电缆顶管隧道工作井基坑支护设计

电缆顶管隧道工作井基坑支护设计

冯德泉

广东南海电力设计院工程有限公司

摘要：基坑工程是一项综合性很强的系统工程，它主要包括基坑围护结构的设计、施工以及土体的开挖，它要求参与人员必须进行密切的配合、动态监控。随着我国城市建设的发展，在各方人员的共同努力下，基坑工程的围护形式、设计理念以及施工技术均取得了长足的进步。本文就电缆顶管隧道工作井基坑支护设计详细分析。

关键词：电缆顶管隧道；工作井；基坑支护

1.工程概况及周边环境

为配合佛山市南海区三山新城的建设开发，需对三山岛内110KV及220KV架空线路进行迁改。工程将现有110KV芳联福飘线15#-28#塔和220KV雷都线#60-#71塔由架空线路改为地下电缆线路，结合三山岛内远期电力规划要求，经多方论证，决定沿三山大道和港口路建设一条电力专用隧道用于满足本期敷设迁改电缆和远期电力发展需要。

拟建的三山岛内高压电缆隧道工程主线线路从位于三山大道与广珠西线路口西南角的1#工作井出发，之后线路沿三山大道南侧路边绿化带一直向东南方向延伸，在三山大道上分别设置2#工作井、3#工作井，至三山大道与港口路路口设4#工作井；之后线路转南进入港口路，在港口路东侧辅道绿化分隔带内分别设置5#工作井、6#工作井、7#工作井，线路下穿武广、南广、贵广铁路至8#工作井，在三山污水处理厂北侧220KV电缆终端场与110KV电缆终端场附近设9#工作井作为隧道的终点，本工程隧道主线全长4161m。1#-9#工作井基坑侧壁安全等级属一级，工作井A外侧及9#工作井外侧明挖隧道基坑侧壁安全等级属二级。电缆隧道沿线主要沿市政公路的绿化带走，在三山大道局部路段建筑物比较多，隧道工作井均避开地面建筑物布置。

2.电缆顶管隧道工作井基坑支护设计要点

隧道工作井设计、施工是本工程的一个难点。工作井在施工阶段是隧道顶管的始发井和接收井，尺寸要满足顶管机头及相关设备的要求，工作井的后座墙要为顶管提供前进的顶力。隧道建成后工作井是联系地面和地下隧道走廊的出入口，设置是否合理影响了日后投产运维是否方便、合理。工作井占整个隧道段的长度比例虽然不到10%，但造价可以占地隧道土建造价的40-50%，所以对工作井应给予充分的重视。在工作井是施工过程中，第一步就是要考虑工作井基坑的支护，支护措施的选用是否得当，关系到整个工程的造价、基坑开挖的安全以及邻近建筑的安全等。在基坑支护设计时我们必须对以下资料准确、充分的了解：

2.1土层特点及地下水条件

对拟建基坑场地进行详细的地质勘探，把基坑深度范围及深度以下土体的分布、各项土工参数、地下水位埋深、地下水的形式等对电缆隧道基坑支护结构受力、变形产生重要的影响的因素都准确勘探清楚。当存在软弱地层的位置和厚度必须给予足够的重视，它对基坑的变形、顶管后座墙的顶力以及顶管始发出洞口的加固措施的影响较大。地下水、承压水的分布以及渗流情况也会对基坑产生很大的影响，当承压水头较高时，将会对基底的隆起变形产生非常大影响，要慎重处理。

2.2基坑周围的建筑物

对于基坑邻近范围现状已有建筑物要做详细的测量，根据建筑与基坑的距离远近划分不同的风险区域。对于与基坑距离少于1.5倍基坑深度范围内的建筑为沉降影响高风险区域，必须要对建筑物的建设年份、结构形式、基础形式等基本信息收集齐全，对建筑物目前的使用情况以及开裂情况详细记录，并聘请第三方的建筑安全评估单位对房屋进行施工前、竣工后的安全评估，通过对比可以判断基坑施工对建筑的安全影响，可以减少邻近群众顾虑，有效规避工程建设过程的社会风险。施工过程要在该区域布置沉降的监测点，并在整个施工过程定期（一般7天一次）对监测点进行复测，记录沉降数据，当发现沉降累计量或出现突然增大等情况时应及时通知建设单位进行处理，造成沉降的原因没分析清楚、未采取加固处理措施前严禁继续施工。

