明挖

基坑工程是綜合管廊工程實施的第一個環(huán)節(jié)，基坑圍護設(shè)計關(guān)系到管廊結(jié)構(gòu)施工期間的安全、進度，同時對工程整體造價也有較大影響。本文根據(jù)綜合管廊基坑工程的特點，介紹綜合管廊常用的幾種基坑圍護結(jié)構(gòu)型式。

基坑開挖深度是影響綜合管廊圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個重要因素。

綜合管廊縱斷面設(shè)計時，結(jié)構(gòu)頂板覆土需要考慮道路鋪裝、綠化種植、道路橫向支管穿越、節(jié)點夾層布置等要求，通常覆土在1.5~3m，再加上綜合管廊結(jié)構(gòu)高度、墊層厚度等，標(biāo)準(zhǔn)段的管廊基坑開挖深度約5~8m。局部需下穿越河流、避開地下障礙物，或者受地形起伏變化時，開挖深度可超過10m，筆者目前參與過的綜合管廊工程最大開挖深度為14m。

此外場地土體力學(xué)性質(zhì)、地下水狀態(tài)、周邊環(huán)境等也決定基坑圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計的選型。

放坡開挖

采用放坡開挖方法，管廊結(jié)構(gòu)施工不受內(nèi)支撐影響，施工操作面大，施工便利。

當(dāng)場地周邊環(huán)境簡單、地下水位較低、開挖深度不大、土質(zhì)較好時，可以采取放坡開挖方法施工管廊基坑。一般在開挖深度小于10m時采用放開挖坡經(jīng)濟性較好，深度超過10m放坡開挖土方工程量較大，造價較高。

開挖坡率應(yīng)根據(jù)整體穩(wěn)定性分析計算求得。開挖深度大于5m時一般采用分級放坡，同時各級坡間設(shè)置中間平臺。坡面做好護坡措施防止降水對邊坡穩(wěn)定性造成影響。

放坡開挖橫斷面

綜合管廊工程動則數(shù)公里，地形起伏不定，高差較大。放坡平面設(shè)計時，可通過預(yù)先定義好的放坡規(guī)則，采用CIVIL 3D 或者專業(yè)管廊設(shè)計軟件，根據(jù)地形圖上的散點高程自動生成各級放坡線，減輕設(shè)計工作量。

土釘墻圍護

當(dāng)場地受限時，開挖深度在10m以內(nèi)時，可采用土釘墻圍護，通過加大開挖坡率，打設(shè)土釘來減小放坡平面占地面積，節(jié)約施工用地空間。

由于管廊基坑通常為條形結(jié)構(gòu)，開挖寬度普遍在10m左右，土方開挖時間占總工期比例較小，采用土釘墻圍護時，分層打設(shè)土釘費時費力，對土方開挖工期影響較大。

土釘墻圍護橫斷面

拉森鋼板樁

基坑開挖深度在8m以內(nèi)，場地平面受限，且地層滿足鋼板樁打設(shè)要求時（地層為軟粘土、砂性土層），可采用拉森鋼板樁圍護施工管廊基坑。鋼板樁間互相咬合，可以兼做止水。根據(jù)管廊主體結(jié)構(gòu)施工要求，在管廊頂板上方可做一道鋼支撐或錨桿，減小拆換撐工作，加快施工速度。

拉森鋼板樁圍護橫斷面

型鋼樁圍護

型鋼樁圍護與拉森鋼板樁圍護類似，但型鋼樁剛度更大，在土層力學(xué)性質(zhì)差，開挖深度較大時可采用。由于型鋼之間無咬合，采用型鋼樁需另外考慮降水或止水圍幕措施。

型鋼水泥土攪拌墻

型鋼水泥土攪拌墻簡稱SMW工法，施工時在三軸水泥土攪拌樁內(nèi)插入型鋼。水泥土攪拌樁承擔(dān)止水功能，受力則由型鋼承擔(dān)。三軸水泥攪拌樁常規(guī)直徑有600、850、1000三種規(guī)格，相應(yīng)的型鋼有H500×300、H700×300、H850×300多種規(guī)格。

型鋼水泥土攪拌墻在軟土地區(qū)適用，可以有效止水，通過選擇不同的攪拌樁直徑及型鋼止水，基坑開挖深度可達(dá)12~13m。

型鋼水泥土攪拌樁圍護橫斷面

鉆孔灌注樁

鉆孔灌樁圍護適用各類地層，各種開挖深度。但相對造價較高，施工速度較慢。管廊局部節(jié)點由于開挖深度大（超過10m），平面形狀復(fù)雜時，可采用鉆孔灌注樁圍護。場地存在地下水，且無法采用坑外降水措施時，需考慮在鉆孔灌注樁外側(cè)施工旋噴樁止水圍幕。

