第４４卷第１７期 ２０１７年９月 建筑设计 Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ Ｄｅｓｉｇｎ 建筑技术开发 Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ 紧临地铁的顶管工作竖井深基坑 支护设计方案 李训峰 （中国水电建设集团国际工程有限公司，北京 １０００４８） ［摘要］作为非开挖顶管技术唯一需要开挖的分项工程，工作竖井的基坑很大程度上决定着整个工程的工期。基于某城区 内３．０ｍ内径长距离顶管工程的竖井需求，介绍在以滨海淤积相淤泥层和粉质粘土层中，紧邻地铁区间和地下管线的竖井基坑 支护设计方案，通过优化采用排桩支挡围护，明挖顺作施工。设计方案为相应工程的建设提供依据，也为类似工程的设计与施 工提供参考。 ［关键词］顶管工程；竖井工程；围护 ［中图分类号］ＴＵ４４３ ［文献标志码］Ａ ［文章编号］１００１—５２３Ｘ（２０１７）１７－－００２２￣０２ Ｄｅｓｉｇｎ Ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ Ｗｏｒｋｉｎｇ Ｓｈａｆｔ Ｒｅｔａｉｎｉｎｇ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｐｉｐｅ Ｊａｃｋｉｎｇ Ｗｈｉｃｈ ｉｓ Ｂｅｓｉｄｅ Ｍｅｔｒｏ Ｔｕｎｎｅｌ Ｌｉ Ｘｕｎ—ｆｅｎｇ ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ａｓ ｔ１ｌｅ ｏｎｌｙ ｐａｒｔ ｈａｓ ｔｏ ｂｅ ｅｘｃａｖａｔｅ ｉｎ ｔｈｅ ｐｉｐｅ ｊａｃｋｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔ，ｔｈｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｓｈａｆｔ ｗｏｕｌｄ ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｅ ｈｅ ｔｗｈｏｌｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｅｒｉｏｄ．Ｂａｓｅ ｏｎ ａ ｐｉｐｅ ｊａｃｋｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔ ｗｉｔｈ ３．Ｏｍ ｉｎｔｅｒ－ｍｅｔｅｒ ｉｎ ｄｏｗｎｔｏｗｎ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ａ ｐｉｐｅ ｊａｃｋｉｎｇ ｗｏｒｋｉｎｇ ｓｈａｆｔ ｉｎ ｈｅｔ ｇｅｏｌｏｇｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｗｉｔｈ ｃｌａｙ ａｎｄ ｓｉｌｔｙ ｃｌａｙ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｂｅｓｉｄｅ ｔｈｅ ｍｅｒｔｏ ｔｕｎｎｅｌ ｎｄ ａｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐｉｐｅｓ． Ｔｈｅ ｓｏｌｄｉｅｒ ｐｉｌｅ ｗａｌｌ ｉｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｎ ｔｈａｔ ｓｈａｆｔ，ａｎｄ ｈａｔ ｓｃｈｅｍｅ ｉｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈｅ ｓｈａｆｔ ｄｅｓｉｎ ｇｎｄ ｃｏｎｓｔａｒｕｃｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ ｆｏｒ ｓｉｍｉｌａｒ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ． ［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｐｉｐｅ ｊａｃｋｉｎｇ；ｗｏｒｋｉｎｇ ｓｈａｆｔ；ｒｅｔａｉｎｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ 顶管是一种被广泛应用于城市管网工程及管廊工程的非 开挖施工工艺［１］，由于顶进区间施工时不需要开挖地面，故在 管网或管廊下穿越公路、铁路、城区道路、河流、古迹保护 区等不允许开挖的区域更是体现出了极大的经济效益和社会 效益［２】口 顶管区间施工前，均需沿隧道纵向每隔一定的距离设置 工作井或接收井［３】，井的深度受顶管覆土深度限制，对于大口 径顶管施工井，开挖深度大多需超过１０．