分析基坑施工對臨近隧道的影響和對策

李亞龍

摘 要：在大興城市化建設的今天，越來越多的隧道建筑出現在交通工程與排泄、管纜項目中。但是，不管是地上還是地下，可利用的土地空間是十分有限的，新建工程的基坑施工與臨近隧道的交叉建設不可避免，前者對后的影響也是必然存在的。嚴重的情況下，基坑施工甚至會引起臨近隧道的變形，以致爆發安全問題與使用問題。因此，如何在保證臨近隧道原有功效的前提下進行合理的基坑施工是國內外相關學者急需面對的一個問題。本文從不同施工角度進行切合實際的理論分析，總結出基坑施工對臨近隧道的影響，并提出相應的對策，以期為相關工程提供理論依據。

關鍵詞：基坑施工；臨近隧道；影響；對策；

引言

自二戰以來，世界大部分地區進入以經濟建設為重心的和平年代，中國也不例外。伴著改革開放后的經濟發展浪潮，都市化進城日新月異，人們在僅有的土地資源基礎上開始向高空與地下探索可利用的建筑空間。隧道的出現大大提高了人們對自然資源的利用率，尤其是交通方面。隧道在交通領域的應用案例最早可以追溯到公元前兩千兩百年，一條長達900米的磚砌隧道貫穿了幼發拉底河的兩岸。如今的大都市地下分布的不僅僅有錯綜復雜的隧道網絡，停車、商場、倉庫等也轉戰到了地下空間。在工程建設中“越來越深、越來越大、越來越近”成了基坑施工的特點，這便意味著在如此復雜的地下環境開展基坑施工面臨著巨大困難，是一個綜合了地域、實踐、風險等特性的細微工程。

近幾年來，基坑施工所面臨的施工難度越來越大。在典型的地質松軟地區，土壤濕度大、易流動、易壓縮，難滲透，基坑施工中稍有不慎便會改變臨近隧道的土體力場，從而導致臨近隧道變形過大，引發安全隱患，給社會經濟帶來巨大損失。因此，基坑施工需要考慮的不僅僅有技術、資金問題，還有對鄰近隧道影響的問題，對此提出相應的解決方法是十分有戰略意義的。

一、基坑施工對臨近隧道的影響表現

隧道發生形變或者被破壞的表現形式是有很多種的，如隧道漏水、材料裂化等，都可以用隧道開裂、變形這一點概括起來，而引起隧道開裂、變形就是力的作用。基坑施工對臨近隧道的影響也離不開力的改變這一理論規律，主要表現在以下幾個方面：

（1）偏壓力作用，導致隧道開裂、變形

當基坑施工影響隧道上方巖體壓力失衡時，隧道就會承受相應的偏壓載荷，進而引起隧道變形。其特征為：隧道的支撐保護結構一側承受了壓應力而另一側沒有承受壓應力。受力不均勻會造成隧道一側上抬，當隧道上部拱肩處出現橫線裂紋時，隧道會沿著裂縫方向受到剪形破壞。

（2）承載力不足，導致隧道開裂、變形

隧道建成后，隨著時間的推移，材質慢慢劣化、塑性區漸漸變形、濕度逐漸生高都會大大降低隧道的承載力。當基坑施工的進行導致臨近隧道的承載下降后，臨近隧道便開始出現裂紋。這些裂紋發生在隧道下沉期，先在邊墻呈垂直狀進而隨著時間的推呈環狀。下沉分界線取區域的隧道墻體結構也會出現性質形狀相似的裂紋。

（3）頂部松弛壓力，導致隧道開裂、變形

基坑施工過程會引起隧道上方部位的巖土松弛，無法承受自身重量進而脫落。此時隧道拱頂部位銀荷載大大增加出現以張性裂隙為主的裂紋。在隧道的被動變形區域內主要是張性開裂紋以及縱向斜裂紋。

（4）周圍壓力膨脹，導致隧道開裂、變形

基坑施工時，隧道周身壓力的膨脹會引起隧道支撐保護結構產生相應的剪力，進而在水平方向出現的開裂紋路形態比較復雜。在此情況下，產生裂紋有兩種情況，一是隧道拱腰縮小，拱頂被動上抬；二隧道是拱頂下沉，拱腰被動外擠。

