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下穿高速公路隧道深基坑支护结构优化分析
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张开权
摘要文章以栖霞区马高路北延道路建设工程为实例进行论述分析,隧道采用明挖顺作法施工,综合考虑施工场地、交通疏解,隧道分三期施工,为满足工期节点及节约施工成本,对原方案进行了优化。通过原方案与优化后的方案进行对比分析,采取了隧道南侧二期基坑取消原设计第二道Φ609钢管支撑,对撑范围顶圈梁标高渐变下调0.5m等优化措施,旨在为今后在该地区及地质情况类似的区域进行明挖隧道施工提供借鉴。
关键词明挖隧道;基坑支护;方案优化;钢支撑
U455.49A2096-8949(2022)01-0110-04
0引言
随着城市建成区的扩大和成熟,重建现有的道路面临越来越多的难题,向地下要空间,成为一条清晰的思路,其中城市明挖隧道的应用越来越多。明挖隧道深基坑支护是风险性较大的工程项目,围护结构的施工质量将直接影响基坑及周围建筑物的稳定,因此,保证深基坑围护结构施工质量及日常监测,将对基坑施工期间的安全性起到决定性作用[1]。
1工程概况
栖霞区马高路北延道路建设工程隧道采用明挖顺作法施工,隧道起点里程:K1+140,终点里程K1+
400,总长为260m。隧道结构断面采用单箱四仓结构。在左右双向6行车道外各设置一仓人非通道。隧道暗埋段结构外轮廓宽45.7m,高7.95m,主线隧道内单向车行道总宽为12.8m,隧道净空≥5.5m。顶板及侧墙厚0.9m,底板厚1m。隧道最大覆土厚度约2m。隧道标准段基坑宽度约45.7m,泵房位置基坑宽度约53.1m,隧道基坑开挖深度由设计起点位置的2.0m按设计纵坡渐变深至最低点位置约9.7m(雨水泵房开挖深度约12.4m)。基坑外轮廊总周长约626.2m,基坑总面积约12006.4m2。
隧道施工过程中围护形式:根据基坑深度分别采用放坡开挖、钻孔灌注桩+高压旋喷桩+第一道钢筋混凝土支撑+第二道钢管支撑的内支撑的支护形式。
2南幅原施工方案
隧道施工方案是经过施工单位总公司审批,监理审批,通过专家论证的。南幅隧道施工设东、南、西三边围护,北侧为北幅隧道既有围护,共有108根围护桩;混凝土支撑有2道对撑+6道斜撑;钢支撑有3道对撑+12道斜撑。
原施工方案计划安排:隧道北幅完工恢复沪宁半幅交通后,(1)组织2台旋挖钻进行南幅隧道施工三边围护桩108根,工程桩22根。(2)跟随施工高压旋喷桩134根。(3)单边桩完工揭沪宁面层结构进行混凝土冠梁支撑梁施工,第一道混凝土支撑梁养护期满后进行基坑土方开挖。(4)南幅开挖采用纵向分层开挖,破除北幅交接围护桩至钢支撑底,修马道利用新建北幅隧道四仓同时向北出土。(5)开挖至钢支撑底50cm后,进行第二道钢支撑施工。(6)钢支撑完工后,利用新建北幅隧道四仓同时向北出土开挖至底板。
地质情况:沪宁高速路基5m为路基填土,其下为原状硬塑粉质黏土,下伏基岩闪长岩埋深约20m。基坑安全等级:一级,地面最大沉降量≤0.15%H(20mm),支护结构最大水平位移≤0.15%H(20mm)。
第一道支撑选用钢筋混凝土支撑,混凝土标号为C35,水平间距以6~9m布置,断面尺寸为650mm×750mm,钢筋混凝土支撑之间的连接采用结构尺寸为600mm×550mm
的连系梁,顶部冠梁尺寸为1200mm×700(800)mm,每道钢筋混凝土横向支撑下部设置两根格构柱作为竖向支撑,平面布置如图1所示;第二道支撑钢支撑采用φ609×16mm钢管支撑,设计长度为5.6~44m,水平以2.0~4.0m间距进行布置。钢支撑端头横向设500×300×11×18的双拼H型钢,下部设角钢托架进行固定,支撑结构平面布置如图2所示。
3南幅方案优化比选
根据施工北幅隧道的经验,开挖2200m3及施工第一道混凝土支撑390m3用时16天,开挖8500m3及施工第二道钢支撑230t用时14天,开挖至底板底7800m3用时6天。预计南幅隧道开挖1000m3及施工第一道混凝土支撑140m3需用时13天,开挖6700m3及施工第二道钢支撑100t需用时12天,开挖至底板底5000m3用时5天。
根据指挥部领导要求,依隧道北半幅施工现状,南半幅施工采用放坡开挖不支护或者保留第一道混凝土支撑不进行第二道钢支撑支护,再者优化施工方案,以达到缩短工期的目的进行具体研究,以下通过设计分析、方案对比以及施工建议进行分段阐述:
3.1将南半幅的支护开挖变更为放坡开挖
由于下穿隧道离沪宁主线收费站较近,按之前与沪宁公司沟通的结果,高速要求收费站渐变率不能低于原渐变率,同时考虑到周边电塔的保护范围的需要,因此保通路设计时只能比较贴近沪宁老路,保通路边缘与基坑间富余量较小
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