城市下穿隧道深基坑开挖方法选择浅析

城市下穿隧道深基坑开挖方法选择浅析

曹龙滨

中国水利水电第五工程局有限公司 成都 610072

摘 要：

近年来，随着我国城市化建设的快速发展，下穿隧道在市政工程领域应用越来越广泛，而下穿隧道的深大基坑开挖及支护是其施工成败的决定性因素，如何安全、快速、高效的完成下穿隧道深基坑开挖已成为一项炙手可热的话题。本文以某市某道路下穿隧道深基坑为例，针对隧道工期短、工程量大、任务重等特点，并结合现场实际情况，对下穿隧道深基坑的开挖方法的选择进行了详细的对比、分析、介绍，并取得了成功，对类似下穿隧道深基坑开挖施工具有一定的参考及借鉴价值。

关键词：下穿隧道 深基坑 开挖方法 选择。

1 工程概况

某道路下穿隧道全长1.798km，全线为双向六车道规模。隧道整段采用“明挖顺作”法施工。在隧道西侧有一离隧道1m距离的综合管廓。管廓基坑工程待隧道结构全部施工完成并覆土回填后实施，中间设置一道共用围护墙。隧道基坑最大开挖深度为15.074m，最大开挖宽度为44.2m。

隧道主要支护结构形式为：地下连续墙/SMW工法桩+混凝土支撑+钢支撑，隧道基坑结构详见图1。

图1 良睦路下穿隧道深基坑及围护结构典型横断面图（单位：mm）

2 地质条件

下穿隧道工程深基坑地质条件自上而下分别为杂填土层（层厚0.70～4.10m）、素填土层（主要由粘性土及粉土组成，层厚0.40～1.50m）、砂质粉土层（灰黄色，稍密，稍湿，中等压缩性土，层厚2.20～5.90m）、粉质粘土层（灰黄色，软可塑为主，局部软塑，粘塑性较好，层厚0.70～3.00m）、淤泥质粉质粘土层（灰色，流塑，厚层状，层面上夹少量粉土，高灵敏度，局部为淤泥、淤泥质粘土，层厚2.50～20.20m）、粉质粘土（硬可塑，中等压缩性，层厚1.60～9.00m，层顶埋深5.30～14.50m）、粉质粘土夹粉土（软可塑，局部含粉土、粉砂团块，层厚2.10～3.00m）、粉砂层（灰色、灰黄色，稍密为主，局部中密，夹粉质粘土，粉质粘土呈软可塑状，该层层厚1.20～2.90m）、粉质粘土层（灰黄、褐黄色，硬可塑状，层厚0.50～8.30m）、含砾粉质粘土（褐黄色，硬可塑，个别孔段夹少量粉砂，层厚0.60～5.70m）、碎石夹粘性土（灰色，中密，饱和，含有较多碎石和角砾，母岩成份主要为坚硬状砂岩或凝灰岩，所夹粘性土呈硬可塑状，局部软可塑，层厚0.70～6.80m）。

3 拟采用的开挖方法

根据下穿隧道深基坑的设计特性、地质情况、现场施工环境并结合公司以往的深基坑施工经验以及对施工现场周边类似项目的观摩及走访情况，遵循“开槽支撑、先撑后挖、分层开挖、严禁超挖”的原则，项目技术人员拟从以下开挖方法中择优选取：

3.1 反铲接力法

该方法先采用2m³液压反铲挖掘机开挖至冠梁底标高，施工第一道钢筋混凝土支撑；当冠梁、混凝土支撑强度达到设计强度的85%后，采用2m³液压反铲进行基坑开挖+装自卸汽车运土的方式下挖至第二道钢支撑底面标高（第Ⅱ层开挖深度约2.5m），然后进行桩间喷射混凝土及钢支撑安装；自第三层起，以第二、三、四排钢支撑为控制基准，采用0.6m³小反铲以台阶、接力的方式进行第三、四、五层开挖，每层开挖深度为2～3m，开挖渣料由小反铲自下而上接力甩土，最后由基坑外2m³液压反铲装自卸车的方式将渣料运至指定场所。基底层预留200～300mm的保护层，采用人工配合小型挖掘机集渣，最后接力甩至基坑外装自卸车运至指定场所。