二、基坑施工對臨近隧道產生影響的機理

基坑施工之所以對鄰近隧道產生影響，除了不可避免的位置關系，施工工藝的不完善正是造成這種影響的主要原因。基坑施工按照施工順序可以分為前期支護結構施工階段、中期降水施工階段（當基坑地基高于地下水位時不需要）、后期主題開挖階段三部分。接下來，本文就從基坑施工的三個方面解析產生這種影響的原因。

（1）圍護結構的影響機理

“地連墻”、“鉆孔灌注”是基坑施工中圍護結構常用的注樁方法，但這會引起土地結構中側向應力的釋放，臨近的巖體結構會順著相應力的釋放向上抬動、拱起，進而引發隧道位移。

（2）降水施工的影響機理

當基坑底部低于地下水位時 ，基坑施工需要進行工程降水。在基坑降水實施后，基坑內及臨近巖土結構沒有了水浮力的影響，只剩了自身的重力，這無疑會改變臨近隧道原有力場結構，增加額外負載，進而引起隧道變形。另外，地下水位下降意味著水從土壤中排出，原有的土質結構發生了固化效應，土層中內部相互作用力增加，進而導致基坑周圍地基下降，嚴重時甚至會出現隧道整體下沉的惡劣情況。

（3）基坑開挖的影響機理

基坑開挖就是將巖土挖出、移除、卸載的過程，伴隨著土體的移動和反彈現象，首先，工程范圍內土體在修復力場改變的過程中會發生位移；其次，基坑開挖過程會降低土體濕度，損失水分，產生排水固化現象，最后，基坑移除卸載施工會引起土體內在相互作用力的力場發生改變，原本已經穩定的土體結構在受到干擾滯后會發生再次蠕動現象，也會引起土體移位。隨著施工進度的深入，開挖范圍越來越大、深度越來越深，這便波及到了臨近隧道，并且影響越來越大。尤其當基坑施工引起土體變形到達臨近隧道結構區域內時，開挖過程中應力從土體內向基坑內傳遞而變形傳遞方向則剛好相反。

三、基坑施工對鄰近隧道產生影響的對策

（1）實地考察，建立實時數據模型

基坑施工對臨近隧道不管是通過何種因素產生的影響，統統表現在臨近力場的改變上，進而引起隧道變形。前期的數據模擬建模工作是極為重要的，需要工作人員進行大量的實地測量與記錄。測量數據包括基坑周圍土質結構、土質濕度（水含量）變化規律、土質元素構成比例、土質流動系數以及臨近隧道建造年限、建造材質、建造標準等，當然基坑距臨近隧道的距離也是一個極為重要的數據。通過以上數據的測量與匯總，采用三維建模，對基坑施工進行時間模擬，記錄模擬施工過程會出現的各種問題，補充實際施工的參考數據庫。

（2）采用合適的基坑支護方式

在基坑開挖的過程中，采用基坑支護措施是解決臨近隧道開裂、變形行之有效的方法，且支護方案越好，控制效果越好。基坑的支護有四種方案，分別是樁板加支撐支護、樁板支護、連續墻支護、無支護。經大量的數據試驗表明這四種支護方案的在控制效果上按著無支護、樁板支護、樁板加支撐支護、連續墻支護的順序由低到高排列。但是由于連續墻支護方案對經濟狀況、實地環境的要求過高，并不是每個方案的最優選擇。所以排除極為個別的因素影響，樁板加支撐的支護可以算得上是比較優秀對的基坑支護方案，適應于大部分基坑施工工程。

（3）控制基坑爆破標準

基于前期數據搜集與建模試驗的基礎上，判斷臨近隧道所能承受的震動等級。爆破會產生基坑施工中最劇烈、最集中的地質變動，相應的會引起土體內應力的一些列改變，但一定要保證爆破產生的應力值變動在臨近隧道可承受范圍內。

四、結語

近年來，如何解決基坑施工對臨近隧道產生的影響成為了困擾中外學者的難題，相關領域專家在實地考察然后建模試驗的基礎上取得了優異的研究成果，但由于工程造價、施工設計、地質環境的原因，在業內并沒有形成統一參考標準。本文從基坑施工的工藝流程與隧道變形的本質入手探討了基坑施工對臨近隧道影響的問題，并總結出了一套適合基坑施工要求的理論方法，以期為中國的現代化建設和經濟發展盡些綿薄之力。

參考文獻：

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