复杂地质大型地下洞室开挖与支护技术

陈旭

中国葛洲坝集团建设工程有限公司 云南省昆明市 650000

摘要：近年来，随着城市立体化建设的不断发展，地下空间规模不断扩大，建筑地下空间的利用也逐渐趋向于复杂化和多样化，对深基坑支护的要求也越来越高。传统单一支护形式因安全性、经济性和施工进度计划等问题难以满足这类建筑的需求，因此，多种支护组合形式的深基坑施工技术越来越受到业界的关注和青睐。

关键词：复杂地质；大型地下洞室；开挖与支护；技术

引言

近年来在大中城市尤其是一线城市中，大量的大型桥梁工程、高层建筑以及地下通道都涉及到了深基坑工程。复杂地质深基坑具有开挖范围广、深度大、周围环境复杂等特点，潜水区还需考虑水的影响，工程施工难度大。因此，为保证新建基坑稳定，控制由于基坑施工引起的附近地层移动，大型桥梁工程开挖施工的技术分析显得尤为重要。本文着重研究复杂地质条件深基坑支护的设计及施工关键技术，其研究成果对同条件下的桥梁建设具有重要理论和实际意义。

1复杂地质大型地下洞室开挖与支护现状分析

在隧道工程施工过程中，由于工程条件的复杂性，常常发生施工中安全事故。为了保证施工安全及隧道投入运营后的安全，在施工过程中对围岩进行监测是十分必要的，通过现场围岩监控量测及时掌握围岩和支护在施工中的力学动态及稳定程度，为评价和修改初期支护参数、力学分析及支护施作时间提供信息依据。由于监测设备的技术水平以及安装等现实条件的限制，利用解析的方法求解支护结构应力较为困难，通常需要靠间接方法作位移反分析。而利用时间序列法、回归分析法、灰色系统预测、神经网络模型等方法较为成熟，其中回归分析的方法最简单，在早期计算机不发达的年代应用广泛。神经网络法、时间序列分析法等随着现代计算资源的发展而有了飞快的进步。

2地基土分层分析

地基土自上而下分为6大层，细分为10个亚层，分别为：①0杂填土全场分布，层顶埋深0.00m～0.00m，层厚1.00m~4.50m；①1粘质粉土局部缺失，层顶埋深1.00m~2.90m，层厚0.90m~3.80m；①2-1粘质粉土全场分布，层顶埋深2.90m~5.50m，层厚1.50m~5.00m；①2-2砂质粉土全场分布，层顶埋深5.50m~8.10m，层厚1.10m~3.70m；②2砂质粉土全场分布，层顶埋深8.20m~11.60m，层厚4.40m~9.60m；③2淤泥质粉质粘土全场分布，层顶埋深13.70m~18.30m，层厚21.50m~27.70m；④2粉质粘土局部缺失，层顶埋深39.50m~42.00m，层厚1.10m~7.00m；⑤2粉质粘土局部缺失，层顶埋深39.80m~46.50m，层厚0.70m~2.40m；⑤3夹细砂局部分布，层顶埋深41.60m~44.90m，层厚0.60m~3.10m；⑥3圆砾胶结性较好，局部粘性土含量较高，全场分布，层顶埋深43.90m~47.20m，最大揭露层厚9.8m。深基坑坑底在②2砂质粉土层，土方开挖范围内地基土物理力学指标。

3大型地下洞室开挖方法

3.1SMW工法桩施工

本工程从投资方的角度来看，在经过技术可行性、经济效益性、工程安全性等方面的对比分析后，SMW工法都有一定优势。SMW工法特别适合以粘土和粉细砂为主的松软地层，挡水防渗性能好，不必另设挡水帷幕。且SMW工法以水泥土桩为主体结构，向其中置入H型钢，构成的结构兼具承受荷载与防渗、挡水双重作用。本工程SMW工法桩施工工艺流程为：清除障碍物、场地平整→定位放线→开挖沟槽→导向型钢定位、划定钻孔位置→搅拌机就位、校正复核桩机水平和垂直度→钻头喷浆并切割土体下沉至设计桩底标高→停留搅拌并提升复搅、成桩→桩机移位、定位、校正→履带吊辅助插入型钢→下道工序重复施工。