Ｏｍ，为一座周边环境 复杂的深基坑井 。 竖井工程的工法选择需要综合考虑周边环境条件、工程 地质条件和施工场地的限制，同时再结合经济性和安全性展 开分析。在梳理常用竖井施工工艺的基础上，对某３．Ｏｍ内径 的项管工作竖井的周边环境条件进行分析，同时结合该工程 的地质条件优化分析采用排桩法围护、明挖顺作施工的竖井 设计方案，为相关工程建设提供依据，也可为类似工程提供 参考。 ｌ顶管工程基坑支护技术 项管工程的竖井主要是为顶管施工过程提供地下空间， 其内净空尺寸与所采用的顶管机头尺寸有关 】，以３．Ｏｍ内径 泥水平衡式顶管机为例，始发工作井的内净空尺寸取为８．０ ｍｘ ６．Ｏｍ即可满足要求 】，一般情况下的竖井长度不超过１０．Ｏｍ， 宽度不超过８．Ｏｍ；井的深度受顶管覆土或地下交叉穿越施工 距离要求的限制，一般内径３．Ｏｍ的始发井深度在１０．０－２０．Ｏｍ 同工法的特点及适用条件如下。（１）沉井法由于施工引起周边 地层的变形较大，一般适用于规模较小、周边环境较为简单 的竖井工程，当周边环境要求较高时需设置水泥土墙进行隔 断。（２）ＳＭＷ工法桩经济性较好，但其施工机械所需场地较 大，故一般适用于挖深不超过１３．０ｍ，且具有较大场地的竖井 工程。（３）排桩围护明挖顺作法适用于周边地层变形控制严格、 挖深较深的竖井工程中，当存在透水层时需设置隔水帷幕。（４） 地下连续墙法适用于挖深超过２０．０ｍ或者周边环境控制严格， 需采取两墙合一做法时的竖井工程。 ２竖井设计条件及需求分析 ２．１竖井工程概况 某顶管工程位于沿海主要城市城区内，顶管内径３．０ｍ， 外径３．６ｍ，某区间顶进长度为７７７．７８ｍ，采用泥水平衡式顶 管机，项管始发井的内净空尺寸为８．０ｒｅｘ６．０ｍ，井净深度为 １１．２５ｍ。 ２．２工程地质及水文地质条件 本顶管区间为淤积平原地貌，地势稍有起伏，主要位于 城市Ｉ级主干道下方。竖井周边管线密布，交通车流量大。淤 泥平原地貌上部覆盖层为人工堆填层、粉质粘土层和淤泥层， 下覆花岗岩。 本次工程沿线场地地下水类型主要为赋存于表层填土中 的上层滞水、下部粘性土、砂砾层中的孔隙潜水。其中上层 滞水水量不大，补给来源主要为大气降水及附近地表沟水的 之间 侧向补给，下部粘性土、砂粒层中的孔隙水量稳定，补给来源 根据现有的技术特点及技术发展水平，该类型竖井可采 主要为大气降水及地下侧向径流补给，水位变幅约０．７￣２．２ｍ。 用沉井法、排桩围护（含钻孔桩、咬合桩和ＳＭＷ工法桩）顺 ２．３周边环境条件 作法和连续墙围护两墙合一法等基坑支护方案。 该竖井位于两条城市Ｉ级主干道的交叉口，道路均为双向 这几种围护方法的都具有一定的使用条件，总体而言，不 六车道，且交叉路口的地面具有不可迁改的雕像，地下临近 有城市地铁隧道的区间，周边管线密布。 收稿日期：２Ｏ１７＿ｏ４＿Ｉ２５ 由竖井周边的地下构筑物及管线的数量与工井之问的 基金项目：中国电力建设股份有限公司科技项目（ＤＪ．ＴＧＹＹ－２０１６－０５） 相对关系可以看出，工井周边管线密布，小于１倍开挖深 作者简介：李训峰（１９８２一），男，江苏泗阳人，工程师，主要研究 度（１１．２５ｍ的净深度加上工井地板及垫层等，共计厚度约 方向为国际工程建设的全过程管理与技术。 １２．２５ｍ）范围内的地下管线或构筑物多达７种，尤其是新近施 ・２２・ 建筑技术开发 建筑设计 Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒａｌ Ｄｅｓｉｇｎ 第４４卷第１７期 ２０１ ７ｑｚ９月 ９２００ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ 工的城市地铁盾构区间，盾构衬砌外壁距离拟施工的支护桩 边缘仅５．