对于与基坑距离在2-2.5倍基坑深度范围内的建筑为沉降影响区域，在该区域的建筑物要作基本情况的登记，设置沉降观测点，定期作沉降数据的收集、比对，发现情况及时汇报。

3.基坑支护计算

3.1工程地质条件及地质参数的确定

根据地质报告，结合规范及地区经验，各主要岩土层参数取值如下表：

3.2支护方案

1）、支护方案的确定

根据场地土层情况、开挖深度以及周边建筑物情况等，通过技术经济性比较，本工程对2#、3#工作井基坑支护方案采用灌注桩结合钢筋混凝土环梁内支撑的支护型式，1#、4#～9#工作井基坑支护方案采用0.8m厚地下连续墙结合钢筋混凝土环梁内支撑（钢管角撑）的支护型式。工作井A外侧及9#工作井外侧明挖隧道基坑支护方案采用拉森钢板桩结合型钢内支撑的支护型式。

2）、计算原理

支挡结构计算时采用保守的计算参数，土压力取较大值。侧压力计算砂层采用水土分算，其余采用水土合算，土压力计算采用朗肯土压力理论。4～8#井位于港口路，由于前期港口路道路施工时设置了梅花状水泥搅拌桩地基加固处理（搅拌桩长约15～20m），因此4～8#井基坑支护计算时对该区域淤泥质土的物理力学参数适当提高。本工程采用理正深基坑支护结构设计软件7.0版本进行设计计算。

3）、工作井支护计算（选取1#工作井为例，由于篇幅原因节选主要计算结果）

1#工作井支护方案选用连续墙支护

a）、基本信息

4.主要经验总结

4.1荷载条件

施工荷载、周围建筑物荷载、周围管线荷载、交通运输荷载等等这些因素会改变基坑的应力状态，尤其是动荷载，对基坑的变形影响较大。在基坑开挖之前，坑外的荷载在围护墙的两侧是平衡的，当基坑开挖时，围护墙两侧超载现象的存在会使卸载产生的基坑不平衡程度增强，使得基坑产生更大的变形。尤其是施工荷载和交通运输荷载对土体的荷载效应，会加大土体的变形，必须引起重视。

4.2围护墙的刚度

在选择围护结构类型时，要综合考虑工程地质及水文地质条件、工程规模大小以及周边的环境等方面的要求。针对不同类型的围护结构，它的强度和刚度是不同的，适用的范围也不相同。对于地下续墙和板桩围护结构，地下连续墙的支护刚度明显高于板桩，由于基坑开挖而导致的墙体最大水平位移，地下连续墙也比钢板桩的要小很多。所以，围护墙体的类型应该根据具体工程的具体条件进行选择，使其强度能够满足要求，从而达到控制基坑变形的目的。

4.3水平和竖向支撑的间距

对于竖向支撑的间距，若竖向平均间距增大，支护系统的刚度会随之减小，导致墙体最大位移会随之增大。所以横向和纵向支撑对基坑的变形有重要意义。此外，第一道水平支撑的架设位置会对基坑的变形有着重要影响。本工程试算结果显示：围护墙在设置第一道支撑之前处于悬臂状态，如果处于悬臂状态的长度太长，那么围护墙体水平向的位移随之增大，而基坑周围的土体沉降变形也会随之变大，严重的话会引起地表开裂塌陷。因此，架设第一道水平支撑的位置，对于控制基坑变形性状有着重要作用。

5.结语

深基坑支护设计研究的重要性不言而喻，它是岩土工程的一个重要的研究性课题。随着我国大量地下基础设施如地铁隧道、地下综合管廊、电力顶管隧道等工程大量开工建设，基坑支护设计难度更大、要求更高，这就推动了相关工程技术人员对这一难题进行探索和研究，逐渐就出现了越来越多的实践经验和理论研究方法。对以上综述的技术型研究性课题，经过各方技术人员的不懈努力，对基坑工程相关问题的认识和研究已慢慢走向成熟。

参考文献：

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