地鐵隧道明挖法施工基坑支護(hù)穩(wěn)定性研究

周 全（中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程建設(shè)有限公司 北京）

地鐵隧道明挖法施工基坑支護(hù)穩(wěn)定性研究

周 全
（中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程建設(shè)有限公司 北京）

本文作者從城市地鐵修建大的角度出發(fā)，對(duì)地鐵隧道明挖法施工基坑支護(hù)穩(wěn)定性進(jìn)行研究與探析，對(duì)地鐵隧道明挖法基坑支護(hù)穩(wěn)定性保證，進(jìn)而確保鄰近建筑物的安全以及生命財(cái)產(chǎn)安全，具有一定的借鑒價(jià)值。

地鐵隧道；明挖法；基坑支護(hù)；研究

引言：

地鐵明挖法施工有時(shí)不可避免的要以較近的距離從高樓大廈的地基臨域內(nèi)穿過,這將增大明挖法設(shè)計(jì)和施工的難度,因此基坑支護(hù)成為地鐵隧道建設(shè)中的工程難題之一。文章以明挖法施工段為工程背景,采用FLAC3D數(shù)值分析軟件模擬地鐵隧道基坑開挖的各施工步序,分析了圍護(hù)結(jié)構(gòu)和基坑周邊地表的變形規(guī)律以及圍護(hù)樁參數(shù)(樁長(zhǎng)、樁徑)的變化對(duì)基坑穩(wěn)定性的影響,最后就模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比研究。研究為施工提供了科學(xué)依據(jù),對(duì)于其他同類工程研究也具有一定的借鑒意義。

1、地鐵隧道明挖法施工的概念

整體來看，城市地鐵隧道施工是規(guī)模較大、工期漫長(zhǎng)、工序復(fù)雜且干擾因素多等多方面因素影響的施工，而且對(duì)于不同的城市地下段落，其地鐵隧道施工開挖的方法也會(huì)存在很大的差異。一般來說，地鐵隧道的施工方法有盾構(gòu)法、暗挖法及明挖法等，同時(shí)對(duì)不不同的施工方法也存在更為細(xì)致的劃分。

具體來說，地鐵隧道明挖法施工是指在地鐵隧道施工過程中，地鐵開挖以地面作為開挖的基準(zhǔn)面，從地面標(biāo)高開始自上而下得對(duì)其進(jìn)行開挖，到地鐵隧道設(shè)計(jì)要求的標(biāo)高截止，簡(jiǎn)單來說，就是從地面直接進(jìn)行開挖，自上而下以此展開開挖相關(guān)工作，然后再完成后續(xù)的主體結(jié)構(gòu)。

2、明挖法施工技術(shù)要求及特特點(diǎn)

明挖法具有施工作業(yè)面多、速度快、工期短、易保證工程質(zhì)量、工程造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn)，因此，在地面交通和環(huán)境條件允的地方，應(yīng)盡可能采用。明挖法具有以下顯著優(yōu)點(diǎn)：。

1.工藝簡(jiǎn)單，施工面寬暢，作業(yè)條件好；

2.可安排較多勞動(dòng)力 髙同時(shí)施工，便于大型、 效率的工機(jī)械使用，以縮短工期；

3.造價(jià)低，施工質(zhì)量易于保證。然而，明挖法也有以下缺點(diǎn)：1.破壞環(huán)境生態(tài)；

2.影響交通，帶來塵土和噪聲污染；

3.勞動(dòng)強(qiáng)度高，施工環(huán)境惡劣.

