1、-34-刘 武，周 杜，冯 娟：紧邻密集建筑群的城市明挖隧道施工技术分析紧邻密集建筑群的城市明挖隧道施工技术分析刘 武，周 杜*，冯 娟（湖南建工集团有限公司，湖南 长沙 410075）摘要：结合工程实例，针对明挖隧道在毗邻敏感度高的既有建筑物群环境条件下的施工难点，以及软弱地层和高地下水位条件等特点，从对毗邻建筑物的影响风险分析入手，通过基坑支护形式的优化、明挖和暗挖的方案的合理性调整以及相应的监测技术，解决了明挖隧道在复杂环境下的施工难题。关键词：城市明挖隧道；基坑支护；毗邻建筑物；软弱岩层；高地下水位中图分类号：U455 文献标识码：BAnalysis of open-cut tunne
2、l construction technology in city adjacent to dense building groupLIU Wu,ZHOU Du,FENG Juan（Hunan Construction Engineering Group Co.,Ltd,Hunan Changsha 410075 China）Abstract:Combined with engineering examples,in view of the construction difficulties of open cut tunnel under the environmental conditio
3、ns of adjacent existing buildings with high sensitivity,as well as the characteristics of weak stratum and high ground water level,starting with the impact risk analysis of adjacent buildings,the construction problems of open cut tunnel under complex environment are solved through the optimization o
4、f foundation pit support form,the rational adjustment of open cut and concealed excavation scheme and the corresponding monitoring technology.Key words:urban open cut tunnel;foundation pit support;adjacent buildings;weak rock stratum;high groundwater level引言明挖隧道施工涉及深大基坑工程，基坑的开挖和支护与洞身衬砌施工同样为明挖隧道施工的关键
5、工序1-2。由于城市复杂密集的地上、地下构筑物影响，对于埋置深度浅的隧道多采用明挖深基坑的方法进行施工3-4。施工过程中如何控制基坑位移，从而降低临近的既有构筑物沉降变形，确保既有构筑物的安全和正常使用成为明挖隧道基坑施工的关键5。1 工程概况1.1 设计概况普瑞隧道为双向六车道的大断面双连拱城市隧道，总长度 660 m，明挖隧道原设计长 160 m，起点桩号 K7+865，终点桩号 K8+025，其中 K7+865 至K7+920 段为标准段，长 55 m，洞身总宽 32.12 m；K7+920K8+025 段为加宽段，长 105 m，单向加宽段洞身总宽 35.22 m、双向加宽段洞身总宽
6、38.32 m。1.2 施工条件明挖段隧道基坑开挖深度约 15 m，上层覆土为素填土，以下为黏土、全风化泥质板岩。受四周路网影响，整个区域雨季地表水下渗得不到有效排泄，造成地下水位高。勘察期间测得稳定水位标高 59.47 76.64 m（该段隧道仰拱最低处标高 56.27 57.82 m），地下水位处于隧道仰拱基底 7 m 以上，降水、止水方案为明洞隧道基坑施工需考虑的核心问题之一。明挖隧道基坑一侧为条形基础的别墅群，基坑另一侧为 12 层桩基础的居民楼和物业办公楼，其与基坑设计边线的最小距离分别为 2.24 m、5.48 m，建筑物紧邻基坑，对施工影响敏感度高，施工过程中不仅要保证深基坑施工
