杨际宇 王立宏
(1.中铁一局集团有限公司，陕西 西安 710000； 2.中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北 武汉 430056)
1 工程概况
海沧隧道起于马青路与海沧大道交叉口附近，与海沧隧道海沧接线工程对接，自西向东，在海警三支队北侧进入厦门西海域，穿西海域后过疏港路，沿兴湖路前行，下穿石鼓山立交后至本项目终点。路线长7 073.499 m，跨海域宽度为2.8 km。隧道进口段ZK12+060～ZK12+350段的地貌属剥蚀残丘，地表为杂填土，厚约6.9 m，结构疏密不均，夹碎石，其下为残积土，厚小于5 m，全～强风化带厚约2 m～15 m，中风化岩不发育，微风化基岩埋深10 m～21 m，场区地势开阔。
2 隧道方案选择
ZK12+060～ZK12+350段隧道拱顶主要为第四系的杂填土和粉质粘土，由于基岩面起伏较大，洞身段局部需穿越基岩。初步设计阶段对该段采用明挖和暗挖两种方案进行了比选：考虑到该段隧道埋深浅，同时隧道跨度大，隧道的覆跨比小，属沉降难以控制地段。若采用暗挖，则需要实施地表注浆配合洞内强大的超前支护，如长管棚与小导管等。同时洞内需采用双侧壁导坑法或CRD法开挖，施工工效低，施工风险大。经综合比选采用明挖法开挖。
该段位于狗头山山前开阔地段，地势较为平坦，除仰坡段紧邻拥军路外，周边无其他控制性的建构筑物，可采用放坡开挖方案。考虑到后期拱顶回填土厚度较大，根据不同的填土高度，采用不同的衬砌厚度：当填土厚度小于6 m时，明洞衬砌厚0.7 m；当填土厚度大于6 m且小于11 m时，明洞衬砌厚0.8 m。
3 基坑放坡开挖设计
3.1 边坡开挖防护
基坑开挖土(岩)层依次为杂填土、粉质粘土、全～微风化花岗岩。其中杂填土结构疏密不均，土石工程分级为Ⅱ级～Ⅲ级；粉质黏土，可塑状，质较均，最大层厚约5 m，土石工程分级为Ⅰ级；全风化花岗岩，岩体已呈砂土状，土石工程分级为Ⅲ级；强风化花岗岩土石工程分级为Ⅳ级；中风化花岗岩土石工程分级为Ⅴ级。针对不同的地层采用不同的开挖方式：对于基岩面(中风化岩层)以上的岩、土层采用机械开挖，对于中～微风化岩层采用爆破开挖。
根据已有工程实践及本项目的地质条件，针对不同的地层采用不同的坡率，中微风化花岗岩采用1∶0.5的坡率；强风化花岗岩采用1∶1的坡率；强风化花岗岩采用1∶1.25的坡率；对于地表杂填土、黏土及局部的淤泥采用1∶1.5的坡率。明挖段设置二级～三级边坡，一、二级边坡的高度一般为8 m。
对于放坡开挖的基坑多采用喷锚防护，即采用喷射混凝土、钢筋网及锚杆作为防护体系，对于基岩面以上的地层采用钢筋锚杆可能存在如下问题：
1)杂填土、淤泥质土均匀性差，结构松散，自稳能力差。由于本段地下水位较高，加之本基坑开挖面积大，基坑开挖过程中土方的开挖改变了土中原有的应力状态，引起土层的变形蠕动，容易引起边坡失稳。
2)残积土、全～强风化花岗岩遇水易软化、崩解、强度降低，位于地下水位以下，施工过程中由于动水压力作用，容易产生边坡滑塌。
上述地层中，砂浆锚杆的锚固剂砂浆与土体的粘聚力小，防护效果差。有鉴于此，对于自稳性差的第四系覆盖层、全～强风化花岗岩及富水砂层边坡采用4 m长φ42钢花管注浆加固，浆液采用P.O425水泥，水灰比0.8∶1，注浆压力为0.5 MPa。采用跳孔注浆，既能保证注浆效果，还能防止相邻孔之间串浆。注浆后，需钻孔取样验证注浆效果。对于自稳性较好的中风化花岗岩，采用4 m长φ22砂浆锚杆防护。当现场地质与设计不符时可对边坡防护方式做适当调整。应在边坡坡面设置泄水孔，及时排除坡体内积水。
