地下通道工程深基坑开挖施工技术.doc

浅谈地下通道工程深基坑开挖施工技术

摘要：本工程地处长江漫滩地区、紧邻长江沿岸，局部地段存在软流塑状态淤泥质粘土，地下水位高，地层透水性强。工程围护结构地下连续墙最深53.4m，底板埋深最大达27m左右。基坑开挖面积达7万平米，土方开挖分放坡开挖和垂直开挖，基坑总体格局是毫无规则的,基坑内分布着数条形状各异的坑中坑，且深度方向极度不对称，这在国内同类工程中极为罕见。
关键词：地下通道 深基坑开挖 坑中坑 围护结构
1.工程概况
南京市梅子洲过江通道接工程是2014年青奥会的主要配套工程之一，工程的核心控制性区域为地下立交段施工，主要采用明挖暗埋法施工，“坑中坑”设计为其主要特点，采用大放坡开挖的地下空间基坑内套直立开挖的隧道基坑的形式，基坑最大挖深27m，最大挖宽258m，最大挖长320m。地质核心区开挖范围土质主要为杂填土、淤泥质粉质粘土、粉砂、粉细砂、粉质粘土夹粉砂等不良地质。
2、工程重点、难点分析
基坑开挖施工的主要重、难点有：
（1）梅子洲主隧道自身结构开挖深度大，最深达到27m，开挖过程中可能出现围护结构变形、开裂、墙缝或地基涌水、涌砂、地面沉降、坑底隆起等情况，可能造成围护结构和支撑结构的失稳,是本工程的难点；
（2）本工程靠近长江大堤，邻近建筑物包括在建青奥中心及在建国际风情街，基坑面积大，开挖深，属于长江低漫滩地区，如何按需进行基坑降水，控制开挖过程中周边地面沉降是施工的重点；
（3）深大基坑施工难度大，基坑存在悬臂式结构开挖，围护结构体系稳定安全控制难，基坑支撑体系的及时稳固是支撑施工的重点。
3.解决对策及思路
3.1开挖原则
(1)基坑开挖必须在降水井完成并正常运营，地下连续墙、围护桩、立柱桩、抗拔桩、止水帷幕、地基加固达到设计强度后方可进行。
（2）基坑每一层开挖时确保已经将地下水水位降低至开挖面下至少1米。
（3）基坑开挖按照“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则进行开挖。
(4)钢管支撑开挖至设计底标高底时及时支撑(钢支撑底部放在开挖面上)，砼支撑开挖至设计顶标高时,开槽、施工垫层、绑钢筋、立模板、浇筑混凝土支撑。尽量减少基坑无支撑区域及暴露时间，严禁超挖。
3.2开挖面布置
6米以上的土层采用2台PC360型挖掘机开挖；深度在地面下6米~地面下12米的土层，地面使用2台现代305长臂挖掘机。基坑中布置PC220、PC130和PC60配合开挖。开挖深度在地面下12米以下时，使用2台现代375长臂挖掘机进行施工,基坑中布置PC130和PC60配合开挖。开挖示意图见图1-1～1-3。
图1-1浅层土方开挖示意图

