某地鐵建設施工中基坑支護的穩定性分析

摘要：隨著社會進步，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，因為地鐵施工作業地點都是在比較密集的大城市內，摩登現代的建筑物自然密集，所以在地鐵施工時，經過建筑物地基范圍的情況也是經常發生，這也對施工作業帶來了很大難度。為解決這一大難題，建筑業的前輩和學者都花費了巨大的心血，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穩定性作出預測和防護——利用計算機、結合大量其需要修建工程的實測參數和理論數值對地鐵隧道基坑進行仿真模擬，分析隧道施工中其基坑支護穩定性。

關鍵詞：地鐵建設施工；基坑支護；穩定性；模擬數值

一般在地鐵修建基坑支護受力結構所采用的是被動受力支護結構和主動受力支護結構兩者結構的組合形式。在修建深基坑時，通常會根據施工巖土環境選擇支護結構類型；設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。對地鐵修建嚴格施工標準，加強施工隊伍管理確保施工質量。

在修建隧道時，對地鐵基坑支護穩定性常作出預測和防護，是一種比較有效的方法。如今在我國，對基坑變形規律多采取有限元數值模擬方法進行研究，將土的本構模型常用非線彈性以及線彈性簡化表達。但由于在修建地鐵隧道時，隧道基坑巖土類型在力學性能上常具有彈性或塑性的特點，所以模擬出數據一般與實測數值有較大偏差。在一系列對比實驗中，建筑工作者也找到了模擬數值較為接近實際隧道巖土施工的數值——采用差分方法的FLAC3D。

1.認識和了解FLAC3D

無可厚非，FLAC3D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域所遇到的隧道基坑支護穩定性這一難題，所采用的利用科技方法對基坑支護穩定性作出預測和防護——利用計算機、結合大量工程實測數據加以分析，對工程作出仿真模擬，分析隧道基坑支護的穩定性。道基坑巖土類型在力學性能上常具有彈性或塑性的特點，所以模擬出數據與實測數值通常有較大偏差。而采用差分方法的FLAC3D在這一點上就做得特別好，所模擬數數據可以比較接近實際隧道巖土施工過程。

采用人機結合的批命令形式進行的FLAC3D程序，可模擬計算過程中將結合施工實際過程的實測數據對模型參數等加以調整，達到對地鐵隧道施工實時仿真模擬過程。

2.對地鐵建設中基坑支護進行穩定性分析

以下將借助在某隧道區域明挖工程為條件，運用FLAC3D分析法模擬此地鐵基坑開挖施工，將模擬數值與實際參數進行研究對比，再對基坑圍護和周邊地表的沉降變形進行分析，求證圍護樁直徑和長度數值對基坑穩定性的影響。

2.1某隧道工程施工概括

此地鐵隧道區間設計起點里程YCK10+239.215，終點里程YCK10+668.193，建設施工全長為428.978米，，區內基坑深11.9-19.1米，寬9.9-20.6米，盾構井基坑深18.8米。鉆孔灌注圍護樁，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。樁間用鋼筋網加固，用厚C20 素砼護壁。樁內支撐采用直徑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，安裝完成后預加壓力。

2.2用FLAC3D數值分析法模擬分析

模擬實驗中計算模型采用Mohr-Coulomb 模型，對樁的模擬實驗采用FLAC3D 中的樁構件單元，對鋼支撐的模擬實驗采用FLAC3D 中的梁構件單元。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。模擬實驗模型的基坑開挖、支護共用四個步驟完成：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米處用鋼支撐進行支撐；四，將基坑開挖至地表以下15.0米。

2.3模擬實驗所反映現象

通過模擬實驗，也再次將實際施工參數與運用FLAC3D數值分析法得到的模擬數據進行對比，發現兩者數據無論是從變化規律這種大范圍，還是小到毫米的參數值，模擬結果都與實際參數基本符合，所以證明運用FLAC3D數值分析法能反映論證結果。在模擬結果中顯示，基坑周邊地表發生由近及遠變形逐漸變小的沉降變形，且基坑邊緣處并未出現最大沉降，圍護樁處出現其變形呈拋物線型的向基坑內側的水平變形現象。

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

通過在保證圍護樁樁長相同下，增加圍護樁樁徑的實驗數據證明：隧道基坑的穩定性及變形很大程度上受圍護樁的樁徑大小所影響，在圍護樁樁徑增大過程中，基坑周邊地表的沉降影響范圍和最大沉降值都隨著圍護樁樁徑增大而減小，呈一定規律的反比曲線，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樁經濟越高，所以也不能盲目力求圍護樁樁徑越大越好，應從工程的基坑穩定性和工程經濟性雙重角度考慮，確定適合的圍護樁。

3.通過模擬實驗結果所作得出結論

在以上對基坑的模擬實驗和實際施工數據參數，明確了在地鐵隧道施工中明挖法的應用，也得出來一些結論：運用FLAC3D數值分析法得到的模擬結果基本反映了基坑在開挖過程中土體及圍護結構的變形沉降情況，與實測值相近；關于圍護樁保證樁徑不變，在樁長度改變下圍護效果表明，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定性后，繼續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；關于圍護樁在保證嵌固深度（樁長）不變，圍護樁在不同樁徑下的圍護效果表明，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，但要根據經濟和基坑穩定性雙重角度考慮。

結束語

在地鐵隧道建設過程中，對在隧道施工中經過的的建筑物地基區域內施工時，常對隧道采用基坑支護。通常在隧道建設工程中一般采用明挖法，此做法最重要的就是其基坑穩定性。運用FLAC3D數值分析法對隧道模擬實驗得出可靠的相應實驗參數，并得出基坑地表周邊發生了由近及遠變形逐漸變小的沉降變形，且基坑邊緣處并未出現最大沉降，圍護樁處出現其變形呈拋物線型的向基坑內側的水平變形現象。一定程度上加長圍護樁樁長、增加圍護樁樁徑可減少基坑周邊地表的沉降保證基坑穩定性。

參考文獻：

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