明挖隧道基坑施工穩定性研究

陳寶銀

【摘要】在隧道挖掘作業中涉及到的地質多樣化，如果隧道建設區域的地質具有特殊性，會造成開挖作業不可控事件的發生。因此，需要應用合理化的施工技術保證施工穩定性。明挖隧道基坑施工技術的應用能夠達到保障施工穩定性的要求，本文以某工程為例研究明挖基坑施工的穩定性，旨在提高隧道基坑挖掘質量。

【關鍵詞】隧道施工;明挖法;穩定性

目前，中國在隧道建設方面取得了一定的成就，應用于隧道建設中的施工方法包括明挖法、暗挖法等挖掘方式。由于明挖隧道法具有施工效率高、造價較低等優勢，已經普遍應用于隧道建設中。在挖掘隧道時，需要保證基坑穩定性，才能保證施工人員的施工安全，而明挖隧道法是否能夠保證基坑穩定性需要進行試驗研究，本文針對明挖隧道法的穩定性進行了試驗研究，具體內容如下：

1、基坑穩定性分析方法概述

在基坑邊坡穩定性研究方法中，我國應用方法主要包括有限單元法、極限平衡理論、現場監控量測等。有限單元法具有較為成熟的理論，在計算機計算技術快速發展下表現出較多的優質，如果只針對施工過程與自動計算滑移帶等方面，此方式的準確性需要依賴模型的合理度;極限平衡理論是應用力的平衡理論，此方法具有明確的受力，計算過程也很方便，只是存在無法將施工過程對邊坡穩定性的影響考慮在內;現場監控量測方法是通過測量工程實地，利用量測數據變化了解基坑穩定性，而應用的量測數據采取的是變形速率與變形量等，運用對比數值大小的方式掌握數值是否超過允許值。此方式具有較強的實用性，能夠實時監控隧道，有利于邊坡穩定性的評價，但是存在使用性較差的問題，數據只能反映工程情況，而無法應對實際的復雜性。

2、多工況下的隧道基坑穩定性

本工程的巖土參數應用的是粉質粘土物理學參數，針對基坑深度變化、巖土強度參數變化、基坑坡度變化、地下水四個方面進行基坑安全系數的計算。經過運用力學極限平衡理論、圓弧滑動面法、軟件自動搜索破壞面后，計算出多個工況下的隧道基坑邊坡安全系數，從而得到隧道基坑邊坡的變化規律：應用圓弧滑動面法計算安全系數后，安全系數表現出基坑邊坡開挖深度增加時發生了減小;隧道基坑邊坡的坡率呈現出不斷縮小的現象，而基坑邊坡安全系數越不斷增大;隧道基坑邊坡安全系數會隨同巖土層強度的不斷增加下而逐漸提升;基坑邊坡如果考慮地下水的條件，具有較小的安全系數，說明水對邊坡的穩定性產生較大的影響。

3、復雜條件下的明挖隧道施工穩定性

3.1 建立模型分析穩定性

通過建立模型分析復雜條件下的明挖隧道施工穩定性后，獲取如下結果：每次挖掘時，水平位移坑底會產生較大的變形問題，在坡腳與坡頂的位置會發生豎向位移。因此，開展明挖隧道施工時，需要注重基坑的坡頂位置與坡腳位置。在開挖基坑時產生的應力主要會對基坑周邊進行影響，而最大主應力在實施支護建設后都會產生減小。因此，應在施工時及時開展支護作業，縮減地應力。隧道結構在回填施工后會在板頂與板底兩個部分發生變形，板頂屬于水平變形、板底屬于豎向變形。

3.2 不同開挖深度下的明挖隧道穩定性

3.2.1明挖隧道基坑變形

應用數值分析計算基坑位移變化，針對基坑頂面與坡腳成為研究對象。經過分析計算后，得到如下結果：基坑水平方向產生的位移，坡頂位置要高于坡腳，而在豎向位移方面，坡頂表現出下沉、坡腳呈現出隆起;在實施明挖隧道基坑時，開挖的深度逐漸增加時，基坑水平位移與豎向位移產生了逐漸增大，說明開挖深度決定著變形程度，深度越深、變形越大。