图1-2深层土方开挖示意图

图1-3深层土方开挖示意图
具体开挖步骤如下：
（1）基坑首道钢筋混凝土支撑浇筑完毕并达到设计强度后，开始基坑第一层土方开挖施工，整个基坑宽度内由两台挖掘机进行首层土开挖。基坑第一层土方纵向开挖第一台阶底部宽度设置为6米，开挖深度为开挖至第一道钢支撑底部0.5米。根据施工图纸设计，首道混凝土支撑距离钢支撑距离为4.5米，则首层土开挖高度为5.0米。首层土台阶按照1:1进行放坡，根据首层土开挖高度和底部台阶施工长度则，顶部纵向挖掘长度为11米。
（2）第一层土开挖完毕，基地标高开挖至第一层钢支撑底部0.5米后，开始进行第一层钢支撑安装。第一层钢支撑安装完毕后，挖掘机进入基地进行第二层土方开挖。第二层土方从基坑中间向两侧开挖，土方由第一台阶处挖掘机转至第一台阶顶面，由顶层挖掘机进行挖除，自卸汽车外运至弃土场。根据设置第二层土方开挖高度为3.5米。第一层第一道钢支撑之间的土方开挖完毕后，挖掘机后退开始安装第二道钢支撑。基坑进行第二层土开挖的同时，顶层土同步开挖后退，形成基坑开挖第二个台阶。
（3）第二层土方开挖完毕后，基地标高开挖至第二层钢支撑底部0.5米后，开始进行第二层钢支撑安装。第二层钢支撑安装完毕后，挖掘机进入基地进行第三层土方开挖。第三层土方从基坑中间向两侧开挖，土方由第二台阶处挖掘机转至第一台阶顶面，有第一台阶顶面转至顶层，由顶层挖掘机进行挖除，自卸汽车外运至弃土场。根据设置第三层土方开挖高度为3.5米。第二层第一道钢支撑之间的土方开挖完毕后，挖掘机后退开始安装第二道钢支撑。基坑进行第三层土开挖的同时，顶层土同步开挖后退，形成基坑开挖第三个台阶。
（4）第三层土方开挖完毕后，基地标高开挖至第三层钢支撑底部0.5米后，开始进行第三层钢支撑安装。第三层钢支撑安装完毕后，挖掘机进入基地进行第四层土方开挖。第四层土方从基坑中间向两侧开挖，土方由第三台阶处挖掘机转至第二台阶顶面，由第二台阶转至第一台阶再转至顶层，由顶层挖掘机进行挖除，自卸汽车外运至弃土场。根据设置第四层土方开挖高度为3.0-3.6米。第三层第一道钢支撑之间的土方开挖完毕后，挖掘机后退开始安装第二道钢支撑。基坑进行第三层土开挖的同时，顶层土同步开挖后退，形成基坑开挖第四个台阶。第四层土方为该段最底层土方，在进行第四层土方开挖时，开挖底标高控制在基地标高以上0.3米，剩余0.3米由人工进行挖除，长臂挖掘机垂直挖出基坑。
3.3混凝土支撑、围檩、钢支撑等支撑体系的施工
在基坑开挖每一层结束前，将该层所需混凝土支撑和钢支撑所需的钢筋加工成品，模板、钢管支撑、各种施工机具准备好。当该层开挖完成，由现场技术员确认可以施工支撑时，立刻进行材料吊运和支撑施工工作。
3.3.1、钢支撑施工
①本工程用的钢支撑用φ609，t=16mm的钢管制作，钢管采用法兰盘连接。
②钢支撑的一端为活络头，活络头按照图纸要求在地面加工。钢管制作时按设计要求制备足够数量的连接法兰盘、螺栓、楔块、千斤顶底座。
③根据土方开挖的速度，提前配齐所需的钢支撑及楔块等，并将钢管配成设计长度，等待工作面挖出后进行安装。钢支撑施工按照挖完一段随即支撑一段的原则进行，使其能及时发挥支护作用减小围护的变形。
④钢支撑所在之处的土方挖完以后，通过测量放出该道支撑与围护的接触点，凿出该点预埋钢板,保证支撑与墙面垂直，位置适当。量出两个相对应的支撑点之间距离，校核已在地面上拼配好的支撑的长度。
⑤钢支撑的一端为活络头，钢管拼装时，按设计长度通过法兰盘和螺栓连接，拼装偏差不大于20mm；预先在支撑要加预应力的一端焊好千斤顶底座。
⑥钢支撑通过汽车吊吊装。吊装到位后，先不松开吊钩，将一端的活络头拉出顶住地连墙，再将2台液压千斤顶放入顶压位置，为方便施工并保持千斤顶加力一致，2台千斤顶用自制托架固定。千斤顶一端顶在地连墙上，一端顶在底座上，接通油管后即可开泵施加预应力，预应力施加到位后，用钢楔块撑紧端头处的缝隙并焊牢。然后回油松开千斤顶，解开起吊钢丝绳，完成这根支撑的安装。

结论：本工程在项目建设中所面临的超大超深异形非对称基坑及坑中坑、邻近长江强透水地层、青奥配套项目工期异常紧张等一系列难题通过了“长江漫滩高承压水大型基坑内套直立基坑开挖施工技术”的应用，采用上下分序、平面分段、动态监测等技术措施，解决了非对称异形坑中坑、多梯度基坑群土方开挖相互交错相互影响的问题，实现了在类似建设条件下修建复杂地下立交工程的技术突破，对同类地下工程的建设起到了重要的技术示范作用。