图2 反铲接力法基坑开挖方法示意图

3.2长臂反铲法

该方法先采用2m³液压反铲挖掘机开挖至冠梁底标高，施工第一道钢筋混凝土支撑；当冠梁、混凝土支撑强度达到设计强度的85%后，采用2m³液压反铲进行基坑开挖+装自卸汽车运土的方式下挖至第二道钢支撑底面标高（第Ⅱ层开挖深度约2.5m），然后进行桩间喷射混凝土及钢支撑安装；待第二层开挖部位桩间喷射混凝土施工完毕且钢支撑安装完成后，继续向下开挖第三层、第四层直至基底，每层开挖深度为2～3m；自基坑第三层起至基底开挖采用PL450LC-6长臂反铲挖掘机（坑外挖土、装车）+小型挖掘机（坑内挖土、集料）+坑外自卸汽车运输的方法进行开挖、出土，基底层预留200～300mm的保护层，采用人工配合小型挖掘机集渣、长臂反铲出渣的方式挖除。

图3 长臂反铲法基坑开挖方法示意图

3.3伸缩臂法

采用伸缩臂法进行下穿隧道第一层、第二层开挖方法与长臂反铲法完全相同，自基坑第三层起，采用伸缩臂挖掘机（坑外挖土、装车）+小型挖掘机（坑内挖土、集料）+坑外自卸汽车运输的方法进行剩余基坑开挖、出土作业，基底层预留200～300mm的保护层，采用人工配合小型挖掘机集渣、伸缩臂出渣的方式挖除。

图4 伸缩臂法基坑开挖方法示意图

4 开挖方法的选择

项目技术人员对上述三种开挖方法从优、缺点及适用性等方面进行了详细的分析，并进行了对比，具体如下：

表1 下穿隧道深基坑开挖方法比选表

经过详细比选，项目部决定选择“伸缩臂”法进行隧道深基坑开挖，并积极进行相关资源筹备、走访观摩及技术准备工作。

5 基坑开挖效果

下穿隧道采用CAT336D伸缩臂挖掘机进行隧道基坑开挖，该设备最大开挖深度为30m，横向控制范围8～10m，斗容2.6m³，共配置了2台，且每台伸缩臂挖掘机另配置1～2台PC100小型液压反铲进行坑内挖土、集料，每日作业时间约10小时，综合施工效率达到了17400m³/月·台，施工成本约8.57元/m³，基坑开挖安全、可靠，为顺利进行下穿隧道后序主体结构施工奠定了基础。

6 总结与提高

采用“伸缩臂”法进行该下穿隧道深基坑开挖虽然取得了一定的成效，但在施工过程中，由于缺乏“伸缩臂”法的实际操作及管理经验，造成在初始进行基坑开挖过程中，未最大限度地发挥伸缩臂的功效，耗费了部分有效的工作时间，另外，该方法的总体综合施工效率略低，需通过对伸缩臂进行设备改造，增加设备提升速度等。

随着市政工程地下工程领域的不断发展，大量的隧道、管廊、地铁车站等深基坑工程将不断涌现，“伸缩臂”法将会在深基坑领域中发挥它独特的优势而得到更加广泛的应用！

参考文献：

1. 康长波.闹市中心管廊超深基坑开挖施工技术与防护措施[J].中国标准化，2018，24：76-77.

2. 张凤玲.深基坑开挖与支护[J].铁道建筑，2007，9：55-56.

作者简介：

曹龙滨（1982年11月-），男，黑龙江省鹤岗市人，高级工程师，学士，现从事水利水电工程、市政工程施工技术及经营管理工作。

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