m,发生在桩身深度 m处,选取的结构形式和设计深度达到了变形控制效果;水位监测表明设计的围护结构能够有效地起到止水帷幕的效果,对基坑降水的控制良好,可为隧道深基坑的开挖提供了良好的隔水条件.关键词:隧道深基坑;城市环境;围护结构设计;明挖顺作法;基坑监测;敔山湖隧道中图分类号:U 文献标志码:A文章编号:()引言城镇化的加速发展不仅使得城区人口密度急速提升,而且也给居民的出行带来挑战,中心城区紧张的土地资源使得交通拥堵现象日益加剧.市政地下隧道大幅拓展了出行空间,提高了出行效率,在缓解交通出行问题中发挥了重要的作用,成为城市立体交通体系中极为重要的组成部分.与山岭隧道不同,城区的隧道工程为了节约工期和工程造价,减少地表交通时间,往往选择明挖法施工,但城区复杂的周边环境又对隧道施工安全、施工工艺提出了更为严格的要求 .隧道基坑围护结构形式的选择与设计直接影响着工程的安全和造价;另一方面,不同的围护结构形式具有不同的结构刚度,会造成基坑变形量大小不一,进而影响城区敏感的周边环境,造成不良社会影响.本文尝试依托江阴市长山大道敔山湖隧道,运用分段设计的方法对隧道深基坑工程进行围护结构设计,并采用现场实测的手段对隧道基坑工程开挖过程中的变形和水位进行监测,研究成果可为中心城区复杂环境下的市政隧道工程开挖提供借鉴.工程概况长山大道快速化改造工程北起东定路,南至半夜浜桥,它是江阴市“格网”状干线网络的组成部分,项目的合作模式采用P P P模式,总 投 资 额 为 万 元(其 中 建 设 投 资 万元),全线长度为 m,双向四车道,起终点里程K K ,本工程段主要含有敔山湖隧道及云亭高架等专业工程的土建施工.敔山湖隧道设计行车速度为 k m/h,主线隧道净宽:()m,匝道隧道净宽:m m mm m m.本工程场地类别:K K 、K K 、K K 范围为类场地,特征周期为 s;K K 、K K 、K K 、K K 范围为类场地,特征周期为 s;K K 范围为类场地,特征周期为 s.隧道设计环境类型为类环境,隧道主体设计防水等级为二级,抗浮设计不计地层侧摩阻力时,结构重要性系数为 .隧道场区工程地质条件及周边环境 隧道场区工程地质条件项目沿线地貌类 型属 于 长江 三 角 洲 冲 湖 积 平 原,其 间零星分布构造剥蚀残丘,场地的地形相对平坦,无明显沟浜塘分布,沿线主要为现状道路,勘察期间测得各勘探孔标高在 m.根据地质调查和本次勘察揭露地层情况,可将场地地貌分为构造剥蚀残丘和冲湖积平原两个地貌类型,其中K K 、K K 路 段 为构造剥蚀残丘地貌(区),其余路 段为 长 江三 角洲 冲湖 积平原地貌(区).基坑开挖影响范围内岩土层工程特性见表.地基与基础DIJIY U JIC H U柳莹莹:城市复杂环境下隧道基坑围护结构的设计与监测研究 工程与建设 年第 卷第期表各土层的分布及岩土工程特性岩土名称厚度/m平均厚度/m层底标高/m层底埋深/m工程特性 层杂填土 表层为混凝土路面,下部为粉质黏土 层淤泥 灰色,流塑,含腐殖物,有嗅臭味 层淤泥质粉质黏土 灰色,流塑,夹粉土薄层,韧性及干强度中等 层黏土 灰黄色,可塑,韧性及干强度高 层粉质黏土 灰色,可塑,韧性及干强度中等 层黏土 灰黄色,可塑硬塑,韧性及干强度高 层粉质黏土 灰黄色,可塑,干强度及韧性中等 层黏土 灰黄色,可塑硬塑,韧性及干强度高 层黏土 灰黄色,硬塑,韧性及干强度高 层粉质黏土 褐黄色,可塑,韧性及干强度中等 层粉质黏土 灰黄色,软塑,韧性及干强度中等.