高鐵隧道明挖法施工基坑支護穩(wěn)定性分析

曹俊逸，鄧淑雅

（1.中鐵十六局集團地鐵工程有限公司，北京 100000；2.天津中鐵信達工程檢測技術(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口，東至濱海世紀廣場始發(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、濱海世紀廣場等休閑場所。

2 明挖法施工技術(shù)要求及特點

從當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，對于不同城市而言，其進行高鐵隧道挖掘的情況肯定會有所不同，所以在施工時，要做好因時因地制宜。因此，在施工中選擇適宜的施工方法極為重要，而當前使用最為普遍的就是明挖法，這種方法在施工時，可以進行多方面施工，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、支護兩步，其主要對基坑進行開挖，之后再到相應(yīng)深度后設(shè)置鋼支撐，再進行下挖至相應(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，在進行首次開挖時會有出現(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樁，而圍護樁嵌入情況不同，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長的圍護樁，分別進行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)進行研究分析得知，圍護樁長度在一定范圍內(nèi)增加時，基坑周邊地表沉降的減小趨勢非常明顯。而當樁長由18m增大到20m時，沉降值迅速減小，在長度達到22m時，對基坑的抗變形能力影響微乎其微[2]。因此得出結(jié)論，圍護樁的長度在一定范圍內(nèi)能夠有限增強基坑的抗變形能力，當超出范圍時，對基坑的抗變形能力不斷減小，所以不斷增長圍護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，當圍護樁長度在14m以內(nèi)時，會出現(xiàn)1cm范圍內(nèi)的沉降；當圍護樁增長至20m時，基坑的沉降情況明顯改善；但增加至22m時，對基坑沉降情況并無明顯改善。所以可知，圍護樁增長到一定范圍內(nèi)時，能夠有效改善沉降情況，但是在范圍之外時，對沉降情況并無明顯改善，所以選擇圍護樁時，并不是越長越好。

3.3 不同直徑樁的圍護效果分析

除了樁長對基坑有重要影響外，圍護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，而圍護樁的直徑在60cm～100cm之間。通過記錄并分析發(fā)現(xiàn)，當使用圍護樁為60cm時，圍護樁位移情況最嚴重，而當樁徑不斷增大時，圍護樁為位移情況不斷被改善，在100cm時，位移的距離最小，由此可知，圍護樁的樁徑與圍護樁的位移呈反比關(guān)系，不斷加大圍護樁的樁徑可以有效減少圍護樁的位移，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的圍護樁，再使用直徑為80cm和100cm的圍護樁，最后通過記錄分析發(fā)現(xiàn)，圍護樁不斷增大直徑，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樁即可，不需選擇直徑過大的圍護樁。

3.4 數(shù)值模擬結(jié)果和實測結(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)，將實測與模擬所得結(jié)果進行對比分析發(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，實測數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)之間一般會出現(xiàn)0.5cm～1cm的差別，但總體影響不大，模擬結(jié)果與實測結(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，模擬變形情況與實測值基本吻合。

4 高鐵車站明挖法施工確保基坑支護穩(wěn)定性的要點

4.1 支護施工

在進行支護的施工時，要實現(xiàn)為支撐開挖支撐支撐點，并準確測量出相應(yīng)的支撐接觸點，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的檢查工作，如果出現(xiàn)異常問題，要及時進行匯報，保證支撐的穩(wěn)定性。

4.2 測量監(jiān)控

①地表沉降監(jiān)測。為了獲得準確數(shù)據(jù)，要設(shè)置多個觀測點，并對檢測的信息進行準確記錄，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：位移最嚴重處為頂部，且位移的距離與進行開挖的深度呈正比關(guān)系。

5 結(jié)束語

綜上所述，在對基坑進行施工時，圍護樁的長度、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，要對圍護樁進行合理選擇。此外，也要重視支護方面的施工，以保證建筑物建造的安全性。