城市下穿地道施工关键技术研究
《城市道桥与防洪》
2024年 41卷
第2期
034
中图分类号：TU921
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摘要
由于地处城区，城市下穿地道的施工经常受到诸多条件的限制，施工方案设计变得尤为重要，而基坑支护技术又是施工方案成败的关键。以潍坊市潍县中路下穿通亭街地道为例，介绍了通亭街地道施工方案，着重阐述了基坑支护技术，可为类似工程项目提供参考。
关键词: 下穿地道 施工方案 基坑支护
0 引 言
城市下穿地道不仅能有效提高节点空间利用率，完善交通系统，缓解交通压力，减少事故发生，更重要的是不占用地面空间，对城市景观影响小，因此被广泛应用。但由于地处城市，周边常常建筑物林立，交通繁忙，实施条件受限较多，因此施工方案设计变得尤为重要。
潍坊市潍县中路下穿通亭街地道地处闹市，周边中高层建筑密集，且紧邻寒亭张湎河。地道施工方案采用明挖施工，基坑支护采用悬臂式排桩+ 预应力锚索的支护形式。
1 地道总体设计
通亭街地道为潍县中路下穿通亭街所设。现状通亭街宽50 m，与潍县中路呈31.8°斜交，双向8 车道，为城市主干路 。地道平面位置图见 图1
图1 地道平面位置图（单位：m）
通亭街地道总长425 m，总宽29 m，共包含4 节箱体和15 节U 型槽。封闭段箱体长125 m，两端敞开段U 型槽共长300 m。
U 型槽总宽29 m，总高2.7～7.7 m；箱体总宽29 m，总高8 m，覆土厚度2.0～3.3 m。基坑最深处位于箱体段，为12.4 m。
2 施工总体方案
城市地下工程主要施工方法可分为明挖法和暗挖法。明挖法具有施工速度快，便于控制施工质量、施工进度、施工安全，经济性好等优点，应用最为广泛。但明挖法同样存在需要破坏地表、中断现状交通、增加环境污染、易发生基坑失稳破坏等缺点 。
根据项目所处地理位置，充分考虑周边环境限制及施工方法的优缺点，本工程采用明挖法施工。但通亭街和潍县中路均为城市主干路，交通流量大，施工过程中均不能中断交通，因此需要在场地周边设置保通道路。
综合考虑以上控制因素，将工程分为2 期、3 节段施工，具体步骤如下：
（1）场地平整，在U 槽范围施作保通道路。
（2）箱体段施做基坑防水、支护，开挖基坑。
（3）施作箱结构体并回填，将保通道路移至箱体范围。
（4）U 型槽段施做基坑防水、支护，开挖基坑。
（5）施作U 型槽结构并回填。
（6）附属设施、照明及装饰工程施工。
3 基坑支护设计
基坑支护最重要的是保证坑内施工空间和周边环境的安全。应根据地质条件、周边环境，以及不同支护型式的特点、造价等综合确定。在所有的支护形式中，放坡开挖稳定性好、造价低、施工速度快，一般被认为是首选，但它只适用于开阔、周围无重要建筑物的场地 。
通亭街地道箱体段和部分U 型槽段开挖深度较大，最深处达12.4 m，且基坑距离两侧建筑物较近。西侧距离现状建筑物19 m；东侧距离现状建筑物30 m，其间需设置宽11 m 的保通道路。地道南侧存在现状寒亭张湎河道。基坑不具备放坡开挖的条件，拟采用悬臂式排桩+预应力锚索的支护方案。
3.1 地质条件
地道所处区域影响深度范围内的土层以粉土和粉质黏土为主，土层参数见 表1 。地下水位埋深11.3 m。
表1 土层参数表
3.2 支护结构设计
根据结构埋置深度，基坑设计深度为3.0～12.4 m。基坑安全等级为二级，设计使用期限为1 a。
排桩采用直径0.8 m 钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩间距1 m。桩间呈咬合桩。支护结构典型断面见 图2