3.2水泥搅拌桩施工

为了确保基坑开挖的安全，项目部进行了两次水泥搅拌桩试桩。水泥搅拌桩的试桩位于基坑加固范围内靠近小里程最外侧的两个桩位上，两次试桩长度分别为：1#水泥搅拌桩试桩长度为24m；2#水泥搅拌桩试桩长度为24.5m。试桩目的如下：（1）确定水泥搅拌桩的施工工艺；（2）确定水泥搅拌桩合适的搅拌次数、水泥浆的流量等，为下一步水泥搅拌桩的全面施工提供合理的依据；（3）确定最佳的技术参数和施工组织。

3.3型钢斜抛撑施工

型钢斜抛撑在控制基坑位移、施工工期、经济效益、减少环境污染等方面具有较大的优势，适用于各种土层。基坑北侧中部距离在建项目深基坑较近，为了增加施工空间，故采用型钢斜抛撑，使用该支护方法能够加大挖土空间，使得土方开挖更加方便。型钢斜抛撑施工工艺流程：预留区土方开挖至围檩底→围檩梁施工→预埋件安装→围檩梁混凝土强度达到设计要求→土方开挖至底部预埋件底标高→施工底板预埋件或者底板预埋件施工→安装支撑。型钢斜抛撑施工完毕后，所有深基坑支护即全部施工完成。

3.4基坑开挖及钢支撑施工

根据地质条件，首先采用2台卡特320挖机从第一层混凝土支撑开始开挖基坑；待挖至冠梁底以下时更换挖机型号，采用120型挖机在基坑内进行开挖；然后由抓斗转运基坑内土方至外侧，挖机配合抓斗开挖基坑，平均4天挖完一层；待挖至桩头时，由于120型挖机机身宽度大于桩距，所以采用2台60型挖机更换120型挖机继续开挖。因为高压旋喷桩施工加固地基的原因，导致基坑底的土质过硬，一台小挖机更换炮锤凿松土方，另一台小挖机继续给抓斗喂土，大约7天挖完半幅，工效较慢。人工使用风镐机造出工法桩内型钢然后施工钢支撑围檩，围檩与钢支撑端头应紧密贴牢且在工法桩的型钢上焊接钢牛腿支撑围檩。土方应分层、均匀、对称开挖，开挖顺序应严格按照“平面分区、竖向分层、先撑后挖”的顺序进行。开挖土方为7010.12m3。具体的开挖工序依次为：基坑加固完成后平整标高至24.50处，施工冠梁及第一道混凝土支撑；基坑开挖至标高19.9处，施工第二道钢支撑；基坑开挖至标高16.30处，施工第三道钢支撑；基坑开挖至标高13.30处，施工第四道钢支撑；基坑开挖至底标高处，干封底施工50cm厚C30钢筋混凝土封底。

4大型地下洞室支护方法

针对地下洞室施工过程中遇到的各类工程问题，现场及时开展了动态反馈分析工作，从现场调研、理论分析、数值模拟等多角度，分析各种工程问题产生的原因，并提出相应的处理措施和建议，有针对性地实施了局部加强支护，包括适度加密系统锚杆和锚索、降低锚索锁定吨位、对IV类围岩采用较高密度的锚杆及预应力锚索和钢筋混凝土修补等处理措施，以提高岩体抗破坏能力，保障围岩稳定。从目前的监检测数据和工程实践情况来看，针对各类工程问题的动态反馈分析论证是基本合理的，为洞室的及时支护优化设计与安全控制提供了科学依据;现场采取的处理措施总体是及时有效的，能尽可能的减小和避免了洞室不稳定问题或施工安全问题的发生，使得洞室整体开挖支护顺利完工，总体上实现了本项目中动态设计与监测反馈分析的研究目标。

结束语

本技术在边坡开挖支护施工中得到了较好的应用，消除了施工安全风险，有效控制了边坡变形，确保工程施工质量和安全的同时，加快了工程施工进度，施工进度完全满足工程蓄水验收要求，得到了业主、监理以及质监总站质量专家组的一致好评，对其他类似工程具有一定的参考价值和借鉴意义。

参考文献

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