某地鐵建設(shè)施工中基坑支護(hù)的穩(wěn)定性分析

摘要：隨著社會進(jìn)步，地鐵成為許多城市不可缺少的交通工具。地鐵的修建也是十分重要的工程，因?yàn)榈罔F施工作業(yè)地點(diǎn)都是在比較密集的大城市內(nèi)，摩登現(xiàn)代的建筑物自然密集，所以在地鐵施工時，經(jīng)過建筑物地基范圍的情況也是經(jīng)常發(fā)生，這也對施工作業(yè)帶來了很大難度。為解決這一大難題，建筑業(yè)的前輩和學(xué)者都花費(fèi)了巨大的心血，做了大量的研究。其中較為有效的方法就是利用科技方法對基坑支護(hù)穩(wěn)定性作出預(yù)測和防護(hù)——利用計算機(jī)、結(jié)合大量其需要修建工程的實(shí)測參數(shù)和理論數(shù)值對地鐵隧道基坑進(jìn)行仿真模擬，分析隧道施工中其基坑支護(hù)穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：地鐵建設(shè)施工；基坑支護(hù)；穩(wěn)定性；模擬數(shù)值

一般在地鐵修建基坑支護(hù)受力結(jié)構(gòu)所采用的是被動受力支護(hù)結(jié)構(gòu)和主動受力支護(hù)結(jié)構(gòu)兩者結(jié)構(gòu)的組合形式。在修建深基坑時，通常會根據(jù)施工巖土環(huán)境選擇支護(hù)結(jié)構(gòu)類型；設(shè)計考慮周全安全儲備大小；防水、降水和排水措施也要考慮得當(dāng)。對地鐵修建嚴(yán)格施工標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)施工隊伍管理確保施工質(zhì)量。

在修建隧道時，對地鐵基坑支護(hù)穩(wěn)定性常作出預(yù)測和防護(hù)，是一種比較有效的方法。如今在我國，對基坑變形規(guī)律多采取有限元數(shù)值模擬方法進(jìn)行研究，將土的本構(gòu)模型常用非線彈性以及線彈性簡化表達(dá)。但由于在修建地鐵隧道時，隧道基坑巖土類型在力學(xué)性能上常具有彈性或塑性的特點(diǎn)，所以模擬出數(shù)據(jù)一般與實(shí)測數(shù)值有較大偏差。在一系列對比實(shí)驗(yàn)中，建筑工作者也找到了模擬數(shù)值較為接近實(shí)際隧道巖土施工的數(shù)值——采用差分方法的FLAC3D。

1.認(rèn)識和了解FLAC3D

無可厚非，F(xiàn)LAC3D的誕生離不開這一基本理論：為更好修建地鐵，解決因通過建筑物地基領(lǐng)域所遇到的隧道基坑支護(hù)穩(wěn)定性這一難題，所采用的利用科技方法對基坑支護(hù)穩(wěn)定性作出預(yù)測和防護(hù)——利用計算機(jī)、結(jié)合大量工程實(shí)測數(shù)據(jù)加以分析，對工程作出仿真模擬，分析隧道基坑支護(hù)的穩(wěn)定性。道基坑巖土類型在力學(xué)性能上常具有彈性或塑性的特點(diǎn)，所以模擬出數(shù)據(jù)與實(shí)測數(shù)值通常有較大偏差。而采用差分方法的FLAC3D在這一點(diǎn)上就做得特別好，所模擬數(shù)數(shù)據(jù)可以比較接近實(shí)際隧道巖土施工過程。

采用人機(jī)結(jié)合的批命令形式進(jìn)行的FLAC3D程序，可模擬計算過程中將結(jié)合施工實(shí)際過程的實(shí)測數(shù)據(jù)對模型參數(shù)等加以調(diào)整，達(dá)到對地鐵隧道施工實(shí)時仿真模擬過程。

2.對地鐵建設(shè)中基坑支護(hù)進(jìn)行穩(wěn)定性分析

以下將借助在某隧道區(qū)域明挖工程為條件，運(yùn)用FLAC3D分析法模擬此地鐵基坑開挖施工，將模擬數(shù)值與實(shí)際參數(shù)進(jìn)行研究對比，再對基坑圍護(hù)和周邊地表的沉降變形進(jìn)行分析，求證圍護(hù)樁直徑和長度數(shù)值對基坑穩(wěn)定性的影響。

2.1某隧道工程施工概括

此地鐵隧道區(qū)間設(shè)計起點(diǎn)里程YCK10+239.215，終點(diǎn)里程YCK10+668.193，建設(shè)施工全長為428.978米，，區(qū)內(nèi)基坑深11.9-19.1米，寬9.9-20.6米，盾構(gòu)井基坑深18.8米。鉆孔灌注圍護(hù)樁，樁長度為17.0-25.0 米，樁直徑分別為600毫米、800毫米 ，樁距為1.5米。樁間用鋼筋網(wǎng)加固，用厚C20 素砼護(hù)壁。樁內(nèi)支撐采用直徑610毫米的鋼管，鋼管壁厚12毫米，其水平間距為3000毫米，縱向分三道、四道、五道3 種方式，安裝完成后預(yù)加壓力。

