软土地区隧道明挖法的典型断面结构受力及围护结构变形分析

李广宇

【摘 要】以杭州市紫金港隧道工程,软土地区明挖市政隧道的2个典型断面为例,采用地层结构法对隧道结构的弯矩进行了计算分析,得到隧道结构的弯矩分布;并对SMW工法桩和地下连续墙竖向围护结构体系的深层水平位移进行了监测分析.结果表明:当隧道主体结构埋置较深时,地下连续墙侧向约束作用会导致隧道底板两端内侧受弯,需要对该断面进行配筋复核;这2个断面的2种不同竖向围护结构型式,最大的深层侧向位移占基坑开挖深度2％以下.说明了这2种围护结构型式应用于紫金港隧道是合理可行的,且安全储备较高. 【期刊名称】《建筑施工》 【年(卷),期】2014(000)010 【总页数】2页(P1185-1186)

【关键词】软土地区明挖隧道;基坑工程;竖向围护结构;现场监测 【作 者】李广宇

【作者单位】杭州市城市基础设施建设发展中心 杭州 310001 【正文语种】中 文 【中图分类】U45

城市隧道的施工方式一般分为明挖法和暗挖法，在场地和周边环境允许的情况下，明挖法具有施工方便、造价低的特点。明挖法中的基坑工程部分具有较多的风险和

不确定因素，从而主导并控制着这类施工方法的安全性。本文以杭州紫金港隧道为工程背景，对明挖法隧道结构受力进行计算，并对典型断面的深层土体侧向位移监测结果进行了分析。 1 工程概况

杭州紫金港隧道工程全长2.65 km，其中文一西路北侧约0.5 km为地面道路，其他为下穿隧道，长2.16 km。隧道为双向四车道，中间隔断，等级为城市主干道。整个隧道设有3 个匝道，其中A匝道和B匝道位于余杭塘河附近，隧道下穿余杭塘河。根据隧道开挖深度及考虑到规划中的轨交5号线与紫金港隧道斜交，其竖向围护结构采用钻孔咬合桩（其中桩间止水采用素混凝土桩）、地下连续墙（壁厚有800 mm和1 000 mm）和SMW工法桩。内支撑为混凝土内支撑和钢管内支撑的单独及混合组合模式。

本隧道2 个典型位置剖面分别为SMW工法桩和地下连续墙断面，其施工顺序为先施工三轴水泥搅拌桩、打入型钢、施工围檩和前后H型钢的连系梁。采用3 道钢筋混凝土支撑，挖深为15.20 m，位于K3+841.72～K3+883.0里程桩号。在挖深最深断面（挖深为18.5 m），采用壁厚为1 000 mm的地下连续墙，设有3 道钢筋混凝土支撑和3 道钢支撑。紫金港隧道位于杭州的城西，分布在软土区域，土层的主要物理力学性能参数见表1所示。

表1 土层主要物理力学性能参数层号 岩土名称固结快剪C/kPa φ/°①1 杂填土 26.6 19.8 0.752 7.0 15.0 17.0①2 素填土 29.3 19.2 0.836 5.4 20.0 13.5②1 粉质黏土 30.0 19.0 0.870 5.2 26.5 14.0②2 淤泥质黏土 42.0 17.5 1.215 2.3 18.5 9.0③ 淤泥质粉质黏土 40.9 17.8 1.203 2.7 18.0 9.5④1 粉质黏土 27.0 19.6 0.795 5.6 33.0 15.5④2 砂质粉土 27.7 19.3 0.784 8.5 6.0 28.0④3 粉土夹砂 28.0 19.2 0.771 9.8 5.5 29.0⑤ 淤泥质粉质黏土 42.8 17.6 1.1 2.7 23.0 10.0⑥1 粉质黏土 27.1 19.8 0.778 6.6 40.0 16.0⑥2 黏土 27.5 19.5 0.758 7.0

45.0 16.5天然重度/kN·m-3 孔隙比 压缩模量/MPa含水量/% 2 隧道主体结构受力及围护结构深层侧向位移分布[1,2] 2.1 隧道结构弯矩分布

图1为紫金港隧道围护结构和主体结构典型断面图，我们采用地层结构法对SMW工法桩断面和隧道埋置最深断面进行全过程施工分析，可得到隧道主体结构的弯矩（kN·m/m）分布，分别见图2和图3所示，由于隧道侧墙和中墙对顶板的约束作用，受到顶板上覆土重和地面荷载传递的作用，顶板弯矩呈W形分布。而对于底板，上部填土覆重和隧道结构自重主要通过中墙传递至底板，底板下部受到坑底地基土体的抗力，而底板侧墙转角处变形受到地下连续墙的约束作用，因此隧道底板在中墙处竖向位移最大，隧道底板结构最大弯矩出现在隧道中墙对应的底板处。但当隧道埋深较浅时，隧道底板弯矩呈W形分布（SMW工法桩断面），当隧道埋深较深时，底板弯矩呈V形分布，底板两侧弯矩内侧受弯。这与地层结构法计算结构相反，经分析，这是由于围护结构的侧向约束造成的，这对隧道结构进行配筋计算时尤为重要，否则可能导致隧道底板外侧开裂。 图1 隧道围护结构及隧道主体结构 图2 SMW工法桩处隧道结构弯矩分布 图3 隧道埋深最深处隧道 结构弯矩分布 2.2 围护结构深层侧向位移分布

SMW工法桩断面基坑挖深15.50 m，采用2 道混凝土支撑，桩长28 m，因轨交5号线与紫金港隧道斜交，因此，与隧道轴线垂直的断面两侧围护结构型式不同，一侧为SMW工法桩，另外一侧为地下连续墙，整个施工过程围护结构侧向位移监测结果见图4，SMW工法桩侧的最大侧向位移为27.6 mm，发生在深12 m附近，最大侧向位移为基坑挖深的1.78‰；地下连续墙侧的最大侧向位移为25.3 mm，发生的位置与理论计算较接近，均在深10 m位置附近，最大侧向位移为基

坑挖深的1.63‰。

在采用地下连续墙基坑挖深的最深断面，挖深为18.5 m，地下连续墙长度为36.50 m，该断面施工过程中侧向变形见图5所示，最大侧向位移的实测值为44.8 mm，发生的位置较为接近，大约在15 m深处，最大侧向位移为基坑挖深的2.42‰。

图4 SMW工法桩断面竖向围护结构侧向变形 图5 地下连续墙侧向位移沿深度变形 3 结语

本文以杭州紫金港隧道为工程背景，对隧道明挖法的典型断面结构受力及围护结构变形进行分析得出：

（a）当隧道埋置较深时，由于竖向围护结构的侧向约束作用，导致隧道结构底板两侧内侧受弯，这与传统的采用荷载结构法计算结果相反。因此需要采用地层结构法的断面结果对隧道结构配筋进行复核。

（b）基坑围护采用SMW工法桩的断面，最大侧向位移占基坑开挖深度1.78‰，地下连续墙侧则为1.63‰；在基坑开挖深度最大、采用地下连续墙作围护的断面，围护结构最大侧向位移占基坑开挖深度的2.42‰。围护结构侧向变形较小，说明基坑的安全性远远满足要求。 参考文献

【相关文献】

[1]刘兴旺,施祖元,益德清,等.软土地区基坑开挖变形性状研究[J].岩土工程学报,1999(4):456-460. [2]刘建航,侯学渊.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.