7、与隧道施工的安全，还需采取有效措施解决基坑施工对地层沉降变形控制不到位而造成地表建筑物开裂、破坏的问题。2 存在的问题及解决方法2.1 存在的问题（1）明挖隧道基坑与建筑物距离近，低层房屋、基 金 项 目：湖 南 建 工 集 团 科 研 项 目，项 目 编 号：JGJTK2021-24，CG-202112-000120；中国铁路总公司科研项目，项目编号：2017G008-J。收稿日期：2022-07-06作者简介：刘武（1982），男，湖南邵东人，高级工程师。*通讯作者：周杜（1985），男，湖南长沙人，高级工程师。2022 年第 6 期山东交通科技-35-别墅等建筑群均采用条形基础，无桩基。
8、基坑开挖过程中的位移变形极易造成建筑物沉降开裂，因而基坑支护方式的选择对确保建筑物安全至关重要。（2）由于隧道跨度达 32 38 m，明挖隧道基坑支护尺寸相应较大，鉴于明洞衬砌为拱形结构，衬砌的浇筑需要使用模板台车，基坑支护形式需结合基坑施工安全和施工进度的要求。（3）隧道建设区段地下水位高于隧道基底标高达 7 m，基坑开挖需将局部水位降至基坑底线以下。基坑降水造成地下水集中排泄，在基坑周围形成地下水降水漏斗曲线，引起坑外土层不均匀沉降，从而使影响区内建筑物产生附加变形而倾斜、开裂。（4）因工序要求，明挖隧道基坑开挖期间暴露时间久，难以避免造成基坑外侧地下水流失，对紧邻建筑物影响尤为显著，因而
9、根据区域地质情况选择隧道开挖方式为本工程须慎重考虑的问题。2.2 解决方法（1）分析深基坑支护结构的优劣，确定结构刚度大、对周边环境影响小且施工便捷的围护结构。（2）结合隧道结构形式和施工方法，选择合理的基坑支护体系，在确保基坑稳定性的同时加快施工进度。（3）采用有效的止水防渗措施，确保地下水不会大范围流失，从而有效控制地层应力释放和变形。（4）有针对性地进行明挖、暗挖施工方法的调整，有助于保证紧邻建筑物的结构安全。（5）加强基坑安全监测、房屋安全监测及预警，采用科学手段进行风险预防。3 主要施工方法3.1 基坑支护围护结构的选择深基坑围护结构形式众多，钻孔灌注桩、钢管桩、钢板桩、地下连续墙等
10、桩墙类结构均为常规的结构形式，在明挖隧道基坑施工中较多采用。由于本项目基坑下部主要为全风化泥质板岩，打入桩无法嵌入基底有效锚固深度，同时打桩施工产生的振动荷载极易造成临近建筑物开裂；地下连续墙施工需投入大型铣槽设备，而基坑施工场地狭窄，难以展开作业面，且投入高。通过方案比选，在基坑两侧及明暗洞交接处采用钻孔灌注桩形成隔离围护结构最为合理，钻孔桩施工技术成熟，简单快捷，投入小且施工质量易保障，且围护桩自身刚度大，有利于控制开挖过程中支护结构变形。通过分析，在该工程明挖隧道基坑两侧打入钻孔桩，钻孔桩直径为 1 m、间距1.3 m，并在桩顶设置1.0 m0.8 m的混凝土帽梁，以提高围护桩整体刚度。
11、3.2 基坑支护体系的优化在明挖隧道施工中，基坑支护结构的选择需结合隧道的结构形式和衬砌施工方法。为利于拱形衬砌模板台车流水作业，桩类支护结构多采用锚索支护体系，该方法有利于保障基坑内作业空间，见图 1。在该工程中，由于基坑与建筑物距离近，锚索隐蔽施工与既有与建筑物桩基础相对位置难以确定，施工风险大，同时地下水位高，锚固岩层为全风化的泥质板岩，锚索的适应性不佳，锚固效果差，基坑变形控制相对难。原设计方案采用该支护体系存在隐患，因此需优化支护形式，以提高支护结构刚度，保证施工安全。图 1 锚索支护体系/mm在施工中，将锚索锚索支护体系调整为“桩+横撑”结构形式，见图 2。在基坑中部连拱隧道中部设