鉆孔灌注樁圍護橫斷面

SMW工法

 SMW是Soil Mixing Wall的縮寫， SMW工法1976年在日本問世，是日本一家中型企業(yè)--成辛工業(yè)株式會社所擁有和開發(fā)的一項專利，現(xiàn)該法廣泛應(yīng)用于沿海地區(qū)地下連續(xù)墻和深基坑止水帷幕。

優(yōu)點：

（1）擋水性強；

（2）對周圍地基影響面小；

（3）多用途（能適應(yīng)各種地層）；

（4）工期短；

（5）造價低。

適用：城市高架橋下等施工，空間受限制的場合，或海底筑墻，或軟弱地基加固。

方法：

該工法是以多軸型鉆掘攪拌機在現(xiàn)場向一定深度進行鉆掘，同時在鉆頭處噴出水泥系強化劑而與地基土反復(fù)混合攪拌，在各施工單元之間則采取重疊搭接施工，然后在水泥土混合體未結(jié)硬前插入H型鋼或鋼板作為其應(yīng)力補強材，至水泥結(jié)硬，便形成一道具有一定強度和剛度的、連續(xù)完整的、無接縫的地下墻體。SMW工法最常用的是三軸型鉆掘攪拌機，其中鉆桿有用于粘性土及用于砂礫土和基巖之分，此外還研制了其他一些機型。

SMW工法施工順序如下：

a.導(dǎo)溝開挖：確定是否有障礙物及做泥水溝。

b.置放導(dǎo)軌。

c.設(shè)定施工標(biāo)志。

d.SMW鉆拌：鉆掘及攪拌，重復(fù)攪拌，提升時攪拌。

e.置放應(yīng)力補強材（H型鋼）

f.固定應(yīng)力補強材。

g.施工完成SMW.

SMW工法的主要特點

a.施工不擾動鄰近土體，不會產(chǎn)生鄰近地面下沉、房屋傾斜、道路裂損及地下設(shè)施移位等危害。

b.鉆桿具有螺旋推進翼與攪拌翼相間設(shè)置的特點，隨著鉆掘和攪拌反復(fù)進行，可使水泥系強化劑與土得到充分?jǐn)嚢?，而且墻體全長無接縫，從而使它可比傳統(tǒng)的連續(xù)墻具有更可靠的止水性，其滲透系數(shù)K可達(dá)10-7cm/s。

c.它可在粘性土、粉土、砂土、砂礫土、Φ100以上卵石及單軸抗壓強度60MPa以下的巖層應(yīng)用。

d.可成墻厚度550～1300mm，常用厚度600mm；成墻最大深度目前為65m，視地質(zhì)條件尚可施工至更深。

e.所需工期較其他工法為短，在一般地質(zhì)條件下，每一臺班可成墻70～80m2。

f.廢土外運量遠(yuǎn)比其他工法少。

HUW工法

概況

圖示

參數(shù)及應(yīng)用范圍

圍護方案比較點這免費下載施工技術(shù)資料

施工流程和要點

優(yōu)勢

是將滿足設(shè)計深度的附有切割鏈條以及刀頭的切割箱插入地下，在進行縱向切割橫向推進成槽的同時，向地基內(nèi)部注入水泥漿已達(dá)到與原狀地基的充分混合攪拌在地下形成等厚度連續(xù)墻的一種施工工藝。

淺層或臨時支護

1、短柱橫隔板支撐

2、臨時擋土墻支撐

3、斜柱支撐

4、錨拉支撐等支護方式

深度不大的三級基坑，當(dāng)放坡開挖有困難時，可采用以上支撐方式

5、放坡開挖

不設(shè)圍護,僅在基坑四周放坡的坑內(nèi)土體開挖方法，適用于場地開闊，周圍無重要建筑物的工程。

6、斜柱支撐

先沿基坑邊緣打設(shè)柱樁，在柱樁內(nèi)側(cè)支設(shè)擋土板并用斜撐支頂，斜撐底端在木制撐樁上，擋土板內(nèi)側(cè)填土夯實。適于開挖較大型、深度不大的或使用機械挖土的基坑。

7、錨拉支撐

先沿基坑邊緣打設(shè)柱樁，在柱樁內(nèi)側(cè)支設(shè)擋土板，柱樁上端用拉桿拉緊，擋土板內(nèi)側(cè)填土夯實，適用于深度不大、不能安設(shè)橫（斜）撐的大型基坑。

