高鐵隧道明挖法施工基坑支護(hù)穩(wěn)定性分析

曹俊逸，鄧淑雅

（1.中鐵十六局集團(tuán)地鐵工程有限公司，北京 100000；2.天津中鐵信達(dá)工程檢測技術(shù)有限公司，天津 300000）

1 工程概況

京津城際延伸線明挖段工程線路起訖里程CJDK180+400～CJDK180+980.5 及 CJDK183+229～CJDK183+250。解放路隧道明挖段西起塘沽站東咽喉隧道進(jìn)口，東至濱海世紀(jì)廣場始發(fā)盾構(gòu)井；隧道下鉆既有津山線、擬改建津山線鐵路，然后下穿大連道、河北路等城市交通干道，之后下穿城市綠化帶、濱海世紀(jì)廣場等休閑場所。

2 明挖法施工技術(shù)要求及特點(diǎn)

從當(dāng)前高鐵隧道的施工情況來看，在施工安全方面存在著諸多影響因素。同時(shí)，對于不同城市而言，其進(jìn)行高鐵隧道挖掘的情況肯定會(huì)有所不同，所以在施工時(shí)，要做好因時(shí)因地制宜。因此，在施工中選擇適宜的施工方法極為重要，而當(dāng)前使用最為普遍的就是明挖法，這種方法在施工時(shí)，可以進(jìn)行多方面施工，節(jié)約成本，且比一般施工方法速度更快，施工質(zhì)量更好，是高鐵隧道施工的上佳選擇[1]。

3 高鐵隧道明挖法施工基坑穩(wěn)定性研究

3.1 模型建立

對模型的建立，往往使用摩爾庫倫模型，而在模擬過程中，通常是使用仿真模擬軟件，根據(jù)模型設(shè)計(jì)的相關(guān)數(shù)據(jù)，建立起模型。對于模型的建立，主要分為開挖、支護(hù)兩步，其主要對基坑進(jìn)行開挖，之后再到相應(yīng)深度后設(shè)置鋼支撐，再進(jìn)行下挖至相應(yīng)深度，再設(shè)置鋼支撐，直到設(shè)置第四層鋼支撐位置。

通過模擬發(fā)現(xiàn)，在基坑的沉降方面，在邊緣雖然也發(fā)生了較大規(guī)模的沉降情況，但是卻并不是最大規(guī)模。而在其他地方的沉降情況，甚至出現(xiàn)波浪式的水平變化。而在隆起情況方面，在進(jìn)行首次開挖時(shí)會(huì)有出現(xiàn)該情況，且隆起程度由中間向兩邊不斷變小，而在某些基坑位置甚至出現(xiàn)了位移，其位移變化情況呈拋物線式上升和下降。

3.2 不同嵌固深度狀與不同直徑樁的支護(hù)穩(wěn)定性分析

為了避免開挖的基坑出現(xiàn)變形，必須要對基坑周圍嵌入圍護(hù)樁，而圍護(hù)樁嵌入情況不同，對基坑的抗變形能力也有不同的影響，所以要測試不同深度下對基坑變形程度的影響。使用5根18m～22m長的圍護(hù)樁，分別進(jìn)行3m～7m的嵌入，記錄不同深度下對基坑的影響情況，以此對基坑的變形情況和位移情況進(jìn)行分析。對比情況如圖1、圖2所示。

圖1 不同嵌固深度樁自身的水平位移對比分析圖

通過對在以上模擬中得到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析得知，圍護(hù)樁長度在一定范圍內(nèi)增加時(shí)，基坑周邊地表沉降的減小趨勢非常明顯。而當(dāng)樁長由18m增大到20m時(shí)，沉降值迅速減小，在長度達(dá)到22m時(shí)，對基坑的抗變形能力影響微乎其微[2]。因此得出結(jié)論，圍護(hù)樁的長度在一定范圍內(nèi)能夠有限增強(qiáng)基坑的抗變形能力，當(dāng)超出范圍時(shí)，對基坑的抗變形能力不斷減小，所以不斷增長圍護(hù)樁長度并不一定能增加基坑的抗變形能力。

圖2 不同嵌固深度樁支護(hù)下的地表沉降對比圖

由圖2可得知，樁長對基坑的抗沉降能力方面的影響，與抗變形能力的影響呈現(xiàn)相似規(guī)律，當(dāng)圍護(hù)樁長度在14m以內(nèi)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)1cm范圍內(nèi)的沉降；當(dāng)圍護(hù)樁增長至20m時(shí)，基坑的沉降情況明顯改善；但增加至22m時(shí)，對基坑沉降情況并無明顯改善。所以可知，圍護(hù)樁增長到一定范圍內(nèi)時(shí)，能夠有效改善沉降情況，但是在范圍之外時(shí)，對沉降情況并無明顯改善，所以選擇圍護(hù)樁時(shí)，并不是越長越好。