12、置一排格构柱，格构柱采用钢管桩打入设计标高，钢管桩内灌填素混凝土以提高钢管排桩的侧向受荷能力；格构柱与两侧混凝土围护桩之间设置三道内支撑，第一道支撑按永久性结构设计，采用钢筋混凝土，第二道、第三道支撑为临时结构，采用钢管过型钢，以三道支撑提高基坑支护结构的整体刚度和稳定性。图 2 桩+横撑结构/mm拱形结构衬砌的浇筑的模板台车施工需拆除中间两道临时横撑，增加了基坑施工风险，而中间采用的钢管混凝土排桩实际上把大跨度基坑分成了两个跨度较小的基坑，基坑开挖的过程中及时安装内支撑，在隧洞仰拱及下部洞身施工完成后，基坑临时支撑系统转换至洞身永久结构，同时左右幅隧道错开 30 m 施工并及时施作隧道主体结
13、构，中间格构刘 武，周 杜，冯 娟：紧邻密集建筑群的城市明挖隧道施工技术分析-36-柱作为永久性结构，使基坑稳定性与施工进度都能得到保证。3.3 基坑止水防渗技术为防止基坑开挖过程中地下水流失造成周边地层不均匀沉降而影响临近建筑物，有必要在两侧基坑与建筑物之间辅以必要的止水措施。根据基坑钻孔桩围护结构特点，为提高围护结构的止水效果，在钻孔桩后方设置直径为 0.8 m 的旋喷桩止水，旋喷桩深入隔水层 1.5 m，见图 3。图 3 围护桩为提高基坑外侧回填土稳定性，降低围护桩土侧压力，对基坑与建筑物之间的土层采用袖阀管进行地表注浆加固。由于坑外加固空间受限，袖阀管设置时按照一定的角度呈放射状斜向打
14、入地层，加固范围扩大至建筑物基础以下。袖阀管注浆压力 0.2 MPa，同时需特别注意以观测和监测地面隆起和建筑物沉降进行控制。3.4 隧道开挖方法的分析通过对基坑围护结构外侧地层旋喷止水的措施有效降低地下水的渗透，但现有的工艺仍难以达到绝对的封闭止水效果，特别是大型深基坑开挖需在主体结构完成后方可回填封闭，基坑挖空时间长，地下水的流失因时间的持久而难以避免。本工程K7+865K7+920 段隧道基坑距离建筑物最小距离仅2.24 m，地下水流失引起地层不均匀沉降对紧邻的建筑物影响尤为敏感。为了避免基坑开挖过度降水造成不良影响，将该段明挖隧道调整为暗挖隧道。实际施工中，在该段隧道两侧设置混凝土钻孔
15、桩并辅以旋喷桩止水。在桩顶帽梁之间采用掏槽的方式施作横向间距为 6 m、截面尺寸为 0.8 m0.8 m 的钢筋混凝土横梁作为基坑桩顶内支撑。同时洞顶浅埋段回填土石至覆盖层 3 m，并采用小导管按照梅花状布置进行注浆，注浆压力按设计要求控制，隧道上方加固区域为地表至拱顶以上 0.5 m。优化回填浅埋段隧道暗挖段衬砌支护形式，采用超前小导管+超前自钻式锚杆进行洞内支护，见图 4。图 4 浅埋暗洞加固/mm通过开挖方法的调整，对于风险敏感区隧道采用暗挖的方法，施工循环快、封闭早、止水效果好，通过坑外地下水位观测井的量测发现，围护结构外的地下水基本无变化。3.5 安全监测技术对于施工风险高的明挖隧道
16、工程，通过全面有效的监控监测，可实时掌握基坑支护结构的受力和变形以及坑外建筑物沉降发展趋势，同时通过信息化手段验证方案的安全可靠性。本工程通过对基坑桩顶水平位移、竖向位移、支撑轴力、坑外地表沉降、钢筋应力、深层水平位移、地下水位及土层压力等方面监测，采取多手段、多防线的监测方案，使基坑及周边建（构）筑物得到安全受控，同时加密监测点、加强监测频率，通过受力计算分析，检测项目设置累计值和变化速率两道预警，最大程度的保障了施工安全。对于临近的建筑物，首先进行整体建模计算复核，验证房屋主要结构承载能力满足要求，实施过程中对房屋布设沉降监测点进行变形观测，主要的监测内容为整体垂直度、水平相对高程，同时加强房屋外观质量缺陷的过程检测。4 结语本工程施工过程安全可控，通过监测可知，各观测点水平位移、沉降以及应力等过程观测数据稳定，其中基坑水平位移累计 6.6 mm，坑外地表沉降累计-6.8 mm，且均收敛稳定；临近高层建筑物的最大倾斜值 17 mm，房屋相对高程差 4 mm，均满足建筑基坑工程监测技术标准（GB 504972019）允许值要求，施工过程整体安全可控。参考文献：1 林崇涛.深基坑开挖与