地下工程支護

地下工程支護為防止圍岩坍塌和石塊下落採取的支撐、防護等安全技術措施。

基本介紹

• 中文名：地下工程支護
• 外文名：safety support for underground works
• 定義：防止圍岩坍塌等安全技術措施
• 方式：有構架支撐，錨噴支護
• 構架支撐：木支撐，鋼支撐等
• 錨噴支護：單獨採用錨桿，錨桿和噴射混凝土
• 施工要點：保證預埋件的位置，降水工程可靠

概述

地下工程支護

safety support for underground works

地下工程支護

地下工程開挖過程中，為防止圍岩坍塌和石塊下落採取的支撐、防護等安全技術措施。安全支護是地下工程施工的一個重要環節，只有在圍岩經確認是十分穩定的情況下，方可不加支護。需要支護的地段，要根據地質條件、硐室結構、斷面尺寸、開挖方法、圍岩暴露時間等因素，做出支護設計。支護有構架支撐及錨噴支護兩種方式，除特殊地段外，一般應優先採用錨噴支護。

構架支撐

用支撐圍岩來防護開挖出來的空間，是早期普遍採用的方法。支撐有多種材料和結構形式，主要有：①木 支撐，有門框形、拱形和扇形等（圖1），適用於較小的開挖斷面。它具有重量輕、加工架立方便和損壞前有顯著變形，不會突然折斷等優點，但消耗木材多，施工干擾大。②鋼支撐，也可製成門框形或拱形。它能承受較大的荷載，可以多次使用，耐火性好，占空間小，但需用鋼材較多，費用高。在一般木支撐不能承受的荷載條件下，或支撐不能拆下必須留在襯砌中時，可考慮使用鋼支撐。③鋼筋混凝土支撐，採用預製鋼筋混凝土構件。它適用於岩石軟、山岩壓力大、支撐必須留在襯砌內等情況。這種支撐剛性大，耐火性好，耐久性高，但重量大，運輸安裝不便。無論採用哪種支撐形式，每排支撐均要保持在同一平面上，有足夠的整體性，接頭牢固可靠，並用剪刀撐、水平撐等連線。支撐和圍岩之間需用板、楔等背材塞緊。對支撐還要進行監測和定期檢查，必要時進行加固。地下工程支護

地下工程支護

錨噴支護

採用錨桿和噴射混凝土（見錨噴）支護圍岩的措施，60年代以來，已被廣泛採用。錨桿和噴射混凝土與圍岩共同形成一個承載結構，可有效地限制圍岩變形的自由發展，調整圍岩的應力分布，防止岩體鬆散墜落。它可用作施工過程中的臨時支護，在有些情況下，也可以不必再做永久支護或襯砌。根據圍岩的地質條件，可以採用多種支護形式（圖2）：①單獨採用錨桿，一般只用於局部；②單獨採用噴射混凝土，有時也只用於局部；③錨桿結合噴射混凝土，多用於地下洞室的頂拱和邊牆；④錨桿和噴射混凝土，加設單層或雙層鋼筋網，可提高噴層抗拉強度和抗裂能力，從而提高支護能力；⑤錨噴加金屬網，並在噴層內加設工字鋼等型鋼作成的肋形支撐。上述各種形式的錨噴支護，所採用的錨桿根數、深度、間距，噴層的厚度以及金屬網和肋形支撐的尺寸等，均要根據實際情況確定。為搞好支護還需要進行圍岩變位和變形等現場量測工作。錨噴支護常緊跟開挖掘進，平行作業，特別是在隧洞或地下廠房施工中採用分部開挖的方式時，可隨著開挖斷面的擴大，邊挖邊噴，直至全斷面完成。

