明挖法施工浅水湖底隧道围护结构方案优化

1、明挖法施工浅水湖底隧道围护结构方案优化摘要：明挖法施工浅水水下隧道，围护结构以“围堰 +支护”的施工方法最为常见，如 何选择最优支护方案进而提升围护结构安全性、成本控制及施工进度一直是相关技术人员为 之努力的目标，文章主要针对该问题进行了分析研究。关键词：明挖隧道 围护结构 方案优化引言：近十年国内基础设施建设高速发展，国内水下隧道建设规模逐年提高，目前国内 公路水下隧道常见的施工工法有三种：第一种是以港珠澳大桥为代表的沉管工法，这一种工 法适用于深水域；第二种是以南昌红谷隧道为例的盾构工法；第三种就是以武汉东湖隧道为 例的明挖施工工法。由于围堰明挖法较其他工法经济，施工方法简单，故国内较多在

2、条件满 足的情况下趋向于采用此工法。例如已通车的苏州独墅湖隧道、武汉东湖隧道和正在施工的 太湖隧道（苏锡常南部高速公路）和金鸡湖隧道。然而目前国内围堰明挖法的支护形式多重 多样，明挖法围堰支护形式的选择，在很大程度上影响着后续隧道基坑开挖及主体结构的施 工进度、施工便捷性和项目整体的安全质量和经济效益。因此，从方案的选择到实际的施工 过程中，必须给予各个环节足够的重视，以此来提高施工的全方面效益。本文以阜阳市345国道下穿颍州西湖隧道工程实例为依托，针对原初步设计单排桩+内支撑的支护方案，又提出了双排桩和单排桩+B索方案，通过与原方案在施工进度、安全质量、施工便捷性、经济 性等方面进行对比，从

3、而确定最优方案。一、工程案例项目概况：阜阳市345国道下穿颍州西湖隧道工程为 EP颂目，项目主体大部分位于颍 州区规划的西湖游览区内，湖中围堰明筑段 600m主要设计参数为垂直支护深度14.38m, 钻孔灌注桩桩长22.7m小1.2m1.4m内支撑及临时支撑4层6m格构柱两排。原设计湖中段围护结构形式为单排桩+内支撑原设计方案思路：原设计方案参考了城市地铁的工程设计思路，经同设计单位沟通后了 解，本工程地质等条件符合国内广泛采纳的类似明挖地铁隧道工程施工，施工工艺成熟，安 全可靠性高，造价合理。由于该项目的合同模式为EPC奠式，可以使施工单位更便利、更深入和积极的参与到设 计工作中去，为项目的

4、质量、安全、管理及经济、社会效益增值提供了良好条件。基于以上 因素，项目施工单位的技术部门对方案的优化进行了大量调查论证工作。二、方案优化条件分析2.1项目环境调查结合线路设计方案对现场调查走访后发现，该项目线路范围空旷，具备基坑放坡开挖条件。同时颖州西湖水位基本受连通泉河的扬水站水闸控制，水位稳定，平均水深2.1m。地质勘察报告显示，有效影响基坑及其围护结构范围的土质为拟建场地20m深度范围内除薄层饱和土外，分布的饱和粉土均属于第四系晚更新统地层( Q3al),不考虑土层液化影响。 场地地基土的工程性质自上而下分析如下：(1)淤泥：灰黑色，饱和，流塑状态，高压缩性，含大量腐殖物，平均厚度1.

5、1m。(2)粉质黏土：可塑硬塑，中压缩性，土质较均匀，物理力学性质较好，可作为天然基 础持力层，平均厚度15.0m。(3)粉土：密实，中压缩性，渗透性较好，土质较均匀，仅少量勘探孔有揭露，物理力学 性质较好，隧道基坑开挖时在地下水作用下易产生流土，平均厚度0.8m。(4)粉质黏土：可塑硬塑状态，中压缩性，土质较均匀，物理力学性质较好平均厚度 3.1m。地质情况具备可优化条件。项目合同工期为18个月，湖中段水下隧道又是全线风险最高的控制节点，科学合理的 施工方案对按期完工该段隧道显得尤为重要。2.2原设计方案适用性分析经过对现场情况分析结合工程项目特点，认为单排桩 +内支撑的原设计方案虽然结构安

6、 全性好，工艺成熟且应用广泛，但大多数情况被应用在受近交通、近建筑物等外部环境影响 较大的市区范围内，在施工条件受限的条件下，设计方面更多考虑了不影响外部环境同时保 证结构安全的方案措施，比如垂直支护 +内支撑。而本项目根据调查结果显示，除了受浅水 水体影响，完全不受近交通、近建筑等其他因素的干扰。按原设计方案施工虽工艺成熟，但 工艺复杂，质量控制难度大，基坑开挖受内支撑设置及换撑等工序的影响导致工效低下，施 工风险高。同时，合同工期短，一旦工序中断将无法确保施工进度按计划完成。原设计方案受力验算可行。该方案支护深度 14.38m,每延米挖土 1007.9m3,桩长 22.7m（I）1.2m1

7、.4旃占孔灌注桩每延米0.71根，内支撑及临时支撑4层6m格构柱两排。考虑支撑混凝土等强等因素,平均完成一个节段（30m基坑开挖需要35天。概算造价 每延米围护结构约3.66万元。综和以上调查及分析，为该工程打破类似项目的传统施工方案寻求优化提供了动力。三、方案优化方向经对掌握的资料分析，方案的优化方向集中体现在三个方面，在保证基坑及围护结构安 全的条件下，确保工期，控制工程项目造价。故以降低基坑深度及取消内支撑为主要优化方 向。考虑放坡开挖，优点是清理掉软弱土层及降低基坑深度，减小围护结构受到的土体侧压 力，提高基坑安全系数。取消内撑，提高工效。通过优化方向提出以下两套围护方案：3.1放坡开

8、挖+双排桩方案支护工艺原理：双排桩基坑支护是一种较为新型的支护结构，即由两排平行的混凝土灌 注桩、冠梁以及连梁联合组成的超静定钢架的支护体系。其主要优点是可以应用在不能实施 锚杆锚索或内支撑的基坑支护段落，且施工简单方便，有助于加快施工进度。本工程水中段 基坑开挖深度较深，地质情况为饱和砂土、粉土，控制基坑开挖后的变形，双排桩结构可以 很好的解决这个问题。具体方案如下：先采用放坡开挖约 4.1m后，再进行坑内垂直支护，支护深度 9.2m,每 延米挖土 1077.6m3, 2排桩长21mJ）1.2m1.4ml占孔灌注桩每延米1.42根，长4.8m连梁 6m工艺流程为：先放坡开挖，再进行双排钻孔灌注桩施工，冠梁、连梁等支护体系完成后 便可进行基坑开挖。方案经受力验算可行。