层粉土 灰色,湿,中密,摇震反应迅速,夹少量石英、云母碎屑 层粉质黏土 灰色,可塑,韧性及干强度中等 层粉质黏土 灰色,软塑,韧性及干强度中等 层黏土 青灰色,可塑硬塑,干强度高 隧道场区周边环境在倍隧道基坑开挖深度范围内的建筑物及构筑物见表.表倍隧道基坑开挖深度范围内的建筑物及构筑物位置与基坑距离/m邻近建筑物/构筑物K 江苏申利实业股份有限公司办公楼K 西侧 k V高压线塔K 西侧 k V高压线塔K K 西侧 金科东方大院K K 东侧 藏品敔山湾K 西侧 k V高压线K 人行天桥及东侧游客服务中心K 西侧 k V高压线塔K 西侧 k V高压线塔K 西侧 k V高压线塔隧道基坑工程围护设计敔山湖隧道基坑开挖深度由隧道接地点位置的 m按设计纵坡逐渐加深至暗埋段中部位置的 m(设备房局部挖深为 m),基坑面积约为 m.隧道采用明挖顺作法施工,根据开挖深度的不同,采用分段设计的方法对隧道基坑设置不同的围护结构,开挖深度小于 m采用放坡开挖,开挖深度为 /m采用型钢水泥土搅拌墙(桩直径为 mm)内支撑的形式,开挖深度大于 /m采用钻孔灌注桩(由直径 mm和直径 mm两种桩型组成)内支撑的形式.根据开挖深度的不同,围护结构内支撑的支撑数量也有所不同,由一至三道内支撑不等组成.为保证基坑支护的稳定性,第一道支撑采用钢筋混凝土支 撑,并 与冠 梁连 接 牢 固,第 二 道、第 三 道 则 采 用 钢管支撑,采用钢腰梁与围护结构连接.设计区段划分如下:区段 一 里 程 段 为K K (开 挖 深 度 小 于 m,C S C S)、K K (开挖小于 m,C S ),采用放坡,坡面采用挂网喷混凝土防护,喷C 混凝土面层厚度为 mm,钢筋网采用 ,坡面按 m m设置泄水孔,坡脚采用双轴搅拌桩加固(K K ),基坑围护剖面如图所示.图区段一围护结构剖面图柳莹莹:城市复杂环境下隧道基坑围护结构的设计与监测研究地基与基础DIJIY U JIC H U 工程与建设 年第 卷第期 区段二里程段为北侧K K 开挖深度为 m(C S C S)、南侧K K 开挖深度为 m(C S C S )、YA匝 道YAK YAK 和Y B匝 道Y B K Y B K 开挖深度为 m,采用 型钢(内插 H型钢)水泥土搅拌墙作为围护结构和止水结构,采用钢支撑和钢筋混凝土内支撑作为横向支护,型钢隔一插一,基坑围护剖面如图所示.图区段二围护结构剖面图区段三里程段为K K 主线隧道,开挖深度H /m,采 用 围 护 结 构 为 直 径 mm、间 距 mm,直径 mm、间距 mm的钻孔灌注桩,止水结构为直径 mm、间距 mm的三轴搅拌桩,采用钢支撑和钢筋混凝土内支撑作为横向支撑,基坑围护剖面图如图所示.图区段三围护结构剖面图地基与基础DIJIY U JIC H U柳莹莹:城市复杂环境下隧道基坑围护结构的设计与监测研究 工程与建设 年第 卷第期隧道基坑工程监测分析对隧道深基坑工程的水平位移和降水深度进行现场实测,图为不同区段的围护结构水平位移变化曲线,图为不同区段基坑降水深度变化曲线.