特點和適用範圍

⒈本工法的特點

⑴占用的場地很小，適用於毗鄰建築物多而近，且周圍施工地界極其狹窄的工程。

⑵水平支撐結構在支護作用完成後不需要拆除，並成為永久結構的一部分，可大幅降低工程造價，縮短施工工期。

⑶水平支撐結構由上向下逆向施工，且基坑中央留有足夠大的空間，使主要豎向工程結構可以正向施工，保證工程的整體內在質量。

⑷工期短，造價低廉。2．適用範圍

凡是同時具有以下特點的工程均可採用本工法。

⑴基礎結構必須是樁箱基礎。

⑵基礎防水採用混凝土結構主體防水。

⑶工程毗鄰建築物多而近。

⑷周邊地界狹窄的工程。

支護原理

⒈概述

一般而言，在深基礎支護技術中，均在非水平工程結構標高位置處設定水平支撐，因此每當工程結構施工至水平支撐附近時，就必須拆除這道水平支撐。這將使得工程的工序繁瑣，而且造成大量工程材料浪費。本工法則大膽的將水平支撐設定於水平工程結構標高位置處，且水平支撐結構的設計必須滿足所覆蓋部分的水平工程結構使用功能的要求。換言之，利用部分水平工程結構的一部分替代水平支撐結構。與前者不同的是，當基礎結構施工至水平支撐的標高位置時，不需要拆除水平支撐，只要將水平支撐之外的水平工程結構按照正常順序施工完畢即可。特別是水平支撐中央留有足夠的空間，使主樓基礎結構能正向施工，從而保證工程結構的整體質量。這是一種不同於“逆施施工工藝”的一種更加經濟、簡便且安全可靠的支護新工藝。採用本工法必須與建築結構設計相結合，以便得到建築結構設計單位的認可和支持。

⒉豎向支護結構

豎向支護結構可採用支護樁（灌注樁）或地下連續牆。

⑴採用支護樁（灌注樁）時，支護樁必須連續封閉，設定於基礎結構外側。其中部分支護樁可以利用部分工程樁代替，具體代替方法可按照《工程樁代替護壁樁深基礎支護工法》（TYJGF037—96）。

⑵採用地下連續牆時，可利用地下連續牆代替部分或全部基礎外圍結構，地下連續牆的構造設計與施工應符合《建築基坑支護技術規程》（JGJ120—99）的規定。

⒊水平工程結構的利用

基礎結構中，負一層以及負一層以下的各層結構的群房部分，基礎底板除外，均可被利用作為水平支護結構，施工時由上向下逆向施工。基坑中央留有足夠的空間，保證基礎結構由基礎底板向上正向施工。

⑴基坑中央六社孔洞的原則。在一個平面內開的孔越小，在孔周圍的集中應力則越小。我們希望在利用工程結構代替水平支護結構時，將圓孔開深越小越好，以獲得較好的受力效果。這將造成大部分豎向結構包括主要的即主樓部分的受力結構不能由下向上連續施工，只能分層採取逆施法，必定會影響主樓結構的整體受力性。因此，孔洞最小的界限應該保證主體基礎結構的完整性，並且能夠連續正向施工。

⑵孔洞邊緣施工縫的留設與加固。孔洞邊緣施工縫的留設應該符合《混凝土結構工程施工及驗收規範》（GB 50204—92）的要求。根據規範留設的施工縫，在平面呈鋸齒狀。然而，這樣留設的不光滑的孔洞邊緣，容易因結構邊緣應力分布不均勻而產生破壞裂縫，因此必須在孔洞邊緣設定鋼筋混凝土環梁或格構式鋼筋混凝土環梁。格構式鋼筋混凝土環梁是由小截面鋼筋混凝土梁組合而成環狀受力結構，適用於直徑大於60m的環狀受力結構。

⑶水平結構與豎向結構結合部的設計。水平結構與豎向結構結合部的連線方法直接影響兩結構之間的傳力效果。實踐證明，採用鋼筋混凝土邊梁連線水平結構與豎向結構的方法，傳力效果好，結構穩固可靠。具體構造方法，當豎向結構是地下連續牆時，則在地下連續牆的相應位置留設凹槽，並沿地下連續牆與水平結構的連線處設定連續封閉的鋼筋混凝土邊梁。當豎向結構為支護樁（灌注樁）時，則在相應設定鋼筋混凝土樁頂帽梁或樁腰邊梁，並在帽梁或邊梁與基礎結構外牆相交的位置，分別向上和向下生出牆根，以利於基礎結構施工時能和工程結構很好的結合在一起。如圖1(a）所示。

⑷垂直支撐的設定。水平支撐結構的自重較大，而且跨度也很大，承受水平荷載時，容易失穩而破壞。因此必須設定足夠的垂直支撐。垂直支撐可採用剛格構柱，上端錨固在支撐結構內，下端錨固在工程樁或支撐樁內，

