Engineering Technology 大跨度地下工程支护结构研究 李伟朋 （中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450000） 摘要：在工程建设过程中，大跨度地下工程施工需要有效的支护技术支持，通过研究大跨度地下工程支护结构，能进一步总结更加高效的施工技术手段，从而全面保证施工效率与安全。在实践分析过程，技术人员要结合具体工程实际，科学的提出更加有针对性的施工技术方法，从而不断加强支护技术水平，进一步为大跨度地下工程项目施工工作开展奠定良好基础。 关键词：大跨度；地下工程；支护结构 新时期，有效的开展大跨度地下工程支护结构研究是必要的，随着工程建设项目的不断增多，为了保证大跨度地下工程施工质量，技术人员要明确大跨度地下工程支护结构的优化方法，从而提高施工技术的应用能力，以进一步保证大跨度地下工程支护结构的稳定性，从而为施工工作顺利开展提供有效的技术保证。 1 大跨度地下工程支护结构的优化方法 1.1 优化结构方案 优化支护结构可明显压缩施工所消耗的资金成本，同时大幅提高项目的实施效率，节省大量的时间，保证企业能够获得预期的经济效益。首先，设计人员在确定项目方案时，需以目标矩阵为标准参照，对支护结构的方案内容进行客观的分析和评价，并形成评价指标的标准值。可形成专门的评估团队对形成的多种方案内容进行对比分析，包括方案所涉及的造价、可靠性、应用技术及所产生的生态污染等情况，结合各种能够对工程施工所产生影响的因素斤西瓜横向对比分析，通过系统的评价来确定方案的综合可行性。在对方案进行筛选时，相关人员可使用归一化的手段，降低评价指标值来获得更为优化的方案类型，从而保障计算结果能够达到预期的可靠性[1]。其次，设计人员还需相应搭建结构更为明确的模型和矩阵用于判断，并将安全、环保及经济等方面的理念体现于模型中，从而提升模型与用户需求的契合度，并通过判断矩阵来体现各相关因素的应用性和价值。此后使用检验或者排序的方式对施工方案进行科学的评估，在同层次或者不同层次的同一要素进行排序，明确不同要素之间的差异，掌握其对方案内容所产生的影响，从中选择更具有科学性和可行性的施工方案内容。 1.2 优化设计计算 开展支护结构设计可通过下述两种方式开展：一是经历平衡法及等值梁法；二是地基梁m法与弹塑有限单元法。前者需结合强前后泥土所具有的压力平衡来对结构插入的深度及内力指标进行测算。但该种计算方式在实际设计工作中的应用频率并不高。主要在于技术条件有限，在对墙前后泥土压力极限进行测定时实施难度更高，通常所获取的结构均是通过估算得出的。此外该种方式对土体变形及支护结构等因素并没有考虑其中，所获取的结果与真实情况具有较大的差异。该种计算方式更为简便，可依据施工现场的具体情况计算较为简单的基坑挖掘施工情况。 后者能够将支护结构及土体变形等方面的因素能够考虑在内，但从整体上看计算结果仍不完善。如在计算中需涉及到m值，但对该参数的确定难度较高，在不同地质情况的影响下，参数的取值存在较为明显的差异、在对支护结构实施设计时，参数m并不是固定的，而是弹性指标，难以对支护结构的深度进行准确的测算。通过实践结果可知，通过地基梁m方式所得出的悬臂桩结构与实际数据也具有较大的差异，误差已经严重超过标准，这便说明桩后土体的变形已经在标准弹性之外，并不具有准确性[2]。 当前对支护结构进行设计所使用的计算方式主要以弹塑有限单元方式为主，该种计算方式不但能够将土体变形等因素考虑其中，同时可获得塑性区域的分布信息，以此保证支护结构设计能够具有更高的稳定性和准确性。因此将该种方式应用到计算深基坑机构所表现出的优势较为明显。 1.3 细部优化支护结构 细化支护结构的设计方案可明显压缩施工所需消耗的资金成本，同时保证施工方案具有更高的实用性。细部优化需全面衡量数 116 2021·1 《华东科技》 据方案中的变量约束、目标函数和实用的算法等因素，全面落实对施工原料、人员和设备等方面的控制工作。对支护结构方案进行优化所涉及的参数较多，类型也更为复杂，这些参数对支护结构的稳定性具有更为明显的影响。具体需明确方案的约束条件，基于具体的条件对支护结构的安全性进行分级，确定结构发生变形的可能性，通过相应的计算方式来获得结果。