3.3 不同直徑樁的圍護(hù)效果分析

除了樁長對基坑有重要影響外，圍護(hù)樁的直徑也對基坑有著重要影響。為了了解樁徑對基坑的影響情況，我們也進(jìn)行了相應(yīng)的模擬。采用20m長的木樁，并按照順序依次嵌入基坑，而圍護(hù)樁的直徑在60cm～100cm之間。通過記錄并分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用圍護(hù)樁為60cm時(shí)，圍護(hù)樁位移情況最嚴(yán)重，而當(dāng)樁徑不斷增大時(shí)，圍護(hù)樁為位移情況不斷被改善，在100cm時(shí)，位移的距離最小，由此可知，圍護(hù)樁的樁徑與圍護(hù)樁的位移呈反比關(guān)系，不斷加大圍護(hù)樁的樁徑可以有效減少圍護(hù)樁的位移，以有效緩解基坑的變形情況[3]。

而對基坑沉降方面的影響，我們先使用直徑為60cm的圍護(hù)樁，再使用直徑為80cm和100cm的圍護(hù)樁，最后通過記錄分析發(fā)現(xiàn)，圍護(hù)樁不斷增大直徑，對基坑沉降方面的影響并不十分明顯，但其沉降的范圍都在可控制的范圍之內(nèi)。因此得出相應(yīng)結(jié)論，圍護(hù)樁的直徑不斷增大對基坑沉降的影響較小，只需選擇適用于基坑的圍護(hù)樁即可，不需選擇直徑過大的圍護(hù)樁。

3.4 數(shù)值模擬結(jié)果和實(shí)測結(jié)果對比分析

取樁身水平位移值及附近地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，將實(shí)測與模擬所得結(jié)果進(jìn)行對比分析發(fā)現(xiàn)，兩者變形規(guī)律相同，數(shù)值的變化所形成的曲線均類似于拋物線。在位移的數(shù)值方面，實(shí)測數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)之間一般會(huì)出現(xiàn)0.5cm～1cm的差別，但總體影響不大，模擬結(jié)果與實(shí)測結(jié)果相一致。在沉降的數(shù)值方面，數(shù)值模擬基坑邊處沉降值約為-2mm，而實(shí)測值為-5mm左右，兩者最大沉降值均出現(xiàn)在距基坑1～6m內(nèi)，數(shù)值模擬結(jié)果地表沉降影響范圍較大，但在12m以外沉降值已＜1mm，影響不大。模擬結(jié)果基本上反應(yīng)了施工過程中基坑周邊地表的沉降變化情況，模擬變形情況與實(shí)測值基本吻合。

4 高鐵車站明挖法施工確保基坑支護(hù)穩(wěn)定性的要點(diǎn)

4.1 支護(hù)施工

在進(jìn)行支護(hù)的施工時(shí)，要實(shí)現(xiàn)為支撐開挖支撐支撐點(diǎn)，并準(zhǔn)確測量出相應(yīng)的支撐接觸點(diǎn)，以保證支撐的有效安裝。為防止支撐在施加預(yù)應(yīng)力后不能均勻受力，而導(dǎo)致支撐效果下降，必須要做好支撐接觸點(diǎn)的檢查工作，如果出現(xiàn)異常問題，要及時(shí)進(jìn)行匯報(bào)，保證支撐的穩(wěn)定性。

4.2 測量監(jiān)控

①地表沉降監(jiān)測。為了獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，要設(shè)置多個(gè)觀測點(diǎn)，并對檢測的信息進(jìn)行準(zhǔn)確記錄，以便于對施工情況有充分了解。

②樁體傾斜位移監(jiān)測。在基坑開挖過程中，對樁體的傾斜位移進(jìn)行了監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)位移主要是由于土壓力導(dǎo)致的，而其位移有以下特征：位移最嚴(yán)重處為頂部，且位移的距離與進(jìn)行開挖的深度呈正比關(guān)系。

5 結(jié)束語

綜上所述，在對基坑進(jìn)行施工時(shí)，圍護(hù)樁的長度、嵌入深度，甚至是其直徑大小，對基坑的變形和沉降都有著一定的影響，要對圍護(hù)樁進(jìn)行合理選擇。此外，也要重視支護(hù)方面的施工，以保證建筑物建造的安全性。