摘要：深基坑处于公路繁忙干线，本文通过对上跨公路深基坑土方开挖与钢支撑施工技术进行分析，对保证既有道路正常通行的条件下进行深基坑开挖施工技术进行深入探讨。
关键词：上跨公路；深基坑；钢支撑；监测
【正文】
1、工程概况
卫家庄隧道位于韩城市桑树坪镇，隧道全长474.35m。隧道纵坡设计为单面坡，坡度-0.943%。隧道出口明暗交界处里程DK505+320，下穿沿黄公路桑树坪连接线，埋深1.5m；明挖段DK505+462里程处下穿沿黄公路，埋深4.5m，沿黄公路为双车道宽12m。其中出口明洞段183m设计为钻孔灌注桩围护支护体系，采用钻孔灌注桩+钢支撑的围护方式，明洞段基坑深14米，宽13.4米。
地质情况：明挖段为第四系人工堆积素填土，杂色，稍密，稍湿，主要成分为石灰岩碎石，一般块径10~15mm，最大块径130mm，呈松散结构，第四系更新统冲洪积粉砂，褐黄色，密实，稍湿，呈松散结构。
2、总体施工方案
明挖段施工前，首先进行道路改移，改路从出口明洞（DK505+420～430）上经过，改路后分为两个工作面开挖，一个工作面是从明洞DK505+420改路处向明暗分界处（DK505+320）进行拉槽施工。另一个工作面是从出口洞口端向进口端开挖。
2.1沿黄公路桑树坪连接线道路改移
因隧道出口明暗交界DK505+320里程下穿沿黄公路桑树坪连接线，为了保证隧道明挖不影响沿黄公路桑树坪连接线的正常通行，先将沿黄公路桑树坪连接线进行改移道路，改路从沿黄公路桑树坪连接线转弯处横穿卫家庄隧道明洞DK505+420处至沿黄公路，改路总长260米，路面宽度8米，为双车道，改路整体为上坡，最大坡度7%，面层为40厘米二灰碎石路面，两侧设置排水沟。待暗洞贯通后恢复原沿黄公路桑树坪连接线后将改路挖断即可。
2.2明洞DK505+420处拉槽至暗洞段施工
DK505+420～320段明洞，设计采用围护结构施工。
第一步：施工围挡，平整场地，施作该段剩余围护钻孔灌注桩。
第二步：放坡开挖场地至第一道支撑位置，施作冠梁。
第三步：明暗交接处开挖到上台阶位置，开挖深度5.2米，坡长100米，坡比7.5%，第一道位置架设6根钢支撑，施工导向墙和盖板梁，进入上台阶施工。
第四步：上台阶施工一段距离后，第一道位置再架设8根钢支撑，将基坑下挖3.1米，进行中台阶施工。
第五步：中台阶施工一段距离后，第二道位置架设6根钢支撑将基坑下挖2.7米，进行下台阶及仰拱施工。
2.3 DK505+430～DK505+503.48明洞出口段施工
DK505+430～DK505+503.48段为隧道出口端，其中DK505+452～DK505+473
里程下穿公路，埋深4.5m，采用盖挖法施工，其余段采用明挖顺做法施工。
DK505+452～DK505+473里程下穿沿黄公路段施工工序
第一步：疏散交通，施工围挡，平整场地，施作沿黄公路一半的围护1-7#钻孔灌注桩。
第二步：放坡开挖场地至第一道支撑位置，施作冠梁，待冠梁达到设计强度后，架设第一道钢支撑。
第三步：现浇钢筋砼盖板梁，回填梁顶路面，恢复公路交通。
第四步：按上述工序完成另一半8～14#围护桩、冠梁、钢支撑及盖板梁施作并恢复路面。
第五步：按照盖挖基坑分层开挖、分层支撑2～4道钢支撑，钢支撑间距1.5米。
第六步：基底处理后施作砼垫层、铺底、仰拱施工。
第七步：待结构边墙、仰拱达到设计强度后，拆除第4道钢支撑，铺设防水板和排水系统施工二衬。
第八步：待整个主体结构达到设计强度后，铺设防水板和排水系统，结构外侧回填C20砼。
正常明挖段施工工序
第一步：施工围挡，平整场地，施作围护钻孔灌注桩。
第二步：放坡开挖场地至第一道支撑位置，施作冠梁，待冠梁达到设计强度后，架设第一道钢支撑。
第三步：按基坑施工要求，分层开挖至设计基底位置，及时架设第二、三道钢支撑。
第四步：地基加固处理，施作砼垫层，铺底，铺设边墙防水板和排水系统后，施作仰拱结构和矮边墙结构。
第五步：待结构边墙、仰拱达到设计强度后，拆除第三道钢支撑，铺设防水板和排水系统后，施工二衬。
第六步：待整个主体结构达到设计强度后，铺设防水板和排水系统，回填结构外侧夯填土石，恢复原状路面。
2.4基坑开挖施工工艺
基坑开挖共分四层作业面开挖，第一层开挖高度1.5m，配置1台挖机、1台侧翻装载机在上面开挖出渣，并施工第一道钢支撑。第二层开挖高度5m，配置1台挖机，1台侧翻装载机在下面开挖出渣，采用台阶接力式开挖，中部纵向拉槽，作为机械行走及出渣通道，两侧预留2米宽挂网喷锚平台，喷浆结束后将工作平台挖除，并进行挂网喷锚，然后施工第二道钢支撑。第三层开挖高度4.5m，配置1台挖机，1台侧翻装载机在下面开挖出渣，采用台阶接力式开挖，中部纵向拉槽，作为机械行走及出渣通道，两侧预留2米宽挂网喷锚平台，喷浆结束后将工作平台挖除，并进行挂网喷锚，然后施工第三道钢支撑。第四层（隧底）开挖高挖高度3m，采用挖机出度3m，采用挖机出渣，人工配合清底，并对侧壁喷锚防护。