图2 支护结构典型断面（单位：m）
锚杆采用Φ s 15.2 高强度低松弛钢绞线。每根锚杆由2 束钢索组成，每束钢索由3 股钢绞线组成。竖向设置3 道锚杆，间距为3 m，横向间距为2 m。锚杆布置见 表2
表2 锚杆布置
3.3 支护结构计算
计算采用同济启明星深基坑支挡结构设计计算软件FRWS。施工期间坑顶设计荷载：人行路面附加荷载为q=10 kPa，保通道路附加荷载为q=30 kPa。
基坑支护最不利段为开挖深度最大处，即开挖深度H=12.4 m 处。计算结果主要包括：变形与内力、整体稳定验算、墙底隆起验算、抗倾覆验算、坑底隆起验算。
3.3.1 变形与内力
变形与内力图见 图3 。其中：挡土构件嵌固段上的基坑内侧土反力标准值P sk 为1 525.8 kN·m；挡土构件嵌固段上的被动土压力标准值E pk 为2 101.1 kN。
图3 变形与内力图
由 图3 可见：最大位移出现在桩顶附近，为31.6 mm；最大弯矩471.3 kN·m，最小弯矩-451.4 kN·m；最大剪力253.3 kN，最小剪力-113.1 kN。
3.3.2 整体稳定验算
整体稳定验算采用总应力法。
整体稳定性计算图示见 图4
图4 整体稳定性计算图示
由 图4 可见，圆弧滑动稳定安全系数K s =2.07，大于《公路桥涵地基与基础设计规范》（JTG 3363—2012）的规定值（1.3），整体滑动稳定性满足要求。
3.3.3 墙底隆起验算
排桩底面以下土层为粉质黏土，土层参数内摩擦角φ=18°，黏聚力c=30 kPa。根据《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120—2012），抗隆起安全系数K b 的计算式为：
式中：σ p 为基坑内排桩底面竖向土压力；σ a 为基坑外排桩底面竖向土压力；N q 、N c 为承载力系数。
计算得到K b =3.25，大于《建筑基坑支护技术规程》的规定值（1.6），墙底隆起验算满足要求。
3.3.4 抗倾覆验算
抗倾覆计算图示见 图5
图5 抗倾覆计算图示
由 图5 可见，抗倾覆安全系数K=1.83, 大于《建筑基坑支护技术规程》的规定值（1.25），支护结构抗倾覆验算满足要求。
3.3.5 坑底隆起验算
坑底隆起计算图示见 图6
图6 坑底隆起计算图示
由 图6 可见，抗隆起安全系数K=2.6，大于《建筑基坑支护技术规程》的规定值（2.2），坑底隆起验算满足要求。
4 基坑止水、降水方案
由于场地所处区域地下水位较高，为防止外围地下水渗入坑内，在基坑四周布置悬挂式止水帷幕。止水帷幕采用φ650 mm 三轴水泥搅拌桩，伸入坑底以下5 m。
基坑开挖前，需将坑内地下水位降至坑底以下1.0 m。基坑降水能保证基坑在干燥条件下施工，防止边坡失稳、基础流砂、坑底隆起、坑底管涌和地基承载力下降等。基坑降水的方法主要有轻型井点降水、喷射井点降水、电渗井点降水、深井井点降水、明沟加集水井降水等。根据场地特点，本工程采用深井井点降水，通过设置在井管内的潜水电泵将地下水抽出。此方法具有排水量大、降水深、不受吸程限制、排水效果好、费用低等优点。
通亭街地道基坑施工实景见 图7 ，地道建成实景见 图8
图7 基坑支护施工实景
图8 通亭街地道建成实景
5 结 语
（1）城市下穿地道施工受限条件较多，应根据不同场地特点，选择不同的施工方案。明挖施工经济性最好，施工速度快，应用也最为广泛。基坑支护是施工方案成败的关键，也是影响整个工程造价不可忽略的因素。
（2）本工程于2018 年9 月动工建设，于2019 年12 月建成通车。地道施工严格按照上述施工方案进行，按质按量并如期完成，取得了良好的经济效益和社会效益。