2.2用FLAC3D數(shù)值分析法模擬分析

模擬實(shí)驗(yàn)中計算模型采用Mohr-Coulomb 模型，對樁的模擬實(shí)驗(yàn)采用FLAC3D 中的樁構(gòu)件單元，對鋼支撐的模擬實(shí)驗(yàn)采用FLAC3D 中的梁構(gòu)件單元。建立的模型三維尺寸為：寬96米，長45.1米，深49.9米，開挖深度為14.9米。模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷幕娱_挖、支護(hù)共用四個步驟完成：第一，將基坑開挖至地表以下3.0米，在地表以下2.0米處設(shè)置第一層鋼支撐；二，將基坑開挖至地表以下8.0米，在地表以下7.0米處用鋼支撐進(jìn)行支撐；三，將基坑開挖至地表以下13.0米，在地表以下12.0米處用鋼支撐進(jìn)行支撐；四，將基坑開挖至地表以下15.0米。

2.3模擬實(shí)驗(yàn)所反映現(xiàn)象

通過模擬實(shí)驗(yàn)，也再次將實(shí)際施工參數(shù)與運(yùn)用FLAC3D數(shù)值分析法得到的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)兩者數(shù)據(jù)無論是從變化規(guī)律這種大范圍，還是小到毫米的參數(shù)值，模擬結(jié)果都與實(shí)際參數(shù)基本符合，所以證明運(yùn)用FLAC3D數(shù)值分析法能反映論證結(jié)果。在模擬結(jié)果中顯示，基坑周邊地表發(fā)生由近及遠(yuǎn)變形逐漸變小的沉降變形，且基坑邊緣處并未出現(xiàn)最大沉降，圍護(hù)樁處出現(xiàn)其變形呈拋物線型的向基坑內(nèi)側(cè)的水平變形現(xiàn)象。

通過在保證圍護(hù)樁樁徑相同下，增加圍護(hù)樁樁長的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明：隧道基坑的穩(wěn)定性及變形很大程度上受圍護(hù)樁的嵌固深度所影響，在以保證基坑穩(wěn)定性為前提的條件下，所謂的一再增加圍護(hù)樁樁長并不是一定能減少圍護(hù)樁樁身的變形以及基坑周邊地表的沉降。

通過在保證圍護(hù)樁樁長相同下，增加圍護(hù)樁樁徑的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明：隧道基坑的穩(wěn)定性及變形很大程度上受圍護(hù)樁的樁徑大小所影響，在圍護(hù)樁樁徑增大過程中，基坑周邊地表的沉降影響范圍和最大沉降值都隨著圍護(hù)樁樁徑增大而減小，呈一定規(guī)律的反比曲線，雖然曲線變化速率逐漸減小，但明確證明增加圍護(hù)樁樁徑可以非常有效的減少基坑周邊地表的沉降，但因樁徑越大的圍護(hù)樁經(jīng)濟(jì)越高，所以也不能盲目力求圍護(hù)樁樁徑越大越好，應(yīng)從工程的基坑穩(wěn)定性和工程經(jīng)濟(jì)性雙重角度考慮，確定適合的圍護(hù)樁。

3.通過模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果所作得出結(jié)論

在以上對基坑的模擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)際施工數(shù)據(jù)參數(shù)，明確了在地鐵隧道施工中明挖法的應(yīng)用，也得出來一些結(jié)論：運(yùn)用FLAC3D數(shù)值分析法得到的模擬結(jié)果基本反映了基坑在開挖過程中土體及圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形沉降情況，與實(shí)測值相近；關(guān)于圍護(hù)樁保證樁徑不變，在樁長度改變下圍護(hù)效果表明，增加樁長度可以減小基坑的地表沉降及水平變形，但在滿足基坑整體穩(wěn)定性后，繼續(xù)增大嵌固深度對減小水平變形及地表沉降的影響迅速減小幾乎趨近無影響；關(guān)于圍護(hù)樁在保證嵌固深度（樁長）不變，圍護(hù)樁在不同樁徑下的圍護(hù)效果表明，不斷增大樁直徑，可使基坑水平變形及地表沉降值可以減小，但要根據(jù)經(jīng)濟(jì)和基坑穩(wěn)定性雙重角度考慮。

結(jié)束語

在地鐵隧道建設(shè)過程中，對在隧道施工中經(jīng)過的的建筑物地基區(qū)域內(nèi)施工時，常對隧道采用基坑支護(hù)。通常在隧道建設(shè)工程中一般采用明挖法，此做法最重要的就是其基坑穩(wěn)定性。運(yùn)用FLAC3D數(shù)值分析法對隧道模擬實(shí)驗(yàn)得出可靠的相應(yīng)實(shí)驗(yàn)參數(shù)，并得出基坑地表周邊發(fā)生了由近及遠(yuǎn)變形逐漸變小的沉降變形，且基坑邊緣處并未出現(xiàn)最大沉降，圍護(hù)樁處出現(xiàn)其變形呈拋物線型的向基坑內(nèi)側(cè)的水平變形現(xiàn)象。一定程度上加長圍護(hù)樁樁長、增加圍護(hù)樁樁徑可減少基坑周邊地表的沉降保證基坑穩(wěn)定性。

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