3.2 仰坡开挖防护
仰坡的设计是本基坑开挖的难点部分，其难度主要体现在如下几个方面：1)由于本隧道开挖深度大，导致仰坡的宽达97.2 m。本段拱顶以上的仰坡均为粉质粘土和杂填土，加之左右两侧边坡的开挖，使得仰坡失去侧限，更加容易失稳。2)仰坡的前方为拥军路，拥军路路面宽7.7 m，双向行车，其交通量不大，但重载车多。拥军路较地面高3 m，为后期填筑而成，路基压实度差。拥军路下方有一透水砂层，厚3 m～6 m，隧道的开挖易引起地下水涌至正在开挖的基坑，危及拥军路上的行车安全。
设计采用如下措施确保仰坡与拥军路的安全：
1)设置止水帷幕：止水帷幕在平面上呈“U”字形布置，即布置的范围为仰坡及两侧各20 m的边坡。止水帷幕采用双排三轴搅拌桩[1]，搅拌桩的直径为800 mm，间距为650 mm，搭接150 mm。搅拌桩的加固深度为地表至强风化岩层的顶面。根据现场实际，搅拌桩的单根长度为8.0 m～11.7 m。本项目共设置了133根三轴搅拌桩。搅拌桩采用量P.O425水泥，水泥的掺量为20%。后期需对搅拌桩进行取芯检测其强度。实施的三轴搅拌桩即可作为止水帷幕，防止拥军路地下水涌入基坑，又可作为仰坡的挡土结构，减少基坑开挖对拥军路的影响，提高仰坡的稳定性。
2)对于不同的地层设置不同的坡率，中间预留5 m的平台确保仰坡的稳定性。
隧道边仰坡的开挖都应遵循“随挖随支”的原则[2]，基坑的开挖应尽量避开台风季节与雨季。
4 降水设计
本项目地下水的设计降深为仰拱以下1 m。原则上每侧沿隧道纵向布置两排降水井，一排布置于坡顶，一排布置于一级边坡与二级边坡之间的平台上。井点的纵向间距为25 m，根据不同的地质情况作适当地调整。一级井点深度为地表至边坡平台以下3 m，二级井点深度为隧底以下1 m。当提前遇中风化围岩时，进入中风化岩层2 m后终孔。井口直径70 cm，每个降水井内配置潜水泵一台。
降水井的施工工艺为：井点测量定位→挖井口→安护筒→钻机就位→钻孔→回填井底粗砂垫层→吊放井管→回填井管与孔壁间的碎石过滤层→洗井→井管内下设水泵、安装抽水控制电路→试抽水→降水井正常工作→降水完毕封井。
基坑开挖前20 d应采用井点对基坑与主线洞口暗挖段进行预降水、用于疏干基坑上部强风化岩层、全风化岩层、砂土层、残积粘性土层及填土层中含水，以保证无水开挖。在施作了5口井开始抽水的过程中，流量计显示，每口井每天的出水量仅为10 m3/d，水量偏小，与地勘揭示的不符，主要原因是残积土、全风化的花岗岩及砂砾状强风化花岗岩的渗透系数小，采用重力降水效果不佳，经研究决定，增设部分真空降水井。经测试，真空降水量的出水量则大大增加，部分井出水量达50 m3/d。实践证明，真空降水井对此类地层更加适应。
5 结语
海沧隧道海沧端基坑已开挖并完成了明洞结构的回填，未出现边仰坡失稳等事故，表明设计方式是合理可行的。
1)放坡开挖的基坑应根据不同的地层采用不同的坡率，以兼顾安全性和经济性。当地层富水且自稳性较差时，可采用注浆钢花管代替砂浆锚杆，以达到更好的边坡加固效果。
2)采用放坡开挖的基坑，当周边有敏感构筑物和含水层时，采用止水帷幕也是必要的，该帷幕既能起到隔水的功能，还能起到挡土结构的作用。
3)应根据地层选择合适的降水方式。当地层的渗透系数小的时候，重力降水效果不佳，可考虑采用真空降水。
参考文献：
[1] JGJ 120—2012，建筑基坑支护技术规程[S].
[2] 高水琴.放坡开挖基坑的施工技术[J].科学技术与工程,2010(1):818-821.