在明确具体的细部优化约束条件后，便可应用计算机和相应的专业软件技术进行计算，最终获得更为准确的数据结果。该种方式可最大限度做好施工的成本控制，从而使施工方的经济效益得到保障。对支护结构方案进行优化，需密切联系计算活动，设计人员可应用动态规划的方式完成编程工作，获得更具准确性的计算结果。当前信息技术在施工过程中的应用能够极大降低人工的投入量，降低人类的脑力应用，所获取的数据也更为准确，如对支护结构进行优化时，可运用工具箱完成方案的优化计算。 2 永久支护结构的分析 基坑支护工程发展至今，永久支护结构是未来的发展趋势。其以以往的结构为基础，对地下结构进行变革完善，将支护结构转变功能定位，成为地下主体结构中能够持续发挥作用的部分。永久支护结构的类型较多，其以桩锚支护为基础，运用支撑构件连接支护桩和地下室的水平结构。 2.1 桩锚支护结构施工 实施该部分施工内容时，需依据以往所使用的施工手段，在支护桩和地下室的外墙中间应用外伸支撑的方式，将腰梁与支护桩连接。支护桩会在腰梁位置设置预埋件，腰梁内配筋便可将预埋件和支护桩焊接成一个整体。在永久支护中，支护桩在地下主体结构中能够一直发挥支撑作用，也由此需对支护桩的质量进行更为严格的控制[3]。 2.2 换撑施工 实施换撑时，需按照从下到上的顺序以此实施。支撑构件其实作为主体结构的外延，外伸支撑的作用在于对混凝土的支撑，支撑的其中一端须臾地下室的梁板相连接，另一端与支护桩连接。基础底板的外伸部分可由素混凝土的板状支撑为主，深度约为-17.1 m，支撑两断需在浇筑处理下与底板和支护桩连接，此外不再设置特殊的构件连接。实施换撑时也会同步完成回收锚索。当上部结构的外伸支撑强度高于80%后，便可回收锚索，同时对换撑过程所能出现的各类情况实施科学计算。 2.3 土体回填 在完成地下主体结构施工项目后，便可按照顺序完成防水保温和土体的回填施工。永久支护不会对地下室外墙的防水保温施工形成过大的影响，可使用传统的方式完成施工内容，进行防水层施工时同时也要注意对外伸支撑节点的处理。实施土体回填施工时，可运用传统方法实施，在施工期间尽量降低支撑构件所产生的影响，最后将回填土体进行压实。 2.4 支护结构受力分析 在进行受力分析时，基坑支护可结合临时支护工况对受力进行计算，通过地下室的外墙便需结合正常工况实施计算，无需将支护结构的正常使用工况纳入考虑范围。永久支护中的支护桩既可具有临时性又可具有永久性，下面便对两种不同的工况进行具体分析。 2.4.1 临时支护阶段 从支护结构的受力状态层面分析，临时支护可包括桩锚支护和桩撑支护两个部分。在临时支护工况中，由支护桩和止水帷幕所形成的挡墙，会同时受到坑外岩土和水的压力。在实施换撑施工之前，上述压力会通过锚索将外力传送到土体当中。完成换撑后，便可将锚索收回。合力通过腰梁等构件传输到地下室的主体结构当中，形成支护桩、外伸支撑力和地下主体结构的力量传输途径。 2.4.2 正常使用阶段 回填土会在该阶段发挥功能，搭建出由支护桩、回填土和地下主体结构所形成的综合的力量传输通道。止水帷幕在该阶段便失去了功能，回填土的水位应与坑外保持水平。支护桩需具有对坑外岩土的侧向力的承受能力，并将外力通过外伸支撑来传输到地下主体。回填土的侧压力和水压力会对地下外墙形成合力。外墙受力降低，则永久支护结构便发挥出自身的功能。 3 大跨度地下工程支护结构施工技术 3.1 土方开挖技术 应更为重视施工环境，在正式开展工程施工前，需对区域内的降水及土体的稳定性进行全面的检验，保证所有条件均符合施工要求后在开展项目实施。可使用水平分段和垂直分层的方式来实施开挖施工，尽量压缩开挖施工的工期，从而基坑发生变形。完成开挖工序后，需配套安装支撑结构，这样便可有效节省工时。从横向方向来说，单条土块可分为5小块，每个土块的尺寸应大致相同。从挖掘的工序方面来说，首先需从中间开始实施挖掘，此后按照对称的顺序向两侧开挖，最后完成地下墙面部分施工。按照上述方式可尽量减少连续强在外面的暴露时间，发挥良好的支撑作用。由于施工间隙相对较小，在施工前技术人员需做好充分的规划。图1为-3.10m承台基坑开挖剖面示意图。在具体施工期间，应注意保持设备和围护墙的距离。实施末层土挖掘时，应在顶部位置留出相应位置的土方，从而为后续的清底工作提供前提，避免出现基底土的扰动情况[4]。 