图不同区段基坑围护结构水平位移变化曲线从图可以看出,在区段二中,由于基坑开挖深度较浅,基坑底 部 标 高 在 m至 m变 化,即 深 度 为 m m地层,采用S MW工法桩内支撑的最大水平 位 移为 m,最 大水 平位 移 发生 在围 护结 构 深度 m处,为基坑底部附近,满足规范要求,表明选取的结构形式和设计深度达到了变形控制效果;而在区段三中,基坑深度逐步变深,基坑底部标高在 m至 m变化,即深度为 m m地 层,采 用 和 灌注桩的最大水平位移为 m,发生在围护结构深度 m处,为基坑底部附近,满足规范要求,表明选取的结构形式和设计深度达到了变形控制效果.图不同区段基坑降水深度变化曲线从图可以看出,对不用区段的基坑降水维持 d的监测,区段二的基坑降水在 d之内迅速下降,随后逐步稳定在 m,比该区段最大基坑深度略大;在区段三中的基坑降水曲线也具有相似的规律,在 d之内迅速下降,随后逐步稳定在 m,比该区段最大基坑深度大,表明设计的围护结构能够有效起到止水帷幕的效果,对基坑降水的控制良好,为隧道深基坑的开挖提供了良好的隔水条件.结论本文以江阴市长山大道敔山湖隧道基坑工程为研究对象,运用分段设计的方法对隧道深基坑工程进行围护结构设计,并采用现场实测的手段对隧道基坑工程开挖过程中的变形进行监测,得到以下几个结论:()对隧道基坑采用分段开挖,区段一采用放坡,坡面采用挂网喷混凝土防护,坡脚采用双轴搅拌桩加固;区段二采用H型钢水泥土搅拌墙(S MW)内支撑的支护形式,型钢隔一插一;区段三采用 和 灌注桩作为围护结构,三轴搅拌桩止水作为止水结构,采用钢支撑和钢筋混凝土内支撑作为横向支撑.()位移监测表明,区段二最大水平位移为 m,最大水平位移发生在围护结构深度 m处,区段三最大水平位移为 m,发生在围护结构深度 m处,为基坑底部附近,满足规范要求,表明选取的结构形式和设计深度达到了变形控制效果.()水位监测表明,区段二、区段三的基坑降水在 d之内迅速下降,随后逐步稳定,均比相应区段最大基坑深度大,表明设计的围护结构能够有效起到止水帷幕的效果,对基坑降水的控制 良 好,为隧 道 深基 坑的 开 挖提 供了 良好 的 隔水条件.参考文献胡云华临江高承压水超深基坑开挖抗突涌分析与对策:以南京纬三路长江隧道梅子洲风井基坑为例J隧道建设,():周傲,王斌,李洁涛,等太湖隧道软土基坑长期稳定性分析与变形预测J浙江大学学报(工学版),():孙威,杨斌,张雪婵妈湾跨海隧道明挖段基坑施工风险评估J施工技术,():王桂林,陈相宇,冉龙宝,等隧道明暗挖分界面处基坑支护桩施工力学效应J地下空间与工程学报,():徐国元,邱蕴佳,刘启清软土深基坑分区开挖顺序对支护桩及城轨隧道影响的数值分析J河南理工大学学报(自然科学版),():王康任,庞小朝,顾问天,等基岩注浆截水帷幕在城市 m超深基坑工程及 紧邻地铁保护 中的应用J土木 工程学报,(S):邹翀,张文新,李云涛,等海域围堰复杂地质深基坑支护的变形规律分析J隧道建设(中英文),():张会荣,谢乔木海口文明东越江隧道围堰明挖法设计关键技术研究J隧道建设(中英文),(S):孙九春,白廷辉软土地铁深基坑开挖过程中围护侧向变形控制方法研究J隧道建设(中英文),(S):