暗挖

設(shè)計依據(jù)：巖承理論(1950’s)

穩(wěn)定的圍巖自身具有承載自穩(wěn)能力；不穩(wěn)定的圍巖喪失穩(wěn)定是一個時間過程；

若在期間提供必要的支承與限制，則圍巖仍可以重新回到穩(wěn)定狀態(tài)。

注重過程與控制，強調(diào)充分利用巖體的自承載能力。

技術(shù)要素：噴錨(網(wǎng))支護【柔性支護與永久襯砌構(gòu)成復(fù)合式襯砌】與監(jiān)控量測

設(shè)計理論—施工方法—支承結(jié)構(gòu)狀態(tài)更符合實際情況。

設(shè)計依據(jù)：松弛荷載理論 (1920’s)

穩(wěn)定的圍巖具有自穩(wěn)能力；

不穩(wěn)定的圍巖則會坍塌，需支護結(jié)構(gòu)來支承；

{支承荷載}〓{一定范圍內(nèi)因松弛且可能塌落的巖體重量}

注重結(jié)果與處理方法

技術(shù)要素：剛性支護(鋼木構(gòu)件支撐)，一般需撤換為整體式厚襯砌(永久支護)。

按最不利圍巖組合荷載設(shè)計臨時支護與永久襯砌不太符合實際工作狀態(tài)。

裝備：全斷面掘進機(TBM)

原理：電動機驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)→對刀盤施壓貼緊巖壁→利用刀盤上的盤形滾刀破碎巖石→巷道全斷面一次成型

優(yōu)點：月進尺為鉆爆法的1.5～2.0倍，超挖量小于5％，襯砌費用大幅節(jié)約，施工安全性與巖層適應(yīng)性好

適用對象：硬巖長大隧道(尤其適用于巖石破碎、高山缺氧、嚴(yán)寒等惡劣氣候條件地區(qū)的隧道開挖 )

裝備：盾構(gòu)機 【主體為可移動的高強度鋼套殼(盾殼)】

盾構(gòu)機是在軟土、軟巖和破碎含水地層中修建隧道的專用設(shè)備。盾殼在構(gòu)筑永久襯砌之前支承地層，不需臨時支護。

盾構(gòu)機是根據(jù)隧道與地基情況量身設(shè)計、制造或改造的。

施工斷面：多為圓形，也有矩形、馬蹄形、半圓形和異型。

適用對象：城市地鐵、水下隧道、水工隧道等。

沉管法

施工方法：預(yù)制鋼筋砼管段→浮運至預(yù)挖水底基槽的隧址→管段定位后注水壓載下沉至設(shè)計位置→與相鄰管段水下連接→基礎(chǔ)處理→回填覆土→隧道內(nèi)部鋪裝。

適用對象：水底隧道。對地基要求低，特別適應(yīng)于軟基、河床或海床等水深較淺、易于疏浚設(shè)備開挖基槽的工程地點。

常用斷面形式：圓形和矩形

工法：先用連續(xù)墻、鉆孔樁等作為圍護結(jié)構(gòu)和中間樁，然后施工鋼筋混凝土蓋板，在蓋板、圍護墻、中間樁的保護下進行土方開挖與結(jié)構(gòu)施工。

逆做法：土方開挖與結(jié)構(gòu)施工順序均由上而下進行。

順做法：土方開挖全部結(jié)束后由下而上做結(jié)構(gòu)施工。

修建淺埋地段隧道時，有時受制于周邊環(huán)境必須采用暗挖法施工 稱為淺埋暗挖法?；贜ATM理論，開挖中采用各種輔助施工措施加固圍巖。開挖后即時支護、封閉成環(huán)，使其與圍巖共同作用形成聯(lián)合支護體系，有效地抑制圍巖過大變形

施工精髓：“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”十八字方針。

施工方法

采用液壓油缸將預(yù)制管段頂入由切削刀盤或掘進機形成的鉆孔中構(gòu)成襯砌的非開挖施工方法。

適用對象

穿越公路、鐵路、建筑物、河流以及在鬧市區(qū)、古跡保護區(qū)、農(nóng)田與環(huán)境保護區(qū)等不允許或不能開挖條件下的地下工程施工。

凍結(jié)是一種土層人工凍結(jié)技術(shù)，靠液氮等在凍結(jié)管內(nèi)直接氣化吸熱帶走地層中的熱量，從而實現(xiàn)土層的快速凍結(jié)。