图1 -3.10m承台基坑开挖剖面示意图 3.2 地下连续墙施工技术 地下连续强开展施工（如图2）时，需格外做好下述方面的内容：准确定位导墙位置，保证其精确度。运用质量达标的泥浆完成浇筑，并合理控制槽尺寸。科学设置钢筋笼中的各钢筋间距，保证其具有相应的刚度，避免钢筋笼发生变形。加大钢筋接驳器位置设置的精确度，同时对插入的深度和垂直度做好相应的控制。 图2 地下连续墙施工图 工程技术 需在专业的平台制作钢筋笼，同时延纵向为导管预留出相应的空间，从而实现上下贯通。将钢筋笼底当做基础，在厚度0.5m的范围内实施收口，此后运用焊接方式对各吊点实施固定，从而保证钢筋笼的刚度指标，为实施起吊提供基础。从钢筋笼起吊的刚度和强度方面来看，可使用φ25mm的圆钢作为节点的固定工具，此外应将转角槽的钢筋间距设置在4m左右。 需科学控制起吊速度，钢筋笼应缓慢起吊，在实施吊装期间保持良好的垂直角度，从而最大限度提升放置在槽中位置的精确性。钢筋笼本身的体积较大，因此需应用起吊朽架，同时保证其宽度在5m以上，横幅数量应大于4个。在进行钢筋笼的吊放施工时，如果遇到槽壁塌方的情况，便需立即停止吊放操作，经过清渣后便可继续施工。 钢筋笼下方如果发生偏差，便需使用下述方法进行有效解决：一是如果无法准确放入槽中，则严禁用强制手段进行冲放，此时需对钢筋笼进行检验，此后在开展放置操作。二是对槽深进行检测，如果坍孔等出现质量问题，便需停止钢筋笼下方施工内容，此时可使用槽机完成全面的清理，此后再将钢筋笼放入槽中。三是如果由于绕管原因导致钢筋笼下放失败，则需使用吊机实施冲放，在对绕管周围的混凝土全部清理完毕再实施吊放。 3.3 钢支撑施工技术 实施钢支撑作业期间，需用兼并方式完成土方施工内容，此外还需按照支撑后开挖的顺序施工。在完成首层土方挖掘施工后，便可对二层土方继续施工，这样便可顺利完成开挖工程内容。 在实施2、3个支撑施工作业时，需倾向使用φ609mm规格的钢管，此外还需保证钢管的刚度达到预期要求，运用法兰螺栓对各管节进行连接，以此达到标准要求。在对钢支撑进行加固时，需将活络头在另一侧安装，以此实现灵活伸缩。测试基坑深度后，便可处理配管，以双点起吊手段完成安装。可使用人工方式完成固定端的安装，保证将其顶入预埋件中。钢管需保证高度的稳定性，同时在较短的时间内完成千斤顶的安装。在实施钢支撑作业时，需做好下述工作内容：一是以挠曲度作为支撑，按照标准的支撑长度，将实际的施工长度设置为标准值的1/1000。二是将支撑两侧标高差控制在合理范围，将支撑长度作为标准，实际测量标高的差值，将该参数控制在标准值的1/600以下。三是对支撑中心和顶面高度差控制在30mm以内，在施工期间支撑的水平轴线通常会产生误差，此时施工人员应尽量将误差控制在100mm以内。实施安装前，需全面检查施工所用的设备，保证各连接位置相对稳定，各项参数均能够达到标准，此后在对其施加预压力。在施加预应力时，需细致观察和测量，保证发生变形的几率在可控范围内。在实施一级应力施工时，需密切观察结构情况是否在标准范围，当确认后再实施后续的预应力施加。完成该部分施工内容后，需通过钢锲块处理钢支撑和围护墙，保证其连接具有更高的稳定性。 4 结语 随着社会技术进步和对环境条件的提高,对工程设计和施工提出了更高的要求。大跨度地下工程是一个综合性和实践性很强的岩土工程问题,支护结构的设计必须与工程的施工方案紧密结合,如何选择适用于具体大跨度地下工程情况的施工方法对基坑施工有着直接影响。希望通过以上分析，能够不断提高实践研究水平。 参考文献： [1]林志军,李顺达.城市大跨度交通隧道施工模拟分析与断面优化研究[J].西部探矿工程,2019(11):203-207. [2]吕刚,刘建友,赵勇,王婷,岳岭.超大跨度隧道围岩作用效应与支护结构设计方法研究[J].中国铁道科学,2019(05):73-79. [3]陈鹏.大跨度巷道厚煤层顶板失稳分析与优化方案研究[J].能源与节能,2019(07):134-135. [4]郭小红,姚再峰,杨春英,晁峰,陈红宾.大跨度地铁车站初支拱盖法支护参数研究[J].现代城市轨道交通,2019(05):75-79. 作者简介： 李伟朋（1976.2-），男，本科，高级工程师，长期从事于水利水电工程施工方面的工作。 《华东科技》 2021·1 117