基坑开挖注意事项
1）土方开挖到各层钢管支撑设计标高下50cm，及时施作钢管支撑。
（2）纵向放坡，在坡顶设置截水沟或挡水土堤，防止地表水冲刷坡面和基坑外积水流入坑内。基坑开挖后及时设置坑内排水沟和集水井，防止基坑内积水。
（3）土方开挖沿纵向台阶长度控制在25cm～30m；而在每开挖层中，每段长度一般不超过8m，竖向分层不超过3.0m。
（4）施工时严禁挖土机械碰撞支撑、立柱，严禁机械在支撑上行走，支撑表面不允许加荷载。
（5）基坑内严禁堆积开挖土方，全部由车辆拉至渣场，车辆出渣有行人通过时，注意慢行。
2.5钢支撑施工工艺
钢管支撑架设是基坑开挖过程中一个极其重要的环节，它对维护基坑稳定、防止桩体位移变形有着极其重要的作用。
支撑系统由冠梁、钢支撑、钢围檩等组成。支撑采用Φ609mm（t=16mm）钢管支撑，钢围檩为2根I450mmb工字钢组合，钢管支撑之间用法兰盘、螺栓连接。钢支撑由一个固定端，一个活动端和中间段组成，采用厂家定制加工、现场安装。
钢管支撑体系由钢管、钢围檩、三角撑托架及其附属构件组成。第一道支撑通过冠梁上的预埋件固定架设。第二道、钢支撑通过钢围檩架设。钢管与围檩的连接形式为：一端直接放置在钢围檩上的托架上，另一端钢管接上活络头，活络头与钢围檩中间用钢楔嵌固。根据现场测量的基坑宽度，准备好每根支撑钢管，拼装好的钢支撑应检查其平直度，两端中心连线的偏差度不大于20mm，经检查合格的钢支撑应按部位进行编号，以免用错。钢围檩安装前用砂浆找平，保证钢围檩与围护桩密切接触。按设计施工图的布置间距，在围护桩结构上定出支撑中心点位，以中心的水平线为基准，准确画出支撑牛腿的位置，定出螺栓点位，在螺栓点位上使用手持电钻在围护桩上钻眼，打入膨胀螺栓。安装三角托架，紧靠桩身吊装钢围檩，放置在三角架上，钢围檩安装要求连续、封闭，开挖期间，开挖长度与钢围檩安装长度相匹配，在整个基坑开挖完成后钢围檩同时封闭成环。
2.6基坑监测
基坑施工过程中，对地层、支护结构的动态进行各种监测及分析工作，通过监测分析，掌握地层、支护结构的安全稳定性以及施工对周围环境的影响程度，并将观测结果及时反馈，合理确定施工工艺和参数指导施工。
监测项目
（1）桩顶沉降、桩顶及坡顶水平位移
为了观测围护桩沉降、桩顶及坡顶水平位移，能够很好的记录及分析数据，在明挖隧道左右两侧围护桩冠梁顶间隔15米布置观测点，埋入不锈钢十字测钉，在隧道开挖过程中使用全站仪定期观测围护桩是否出现沉降、位移。
（2）桩体内力
隧道开挖过程中，围护桩受到边坡土压力的作用同时，受到基坑内侧三根钢支撑的反向压力，并受到嵌入岩土的约束，使围护桩发生微小的扭曲变形。当围护桩发生变形时，将带动桩内应变（应力）计产生变形，变形通过前、后端座移位传递给振弦转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可测出引起被测围护桩变形的应变量。再与之前的测试数据作比较，即可求得围护桩的应变变化量。监测选取29#、54#、80#、102#左右两侧共8根桩作为监测对象，对桩体受拉变形、受压变形的关键点进行布控。
（3）支撑轴力
钢支撑共计三排，钢支撑安装之时，围护桩所受水平合力偏向土体方向，随着基坑的开挖，水平合力逐渐偏向基坑方向，同时钢支撑轴力增大。为了监测土压力因围护桩受力抵消之后传递至钢支撑的压力，在钢支撑处布置标贴式应变计。选择监测DK505+335、DK505+365、DK505+395、DK505+425、DK505+455、DK505+485附近共计6组的钢支撑，符合设计每30m断面要求。每组钢支撑上下三排三个断面，在每个钢支撑1/3、1/2、2/3处绕环形布置4个表贴式应变计。当钢支撑受力发生拉伸或压缩形变时，将带支撑上应变（应力）计产生变形，变形通过前、后端座移位传递给振弦转变成振弦应力的变化，从而改变振弦的振动频率。电磁线圈激振振弦并测量其振动频率，频率信号经电缆传输至读数装置，即可测出引起被测支撑变形的应变量。再与之前的测试数据作比较，即可求得围护桩的应变变化量。应变变化量乘以支撑的弹性模量即可得出应力，应力乘以钢支撑受力面积，得出支撑轴力。
参考文献
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[4]孟磊．土木工程中深基坑土方开挖的施工技术分析Ⅲ．中国建筑金属结构．2013．
论文作者:张利锋
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第28期
论文发表时间:2018/2/11
标签：基坑论文; 隧道论文; 公路论文; 桑树论文; 结构论文; 钢管论文; 土方论文; 《建筑学研究前沿》2017年第28期论文;