3、地鐵隧道明挖法施工基坑穩(wěn)定性研究

3.1 工程概況

隧道施工通常采用的是明挖法，通常情況下，地鐵地處城市較為繁華地段，其周圍是居民小區(qū)、公園及一些低矮民房，同時(shí)還存在一些商業(yè)與辦公用途的高層建筑物，其地址情況自上而下依次為雜質(zhì)土粉黏土及粉土，依據(jù)地上及地下情況，擬采用鉆孔灌注樁作為其基坑圍護(hù)方式，樁長(zhǎng)為 17～25米之間，樁徑為 0.6 與0.8m兩種，裝間掛鋼筋網(wǎng)片加噴射混凝土防護(hù)，內(nèi)支撐采用鋼管進(jìn)行加力。

3.2 模型建立

其采用的是Mohr-Coulomb模型,對(duì)樁的模擬采用FLAC3D中的樁構(gòu)件單元,對(duì)鋼支撐的模擬采用梁構(gòu)件單元。建立模型的三維尺寸為:長(zhǎng)45m,寬96m,深50m,開挖深度為15m。模型的開挖、支護(hù)共分成4個(gè)步驟進(jìn)行:第1步為基坑開挖至-3.0m, 在-2.0m處設(shè)置第1層鋼支撐;第2步為基坑開挖至-8.0m,在-7.0m處設(shè)置第2層鋼支撐;第3步為基坑開挖至-13.0m,在-12.0m處設(shè)置第3層鋼支撐;第4步為基坑開挖至-15.0m。

3.3 模擬結(jié)果

基坑周邊地表發(fā)生沉降變形,且由近及遠(yuǎn)變形逐漸變小,且最大沉降并未出現(xiàn)在基坑邊緣處。圍護(hù)樁處有向基坑內(nèi)側(cè)的水平變形,其變形呈拋物線型。由于基坑開挖的不斷卸載,在第一次開挖后坑底就有少量的回彈隆起,其隆起趨勢(shì)為中間大兩側(cè)小。在模擬結(jié)果中，維護(hù)樁處存在著基坑朝內(nèi)側(cè)發(fā)生的水平位移變形，其形狀呈現(xiàn)出拋物線。隨著基坑開挖的不斷卸載，首次開挖后的基坑底出現(xiàn)稍微隆起。

3.4 不同嵌固深度狀與不同直徑樁的支護(hù)穩(wěn)定性分析

圍護(hù)樁的嵌固深度對(duì)基坑的變形及穩(wěn)定性影響很大,保持其它參數(shù)條件不變,僅改變圍護(hù)樁的嵌固深度,分析其對(duì)基坑穩(wěn)定性的影響,模擬所采用的樁長(zhǎng)分別為18m、19m、20m、21m和22m(即嵌固深度分別為3m、4m、5m、6m、7m)。分析從兩個(gè)方面進(jìn)行:樁自身的水平位移和基坑周邊地表沉降。

圖1 不同嵌固深度樁自身的水平位移對(duì)比分析圖

通過模擬分析得出相應(yīng)的結(jié)論是：當(dāng)樁長(zhǎng)從18m逐步增大到22m時(shí),樁身各點(diǎn)的水平位移值均有規(guī)律性的逐漸減小,但當(dāng)樁長(zhǎng)從20m繼續(xù)增大到22m時(shí),樁身水平位移值的減小趨勢(shì)減緩,對(duì)減小樁身變形的貢獻(xiàn)減小。隨著樁長(zhǎng)的增加,基坑周邊地表沉降的減小趨勢(shì)非常明顯。而當(dāng)樁長(zhǎng)由18m增大到20m時(shí),沉降值迅速減小,但繼續(xù)增加到22m時(shí)則變化很慢,因此，在保證基坑穩(wěn)定的前提下,增加樁長(zhǎng)并不一定能減小樁身的變形和周邊地表的沉降。

當(dāng)樁徑長(zhǎng)從20m繼續(xù)增大到22m時(shí),樁身水平位移值的減小趨勢(shì)減緩,對(duì)減小樁身變形的貢獻(xiàn)減小。隨著樁長(zhǎng)的增加,基坑周邊地表沉降的減小趨勢(shì)非常明顯(見圖2),沉降最大值由約10mm減小到4.5mm左右,主要影響范圍均在14m以內(nèi)。當(dāng)樁長(zhǎng)由18m增大到20m時(shí),沉降值迅速減小,但繼續(xù)增加到22m時(shí)則變化很慢,因此,在保證基坑穩(wěn)定的前提下,增加樁長(zhǎng)并不一定能減小樁身的變形和周邊地表的沉降

