隧道工程深基坑支护技术探讨

1工程地质条件

1.1地层岩性

据勘察资料，湖中段内各岩土层主要为第四系冲积相的粘性土、砂土及第三系泥岩。自上而下，各岩土层依次为：粘土②1：褐黄色，可塑，液性指数平均值为0.51，中湿，压缩系数平均值为0.45MPa-1，实测SPT平均为6.3击。层厚0.5-3.0m。粉质粘土⑤：灰黑色，软塑，局部相变为粉土，液性指数平均值为0.86，湿，高压缩性，实测SPT平均4.1击。层厚0.8-11.7m。粉砂⑥：灰色，松散，摇震反应中等，实测SPT平均为7.3击，层厚0.9-9.6m。圆砾⑦：黄色，稍密，局部松散。砾径为2-20mm，含量约60%，砂及粘性土充填，重型动力触探试验修正后锤击数平均值为10.0击。层厚1.4-24.3m。强风化泥岩⑧：深灰色，坚硬状态为主，局部硬塑状。以泥岩、粉砂质泥岩为主，局部夹砂岩或煤线。压缩系数平均值为0.061MPa-1，该层部分孔段未揭穿。强风化粉砂岩⑧1：浅灰、灰白色，以粉砂岩、细砂岩为主，该层部分孔段未揭穿。

1.2地下水

经钻探揭露，在勘察深度内，湖中地段的地下水为孔隙承压水和孔隙裂隙水。孔隙承压水：赋存于粉砂⑥、粗砂⑦1及圆砾⑦中，补给源主要来自场地外围地下水的侧向径流，具承压性，承压水头在0.0-11.3m间。孔隙裂隙承压水：赋存于第三系粉砂岩孔隙及煤层裂隙中，地下水补给源主要来自侧向径流补给，相对稳定，大部分地段砂岩与圆砾⑦连通，水位与圆砾一致。根据抽水试验并结合地区经验，粉质粘土⑤、粉砂⑥和圆砾⑦层的渗透系数分别为：5.0×10-7cm/s、6.0×10-4cm/s和6.9×10-2cm/s。

2支护方案

一般地，土钉适用于有一定粘性的砂土和硬粘土，对于松散砂土、软粘土以及地下水丰富地区等使用土钉时，易发生土钉抗拔力不够、护面难形成等问题。湖中段K0+650m-K1+040m段边坡高度最大约12.1m，粉砂层或圆砾层较厚，基坑边坡稳定性差，考虑到基坑周边场地空旷，无重要建筑物和管线需保护，可放松对支护结构变形的控制要求，且具备分级放坡开挖条件，经过多次讨论比选，选定了帷幕截水+放坡开挖+土钉挂网的复合土钉支护方案，并加强监测实行信息化施工。

2.1支护形式

采用放坡+土钉支护的形式。基坑分两级放坡开挖，自基坑底面起，第一级边坡高5m，坡率1：3；第二级边坡坡率1：2，分级平台宽2m。见图1所示。基坑壁护坡，边坡开挖后必须及时挂网喷射混凝土封闭，钢筋网采用φ6.5mm钢筋，间距150mm×150mm，混凝土采用C20喷射混凝土。土钉长度3m，间距1.5m×1.5m，梅花形布置。当土层为粘性土时，土钉杆体采用φ18mm钢筋；土层为砂性土或砾石土时，土钉采用φ32mm无缝钢管压制螺纹而成的自钻式土钉，杆体设6个注浆孔，直径8mm，间距40cm，沿杆体梅花形均匀布置。采用M20水泥浆进行注浆，注浆压力0.8～2MPa。对于粉质粘土⑤，采用水泥土搅拌法处理，处理后土钉锚固体与土层的摩阻力不小于30kPa，以保证土钉的正常工作。