⑸基礎結構防水。採用“逆支正施施工工藝”時，基礎外圍結構與豎向支護結構相互連線在一起，不具備做基礎外防水的施工條件，因此基礎結構防水必須採用混凝土結構主體防水。

⒋水平結構的設計

對於這樣一個複雜的受力結構進行受力分析，僅僅採用一般的簡化力學模型和方法時，其結果往往比較保守，而且精確度也不高，容易造成支護工程投資的增加。因此，必須採用一種較為精確的受力分析方法，實踐證明，採用啟明星4.0版本的基坑支護結構分析軟體所分析的結果較為精確。該軟體是採用有限元法對整個結構的受力進行分析。依據這一結果進行環梁及其他輔助支撐梁的設計和配筋。另外，利用工程結構代替水平支撐結構必須取得結構設計單位的同意，並對於被利用作為水平支撐的工程結構進行受力驗算，增加必要的受力筋或結構截面。

施工要點

⒈地下連續牆的施工

地下連續牆的施工，包括鋼筋製作、焊接，混凝土澆注，垂直度控制，牆段連線，以及地下連續牆與水平支撐連線結點的預埋件施工必須符合《建築基坑支護技術規程》（JGJ 120—9）的規定。必須保證地下連續牆的良好防水性能，保證預埋件的位置準確。

⒉防水工程

基坑降水採用封閉式內降水，根據不同的土質、地下水位等情況，做相應的基坑湧水量計算，確定降水系統的降水方法和設備數量，確保降水工程可靠、經濟、高效。

⒊土方工程

土方開挖必須根據基坑的平面形狀，以及水平支撐系統的設計荷載和受力特性，制定科學、安全、高效的施工方法。並嚴格按照預先制定的方案進行施工，要分層均勻的開挖土方，均勻的釋放坑邊土體荷載，避免局部荷載完全釋放，使支護結構的局部受到突變集中荷載，從而造成支護結構突然破壞，給工程帶來不必要的經濟損失。另外，基坑邊緣的堆載以及動載（如過往載重車輛、起重機等）必須符合設計要求，避免因超載引起的支護結構破壞。

⒋結構洞口

如果水平支撐結構必須為地下車庫出入口、樓梯洞口、電梯井筒等結構預留洞口時，需採取必要的加固措施。一般有兩種方法，第一種方法，當孔洞尺寸較小時，則沿洞口邊緣設定鋼筋混凝土邊梁；第二種方法，當孔洞尺寸較大時，若只設定鋼筋混凝土邊梁，則邊梁的截面需要作得很大，很不經濟，因此可採取鋼筋混凝土邊梁與鋼筋混凝土對撐相互結合的方法，完成支護作用後再拆除多餘的部分。

⒌後澆帶

當工程結構較大時，基礎結構常常設有後澆帶。然而在水平支護結構上留設後澆帶則破壞了水平支撐的整體性和水平力的傳遞，但是在主體施工至設計要求的一定高度之前，必須留設後澆帶。

在本工法中可採取以下兩種方法。

方法一，當被利用結構平面面積不很大時，在應留設後澆帶的位置留設誘導縫。具體操作方法，首先在支護階段不留設任何結構縫；當進入基礎結構施工階段，水平支撐不再起支護作用時，在後澆帶位置踢出寬約10cm的凹槽，以控制結構因沉降變形引起的裂縫出現的位置，使之起到後澆帶的作用。

方法二，被利用的水平結構平面面積很大時，我們採取誘導縫的處理方法。具體操作方法，在後澆帶位置澆築強度等級低的混凝土。

質量要求

基坑支護結構是一種支擋坑邊土體的臨時結構，一般其質量要求只要保證基坑及坑邊建築或構築物的安全即可。但是當支護結構與基礎結構關係緊密時，這就對支護結構的施工精度提出較高要求。支護結構施工精度由支護結構設計單位確定，以保證基礎結構的順利施工為標準。同時還應考慮支護結構的變形問題，將變形量控制在安全的範圍內，並留出變形量的空間。如果支護結構是由部分工程結構代替（如工程樁代替護壁樁，地下連續牆代替基礎機構外牆，部分基礎水平結構代替水平支護結構）時，則必須同時滿足工程結構施工的規範要求，並需嚴格控制這部分結構的變形裂縫，使之符合規範要求。這些規範有《建築基坑支護技術規程》（JGJl20—99）、《建築樁基技術規範》（JGJ94—94）、《高層建築箱形基礎設計施工規程》（JGJl20—99）、《混凝土結構工程施工及驗收規範》（GB 50204—92）、《鋼筋焊接及驗收規程》 (JGJ 018—96）、《帶肋鋼筋套管擠壓連線規程》 (JGJ 108—96）、《鋼筋錐螺紋接頭技術規程》（JGJ109—96）等。