圖2 不同嵌固深度樁支護(hù)下的地表沉降對(duì)比圖

4、地鐵車站明挖法施工確?；又ёo(hù)穩(wěn)定性的要點(diǎn)

基坑開挖及支撐施工是確?；又ёo(hù)穩(wěn)定性的重點(diǎn)工序。

4.1 基坑開挖

4.1.1 施工方法

根據(jù)本標(biāo)段基坑工程多層支撐的特點(diǎn)，明挖施工采用縱向分段、分層開挖。分段長(zhǎng)度為分層標(biāo)高為設(shè)計(jì)支撐標(biāo)高以下?；涌v向開挖采用挖掘機(jī)接力開挖，橫向先開挖中間土體，后開挖兩側(cè)土體，并預(yù)留采用人工開挖。

4.1.2 注意事項(xiàng)

(1)開挖應(yīng)在圍護(hù)結(jié)構(gòu)混凝土冠梁及擋土墻封閉并達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可開挖。(2)樁間擋板網(wǎng)噴混凝土隨基坑開挖進(jìn)行施工。

(3)基坑邊緣堆放的建筑材料或沿土方開挖邊緣移動(dòng)運(yùn)輸工具及機(jī)械，應(yīng)距基坑上部邊緣不小于且不得大于20kpa。

（4）基坑開挖至基底墊層以上時(shí)，采用人工開挖至基底設(shè)計(jì)標(biāo)高，及時(shí)施做接地網(wǎng)和墊層混凝土，盡量減少暴露時(shí)間，防止曝曬或雨水浸泡破壞地基土的原狀結(jié)構(gòu)?；觾?nèi)采用明溝排水，設(shè)集水坑，基坑內(nèi)積水沿排水明溝匯入集水坑，由水泵排至地面經(jīng)處理后排入市政排水系統(tǒng)

（5）當(dāng)基底土層與設(shè)計(jì)不符或擾動(dòng)、水浸、發(fā)現(xiàn)淤泥、土質(zhì)松軟等現(xiàn)象時(shí)，做好記錄，會(huì)同有關(guān)單位研究處理。

(6)基坑開挖前，基坑周圍地面采用混凝土進(jìn)行硬化，并設(shè)置排水溝，防止地面水流滲入基坑。

4.2 支撐施工

4.2.1 土方開挖挖出一道支撐的位置時(shí)，立即在兩側(cè)墻面上測(cè)定出該道支撐兩端與圍護(hù)樁的接觸點(diǎn)，以保證支撐與墻面垂直且位置準(zhǔn)確，迅速安裝

4.2.2 為防止支撐在施加預(yù)應(yīng)力后與擋土結(jié)構(gòu)不能均勻接觸而導(dǎo)致偏心受壓，應(yīng)將鉆孔樁的表面鑿毛， 檁抹快凝早強(qiáng)砂漿層，使鋼圍 與樁體緊密接觸，砂漿表面應(yīng)垂直平整。

4.2.3 支撐受力后，應(yīng)嚴(yán)格檢查，杜絕因支撐和受壓面不垂直而發(fā)生徐變。

4.2.4 嚴(yán)格按照先支撐后開挖的原則進(jìn)行基坑開挖，各層土方開挖到支撐位置后及時(shí)支撐。

結(jié)束語

由此可見，在地鐵隧道明挖法施工中，基坑開挖引起的地表沉降、土體變形是非常明顯的，并且它會(huì)隨著基坑深度加大而更為顯著，而基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的合理論證及施工，才能有效保證其基坑的穩(wěn)定性，進(jìn)而確保周圍建筑物的安全。

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