金沙洲M线隧道基坑工程中钢板支护法的应用研究

【摘要】1工程概况 金沙洲M线隧道全长495米，净宽9米，其中敞口段343米，闭口段152米，为全钢筋混凝土结构。本工程要求于2009年3月11日开工，2010年元月15日建成通车。由于金沙洲是广州市最...

摘要：本文详细阐述了金沙洲M线隧道基坑工程中钢板支护法方案的选定、制定对策、实施对策等，分析了钢板支护设计计算。采用钢板作挡土墙结构，达到了预期的目标，取得了一定的经济效益和社会效益。

关键词：隧道 支护桩缺位 钢板支护法

Abstract: in this paper expounds the gold sand M line tunnel foundation pit engineering in a scheme of the custodian of the steel plate, establishing countermeasure, implement selected countermeasures, analyzes the steel supporting design calculation. USES the steel plate for retaining structure, achieve the expected goal, and has obtained the certain economic benefits and social benefit.

Key words: the absence of a tunnel support pile steel protector

中图分类号：U455文献标识码：A文章编号：

1工程概况

金沙洲M线隧道全长495米，净宽9米，其中敞口段343米，闭口段152米，为全钢筋混凝土结构。本工程要求于2009年3月11日开工，2010年元月15日建成通车。由于金沙洲是广州市最具潜力的房地产开发热点和为数不多的重要大型居住储备用地之一，因此金沙洲M线隧道的建成通车对广州市区进入金沙洲地区起着至关重要的枢纽作用，工程施工阶段也受到了多方的关注和重视。

2工程实施关键

本工程在K0+760里程处有一组110V及一组10KV电力电缆横跨隧道上方，经业主与电力部门多次协商仍无法迁移，而导致隧道左右两侧各4米的宽度无法进行支护桩施工，从而支护结构存在着不完整性，对隧道在开挖阶段整体的稳定性造成一定程度的影响。因为本隧道属于深基坑作业，不仅要保证隧道本身的施工质量，更重要的是保证施工作业人员的施工安全及基坑上方电力电缆、周边建筑物的安全，因此，如何对此不完整的支护结构做出补救也成为我们本工程的重点的研究对象。

3支护结构处理难点

设计部门通过对现场的实际情况了解做出了设计变更，支护结构改做钢筋混凝土挡土墙结构，完成1m再挖深1m，以此类推（此位置的挖深为10.8m），且要求混凝土强度达到75%才可拆模，在规定工期内无法按设计要求完成施工。

4目标设定

针对工程实施难点，设定目标值：

（1）4 个工作日内完成支护结构的施工

（2）支护结构水平位移值均≤15mm（设计要求极限值）

5提出方案并确定最佳方案

5.1总体方案提出

提出了三个总体方案，分别是木板模板支护法、锚杆加固土体支护法、钢板支护法。

5.2总体方案选择

通过对代替混凝土挡土墙结构的不同方案在安全性、工期、投入费用等方面进行对比分析。经过对三种方案评估打分，钢板挡土结构代替混凝土挡土墙的方法能利用现场较稳定的支护桩结构与其连接共同受力，工期短，造价适中，适合本工程。因此我们把该方案作为可行性方案。

6制定对策

在确定最佳方案后，如何确保方案实施能达到预期的效果并在计划工期内完成，小组组织了内部讨论。经过研究发现，影响分体始发的主要项目有以下四点：

钢板挡土参数、钢板的排列及焊接固定方式及位置、改装临时运送系统、开挖及钢板安装工作的衔接。

7对策实施

在对策实施前，小组人员考虑到金沙洲地区地质存在部分淤泥层结构，仅仅靠钢板做挡土结构有着一定的不稳定因素。为确保钢板挡土结构有足够的挡土能力，通过讨论研究，成员提出在高压电缆两侧加打旋喷桩改善土体土质情况，并能起到止水作用，使得钢板支护结构受到的侧向土压力减小。在与设计交流意见的过程中，设计采纳了我方的施工提议，并提供了正式的图纸变更依据。

电缆贝雷架边上的四条支护桩为直径1.5M的冲孔桩，在此四条支护桩后方增加施打共68条Φ60cm高压旋喷桩加固土体，从而直接的改善了电缆周边位置的土体情况，为钢板支护的稳定性提供了很强的辅助条件。

为了在实施阶段不出现程序上的错误造成返工而耽误工期，小组人员首先确定了对策实施顺序。

实施一、确定钢板的参数能满足挡土强度

首先我们通过设计部门得知周边土体参数，然后我们对选定的钢板材料送检质量部门知道其抗弯系数为Ksm=0.1、抗滑移系数为Krm=0.23。

再通过设计部门在设计混凝土挡土墙的破坏极限值进行比较：

（1）参数计算:

挡土墙截面S=4.320 m2

挡土墙形心x0=0.200 m

r`(加权平均重度)=13.002

水的压力值：rw=9.8 kN/m3

η=2*c/r/h=0.032

α=90.000度

β=0.000度

Kq(被动土压力系数)=1.243

δ=4.000*ψ=4.000*4.000=16.000 度

Ka(主动土压力系数)=0.893

Ea=1425.961 kN/m

a0=0.000 度

挡土墙重G1=108.000 kN/m

（2）抗倾覆稳定性计算:

Eax=Ea*sin(α-δ)=1370.464 kN/m

Eaz=Ea*cos(α-δ)=393.945 kN/m

G*x0=G1*x0=108.000*0.200=21.600 kN/m

z=5400.000 mm

xf=b-z*cotα=395.699 mm

zf=z-b*tanα=5400.000 mm

Kt(抗倾覆稳定性系数)=(G*x0+Eaz*xf)/Eax/zf=0.023

稳定性满足。

（3）抗滑移稳定性计算:

Eat=Ea*sin(α-α0-δ)=1370.464 kN/m

Ean=Ea*cos(α-α0-δ)=393.945 kN/m

Gn=G*cos(α0)=108.000 kN/m

Gt=G*sin(α0)=0.000 kN/m

Ks(抗滑移稳定性系数)=0.091

Ks

实施二、制定合理的排列布置方案，钢板与支护桩钢筋焊接连接方式方案

钢板的排列关系到材料的用量以及受土压力的均匀分布，材料供应商承诺给我方加工单块钢板的尺寸为4m×1.5m（此位置隧道挖深为10.5m）,根据现场情况，我项目部经过研究决定将钢板横向布置，先将一块钢板焊接固定在两根支护装之间，再进行下一块钢板的焊接固定，最后将两块钢板的连接处用一工字钢焊接连接，以此类推。

依照此布置形式需要7块钢板来完成支护结构。数量确定后，为了保证钢板与钢板之间连接更加牢固，在工字钢的连接处每隔1m纵向加焊了一条Φ32HRP335钢筋，使其形成一个十字结构的焊接形式，而钢板与支护桩之间则需要凿除支护桩的部分混凝土，使其钢筋曝露，工字钢则可一头焊接钢筋，另一头焊接钢板.

实施三、临时运送系统改装

为了不影响电缆贝雷架的稳定性，在钢板运送过程中就要避免与贝雷架有碰撞接触，所以最佳的运送方式是由下而上运送钢板。有了这个总体方向，小组通过研究讨论决定在挖土机的挖斗背土面位置焊装一运板装置，

利用挖土机挖臂与挖斗活动较为灵活的特点，将运板装置焊接好后，（运板装置为一截面似J字形的钢构件），挖土机操作人员通过对挖斗不同角度的变换，完成对平放的钢板插入抬起运送的过程，其余辅助人员在钢板的抬起阶段需要用钢丝绳将钢板固定在运送装置上，以免钢板滑落，挖土机将钢板运送到指定位置后焊接工人开始对钢板与支护桩内钢筋焊接连接。

实施四、根据各环节的主要问题，合理安排开挖及钢板安装工作的实施

由于不能借助吊机从上往下运送钢板，为了不会在钢板运送及安装的过程中出现程序上的错误，项目部人员决定采用边开挖，边装板的施工程序进行操作。先开挖2m的标高，然后进行钢板的运送及安装。待钢板焊接完成后，再进行下一个2m的开挖，以此类推，直到钢板支护结构的安装完成。

钢板挡土结构

在实施过程中，第三方基坑监测单位对隧道整体稳定性做定期定点的实时监测，具体做法是在受电缆影响位置的两侧冠梁上方每10米布设一个观测点，一侧5个（共10个）观测点，每天进行支护结构的水平位移观测，并做周总结交予我项目部作基坑安全参考资料。

结束语

通过本次课题研究，总结出以下几点：

1、保证了在4个工作日内完成支护结构的施工。采用钢板作挡土墙结构，比需要40天才能完成的混凝土挡土墙结构少用了整整37天时间。保证了护结构水平位移值≤15mm，达到了预期的目标。

2、间接效益。.在材料和人工上节约了成本。

3、标准化。编写出《钢板作为挡土支护结构的施工流程作业指导书》，以指导我司今后同类工程的施工。

4、巩固措施。同样的实施方法在新的工程项目应用中，同样能控制其位移程度，使得支护结构处于稳定状态，有效的缩短工期，大大的增加了经济效益。