2.2截水与降水

基坑的地下水控制措施分为明排、降水、截水和回灌等型式。由于该场上部地层条件为渗透性较差的粘土、粉质粘土与粉砂，下部为渗透性大的圆砾、粗砂，且含有高水头承压水，与南湖存在水力联系，水量丰富。如果采取降水措施，水量大，效果不好，也难以保证安全。为保证场地合格的施工条件与基坑安全，本工程结合场地分层土质，采用双排高压旋喷桩+深层搅拌桩（上部的粘土、粉质粘土与粉砂）+静压灌浆（下部的圆砾、粗砂）的综合注浆竖向止水帷幕，保证止水的有效性。其中高压旋喷桩径为800mm，间距600mm，排距600mm，深层搅拌桩直径为400mm，间距600mm，于两旋喷桩外侧交接处布设。此外，还在南、北岸两岸岸边各设一道垂直道路走向的竖向截水帷幕，以防止岸边渗漏地下水涌入基坑。竖向截水帷幕深入强风化泥岩或砂岩不小于3m。为了使得坑内地下水位低于基坑开挖底面不小于1m，还在坑内布设了6口管井，抽排地下水。基坑开挖过程中，基坑内设适当布设了一些排水明沟及集水井。

3监测与体会

为了确保基坑施工安全以及隧道构筑物的顺利施工，采取了基坑壁深层位移监测、土钉内力监测、基坑壁地表变形观测和地下水位观测等手段综合监测，及时获取开挖过程中的环境变化和土体变形信息，实行信息化施工，及时调整施工进度或采取补救措施。在基坑施工前布设了6个测斜孔、5条土钉内力监测剖面，每条剖面12个钢筋计、26个水平和沉降观测点。

3.1深层位移监测

布设的6个测斜孔，编号为S6-S11，两个孔出现了险情，其余无异常情况。在2010年7月底期间的S6和S8两个测斜孔，如图2所示，在地面以下6.4-6.8m深度处出现明显的位移突变，孔口位移接近12cm，如不采取紧急加固措施，该段边坡有可能出现整体滑动，后因采取土钉、木桩和钢花管等紧急加固措施，边坡变形得到有效遏制。

3.2地表位移观测

南湖中段共布设了26个水平和沉降观测点，每两天观测一次，部分时段每天一次。图3为其中比较有代表性的一段，及基坑出现阳角部位的水平位移观测点的运动轨迹图。图中各观测点的观测起点位置均为原始坐标，各观测点的位移轨迹均以起点为中心，放大1000倍；各测点下方的数值为该测点从观测首次到最后一次观测的位移量。（1）各测点位移方向基本垂直边坡边线；（2）边坡阳角处位移量最大，以阳角为中心，两侧位移量逐渐减小趋势；（3）阳角两侧测点的位移量有对称现象。

3.3体会

3.3.1部分钢筋计失效。监测期间发现8个内力监测未见有异常，但土体蠕变变形大。后经分析，可能是（1）土钉长度为3m，边坡深层蠕变，钢筋计不受力；（2）土钉与土层粉质粘土⑤的粘聚力较小，水泥土搅拌法局部处理不到位，土体挤出；（3）钢筋计不工作，导线破坏，数据传不出来。

3.3.2边坡失稳判别。本工程采取了多种监测手段进行，不同监测手段获取的数据不一定都一致。有时候解译还看似矛盾，这时需要根据各监测手段的针对性认真核对，加以甄别，既不乱报，更不漏报。如地表观测数据显示，变形较大，但土钉内力监测无异常，深层测斜数据也无异常，很可能是边坡整体稳定，但浅层塌滑。由于类似的工程实例在南宁尚无借鉴经验，各单位非常重视信息化施工。从该段的监测情况来看，支护方案可行，尽管在施工过程中由于强降雨等因素，出现了几次浅层塌滑，但是由于监测预警及时、施工方抢险及时、得当，基坑得以顺利完成。

4结束语

土钉支护在软土地区的深基坑支护中较少应用，本工程根据周边环境和地质条件采取了双排高压旋喷+深层搅拌桩（上部）+静压灌浆（下部）的综合注浆竖向止水帷幕，放坡+土钉的复合土钉支护形式，方案可行，效果良好。良好的技术方案往往都是安全和经济的最佳平衡点。尽管事前许多专家对支护方案表达了忧虑，施工过程中也出现一些可控的风险，但最终在技术上获得了较大的成功，此外还节约工程造价约200万元。