3.2.2 明挖隧道基坑安全系數變化規律

研究安全系數變化規律應用 Midas/GTS NX SRM進行分析，從分析結果可以了解到：第一，基坑安全系數在開挖深度不斷增加時逐漸變小;第二，應用隧道基坑邊坡安全系數強度折減法與應用圓弧滑動面計算法相比較，前者要大于后者，表明圓弧滑動面計算較保守化;第三，應用強度折減法計算后，基坑開挖深度在20m以下時，安全系數表現出變化快的特點，表明在一定范圍內的基坑安全系數很敏感。

3.2.3 基坑滑動區變化規律

運用限元軟件自動搜索邊坡滑動面分析與研究塑性狀態，能夠總結出基坑破壞規律與破壞形態。經過分析與研究后得到以下規律：第一，基坑的塑性區域表現出圓弧狀，與實際工程常見性的粘性土破壞形式相符合;第二，在基坑受力與變形方面，坡腳位置在不同深度下具有塑性變形破壞最為突出的特點，因此，在施工時需要注重坡腳處理;第三，開挖深度不斷增加下，圓弧滑動區的長度表現出逐漸加大的趨勢，安全性也越來越低。

3.3 不同開挖坡度的明挖隧道穩定性分析

3.3.1 基坑變形

研究不同開挖坡度的明挖隧道穩定性同樣應用數值分析，選擇基坑頂面與坡作作為研究對象，計算出基坑的位移變化。從研究結果可知，首先，如果在開挖深度不變的狀態下，開挖的坡度會表現出在一定的范圍內逐漸縮減的過程，基坑變形中的水平位移也處于不斷縮減的現象;其次，如果還是在開挖深度不變的狀態下，開挖坡度也是在一定范圍內處于逐漸縮減的趨勢，而基坑坡頂沉降與坡腳上升變形產生的位移也處于不斷縮減中;最后，基坑水平移位的變形量中，坡頂與坡腳相比較，前者要高于后者，而豎向坡腳表現出隆起狀態、坡頂產生下沉現象。

3.3.2 明挖基坑安全系數變化規律

利用Midas/GTS NX邊坡穩定SRM分析可以實現自動獲取基坑邊坡安全系數的目的，經過安全系數計算后，得到的結果為：首先，若開挖深度不變，挖掘坡度會在一定的范圍內產生逐漸下降的趨勢，而基坑安全系數產生逐漸增大的趨勢，屬于近似線的增長過程。在實際挖掘時，如果具備較好的場地與相應的條件，在挖掘時需要盡可能放緩挖掘。挖掘的坡度越緩和，應用較大坡率后，基坑會具有較好的變性能力，從而具備安全性能、穩定性能。其次，應用隧道基坑邊坡安全系數強度折減法計算與圓弧滑動面計算相比較，前者要大于后者，表明圓弧滑動面計算而出的安全系數偏重于安全性。

3.4 不同圍巖強度條件下粘聚力C對基坑穩定性影響

粘聚力C值應用不同的數據進行分析后，得到如下結論：第一，基坑不同位置的豎向位移。首先，若只是對圍巖粘聚力進行改變，基坑的坡頂位置與坡腳位置產生的水平位移、坡頂產生沉隆與坡腳形成隆起的位移會隨同粘聚力的加大而逐漸縮小;其次，水平位移狀態與豎向位移狀態呈現出拋物線的形態，表明粘聚力會影響基坑穩定性，并且坡頂與坡腳產生的變形較為明顯。第二，粘聚力的基坑安全系數。首先，粘聚力C數值在增大時，基坑安全系數會隨之變大，變化屬于線性關系。如果是砂、卵石地層，因為具有較小的粘聚力，可以采用注漿加固方式，能夠加大土體之間的粘聚力，保障土體的穩定性與安全性。其次，應用圓弧滑動面對安全系數進行計算，安全系數較小。

結語：

綜上所述，在應用明挖隧道基坑施工技術時，需要先根據實際工程計算出開挖深度對基坑穩定性的影響。然后，針對具有穩定性、安全性較差的環節采取有效的措施進行改善，從而保證實際開挖作業的基坑穩定性，達到保障施工質量的要求。

參考文獻：

[1]張健.高速公路的發展與未來[J].交通世界.2016（15）：290.

[2]邱軍領，樊浩博，汪珂.明挖隧道深基坑受力與變形的現場測試分析[J].勘察科學技術.2015（04）：2100.