隧道基坑支护工程地质分析和方案设计

钟涛

(广州市市政工程设计研究院，广东广州 510060)

自20世纪90年代以来，随着广州市经济快速发展，为缓解城区日益增长的交通压力，车行隧道作为解决城市立体交通问题的方案逐渐为政府主管部门和市民接受，并在近几年得到迅速推广，目前已修建30多条城市车行隧道。大量城市车行隧道的建成，较好地改善了城市交通堵塞状况，保护了城市环境，产生了良好的经济和社会效益。

1 现阶段隧道基坑施工方法

基坑工程设计要根据设计依据，设计标准，确定合理，便捷，安全经济的基坑开挖方法，并在此基础上作出围护结构，支撑体系，地基加固和开挖施工等配套设计。基坑工程开挖方法主要有:放坡开挖、无支撑围护开挖、有支护分层开挖、中心岛开挖、壕沟式开挖、逆筑法开挖、沉井开挖。现在隧道工程施工过程中基坑围护结构的主要类型有:

(1)钢板桩

钢板桩是用锤击打入带锁口的钢板桩，使之在基坑四周闭合，抵抗板桩背后的水，土压力，达到基坑内外稳定。钢板桩适用于软土，淤泥质土及地下水多地区，难于打入密砂硬粘土中，钢板桩间若咬合不好，易渗水，涌砂。

(2)灌注桩

灌注桩属于非挤土或少量挤土桩，桩身刚度大，除能承受较大的竖向荷载外，还能承受较大的横向荷载，增强建筑物的抗震能力，还可在基坑开挖后继续作为地下室的承重墙等永久性结构使用。

(3)地下连续墙

地下连续墙的墙体刚度大，整体性好，因而结构和地基变形都较小，既可用于超深围护结构，也可用于主体结构。

(4)土钉支护

在基坑开挖坡面，用机械钻孔或洛阳铲成孔，孔内放钢筋并注浆，在坡面安放钢筋网，喷射混凝土，使土体、钢筋与喷射混凝土面板结合，成为深基坑土钉支护。适宜于地下水位以上或经降水措施后的杂填土，普通粘土或松散性砂土。

(5)逆作法施工

深基坑逆作法施工是从地上往地下逐层支撑挖土施工，可以地下、地上同时施工，充分利用空间，时间，缩短工期，可节约大量投资。

2 工程概况

隧道工程位于广州市科学城中心区东南部，北接科东大道，南至黄云路，规划为城市主干道，隧道总长为 672 m，宽为 28.6 m;右转匝道下穿广深高速公路及南部一横路后与主线隧道相接，右转匝道总长为335 m，宽为7.6 m。

3 工程场地地质条件

本工程场区工程地质条件:场地位于广州市东郊科学城，场区地貌主要呈剥蚀残丘和山间凹地，起伏较大，拟建隧道主要位于山间凹地，地势相对较为开阔，四周分布着残丘和果树。

场地主要出露地层:人工填土层(Qml4):①1素填土、①2耕土;第四系上更新统冲积层(Qal3):②1淤泥、淤泥质亚粘土、②2粉质粘土、②3中、粗砂;残积层(Qel):③1可塑砂质粘性土、③2硬塑砂质粘性土;燕山晚期()花岗岩:④1全风化带、④2强风化带。

场区地处低丘陵地带地势低洼的丘间凹地，为地表水与地下水的径流排泄区。地下水类型主要为上层滞水和孔隙水。其中砂层孔隙水是场区的主要含水层，主要接受大气降水直接渗入补给和河涌的侧向补给。

4 隧道基坑支护设计

本工程基坑支护具有以下特点:场地地势开阔;广深高速公路桥底净空较小，仅 3.0 m，大型机械施工困难;场区地处低丘陵地带地势低洼的丘间凹地，地下水含量丰富。

基坑支护总体采用放坡和土钉墙支护，搅拌桩或旋喷桩止水的方案，即在开阔地段采用放坡、在穿越广深高速公路桥孔段采用土钉墙的支护形式，并结合搅拌桩或旋喷桩止水。选取代表性工段A、B、C、D为例分别介绍设计方案。

工段A:适用于场地开阔，周边无大的建筑物地段，基坑开挖深度 2.50 m～8.00 m，采用一级或二级放坡开挖方案，坡率均为 1∶2。第一级放坡坡脚距地面 2.50 m，坡脚宽 2.00 m，并在第一级放坡坡脚处设置 Φ500 mm搅拌桩止水;第二级放坡至基坑底。于一级放坡坡脚靠基坑开挖一侧布设一排Φ500 mm深层搅拌桩，搅拌桩要求穿过砂层进入粘性土层不少于 0.5 m。面板网筋采用5号铁丝网按150 mm×150 mm编网;加强筋采用 Φ16 mm钢筋菱形布设，焊牢于土钉端部;坡面开挖后如有渗水，应根据实际情况设置泄水孔。

图1 工段A设计图

图2 工段B设计图

工段B:适用于隧道下穿广深高速公路段地段，开挖深度 5.50 m，采用土钉墙支护，旋喷桩止水的方案。

沿基坑开挖边线布设一排Φ600 mm旋喷桩，旋喷桩间距为 400 mm，要求穿过砂层进入粘性土层不少于 0.5 m。沿基坑开挖面布设五排土钉，土钉杆体采用Φ48×3.5 mm焊管，用人工或机械直接打入。沿基坑开挖边线向外侧 1.5 m处布设一排摩擦土钉，土钉采用Φ16 mm钢筋。面板网筋采用Φ8 mm钢筋通过加强筋采用Φ16 mm钢筋菱形布设焊牢于土钉端部。

工段C:本工段适用于隧道泵房地段，基坑开挖深度约 4.50 m，设计采用水泥土重力式围护结构进行挡土止水的方案。

在隧道泵房四周布设“格栅式”水泥土重力式挡土墙结构，水泥土桩采用 Φ800 mm旋喷桩，桩长为10.0 m，分五排布设;为增强水泥土的抗剪，在Φ600 mm旋喷桩中心加插Φ25 mm钢筋，长度为6.0 m，位于旋喷桩的上部。

工段D:适用于隧道基坑靠近规划河涌地段，基坑开挖深度为 7.00 m，采用土钉墙支护，搅拌桩止水的方案。

沿基坑开挖边线施工二排Φ500 mm深层搅拌桩，要求穿过砂层进入粘性土层不少于 0.5 m。沿靠基坑开挖边线一侧的搅拌桩中心布设一排Φ25 mm钢筋，位于搅拌桩的上部。基坑开挖面布设5排土钉，土钉杆体采用Φ16 mm钢筋，采用人工或机械直接打入。面板网筋采用铁丝网通过加强筋焊牢于土钉端部。

5 基坑监测

基坑监测的主要项目:基坑周边沉降及位移监测、地下水监测、土体侧向变形监测。通过对施工监测数据的相关分析和信息反馈，掌握隧道施工的变化情况，及时修正设计和指导施工，对施工过程进行有效的预测和控制。当变形超过有关标准或场地条件变化较大时，应加密观测。当有危险事故征兆时，则需进行连续监测。

6 结语

本文结合广州科学城某隧道工程，通过资料调研、理论分析和施工技术研究等手段，通过对地质和场地条件分析，针对工程场地砂层发育和桥底净空小等特点，基坑采用放坡和土钉墙支护，搅拌桩或旋喷桩止水的综合支护设计方案，保证了本工程的顺利完工，为今后城市隧道设计提供了理论和实践经验。

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