５２ｍ，是决定工井周边地层变形控制量的主导因素。 根据周边的环境条件及基坑本身的重要性，基坑安全等级为 一３３２０ 量 级。 ３支护方案优化设计 ３．１ 支护方案选型分析 由于本竖井工程的周边环境复杂，地下管线及地铁区间使 其变形控制严格，采用沉井法存在的施工风险较大，首先排除； 其次由于两侧交通压力大，围挡受限，１４．０ｍ的宽度内无法摆 放ＳＭＷ工法桩机械和咬合桩机械的施工，故也将这两种工艺 排除；由于开挖深度为１２．２５ｍ，且主要为不透水层，从经济 性角度考虑，采用排桩法围护，桩间采用旋喷桩止水抗剪的 支护方案。 ３．２基坑支护方案设计 基坑支护的设计项目包含单元设计和整体设计，本节主 要介绍单体设计方案。基坑支护设计方案，包括对周边荷载 条件的取值和本身结构的优化设计两方面。由于周边道路为 市政主干道，基坑两侧的地表可变荷载为２０ｋＰａ，安全等级为 级。 支护结构采用基坑设计软件ＦＲＷＳ进行优化设计，主 要参数如下。（１）灌注桩桩径１．０ｍ，桩间距１．３０ｍ，桩总长 ２２．５ｍ，混凝土强度为Ｃ３０，桩顶设置１．２ｍ宽，０．８ｍ高的冠 梁。（２）灌注桩之间采用直径０．８ｍ的旋喷桩止水，旋喷桩与 灌注桩搭接０．２ｍ，旋喷桩长ｌ９．５ｍ。（３）为减小顶管进出洞 口产生的地表沉降或机头“磕头”现象，对洞口外侧的土体 进行加固，加固措施仍为直径０．８ｍ的旋喷桩，加固范围为７．４ｍ 宽，６．０ｍ高，２．３ｍ厚。（４）基坑内侧由上至下设置３道内支 撑，距离分别为０．４ｍ，４．９ｍ，４．０ｍ，最下面一道支撑距离坑 底３．１５ｍ，主要是为便于顺作竖井内衬墙底板及侧墙的浇筑， 同时调整内支撑的高度，优化支护桩的受力，使其内外侧弯 矩相当，节约投资。 由基坑支护内力的主要控制参数可知，除坑底抗隆起安 全系数以外，其余的均满足规程要求，而ＦＲＷＳ软件中坑底 抗隆起稳定安全系数参照ＪＧＪ １２０－－２０１２《建筑基坑支护技术 规程》进行计算，即假设基坑内外侧均为半无限体，与本工 程的窄基坑宽度不一致，需采用强度折减法分析相应的抗隆 起安全系数。 ３．３内支撑系统设计 根据基坑支护桩的设计方案，基坑内侧需设置３道内支撑， 根据支撑内力的提取结果，将内支撑系统架设设为封闭的框 架进行结构设计。为提高内部空间的利用率，将内支撑设计 为四角斜向支持系统（图１）。 ４周边地层变形分析 采用有限元软件对基坑开挖引起的基桩内力、周边地层 一量 －＿ ８ ∞ 墓 Ｎ ｇ ∞ 謇 一 § 图１ 四角斜向支撑的内支撑系统 变形规律及变形量大小等进行分析，发现基坑开挖产生的周 边地层变形量都在１５．０ｍｍ以内，满足安全需求。同时采用强 度折减法分析基坑开挖过程的坑底抗隆起稳定安全系数，为 ２．４１４，大于规程要求的２．２，即认为采用２２．５ｍ长的支护桩方 案能够满足基坑抗隆起稳定的安全需求。 ５结束语 目前，该竖井及顶管工程已经顺利竣工并交付使用，根据 施工监测数据，基坑工程支挡结构的最大变形值为１７．４２ｍｍ； 周边建筑物和管线的最大变形值为１９．７４ｍ，未超过监测警报 值，并且与设计方案的计算结果较为接近。在类似工程中， 本工程的基坑支护设计方案可作为设计参考。 参考文献 …马保松．非开挖工程学【Ｍ］．北京：人民交通出版社，２００８． 【２】陈孝湘，张培勇，丁士君，等．大口径三维曲线项管项力估算及实 测分析［Ｊ］．岩土力学，２０１５（Ｓ１）：５４％５５２． ｆ３ ＣＥＣＳ ２４６：２００８，给水排水工程顶管技术规程【Ｓ】．３１ 【４】刘国彬，王卫东．基坑工程手册【Ｍ】．第２版．北京：中国建筑工业 出版社，２０１０． ［５】唐自强，陈孝湘，刘志伟．大１３径顶管施工排障用连续墙竖井设计 与施工［Ｊ］．地下空间与工程学报，２０１５（Ｓ１）：２１７—２２２． 【６】ＧＢ５０２６８－－２００８，给水排水管道工程施工及验收规范【ｓ】． 【７】吴征，陈孝湘，杨巡莺．复杂地质中长大连续顶管设计与施工要 点［Ｊ］．建筑技术，２０１ｌ，４２（１２）：ｌ】２７一ｌ１２９． 【８】金波．预应力型钢组合内支撑在深基坑工程中的应用［Ｊ］．建筑技术， ２０１６。４７（４）：３２８－３３１． ・２３・