基坑開挖對臨近明挖暗埋隧道豎向變形的影響機理

項忠賢

摘要：關于在安徽省黃山市休寧縣境內挖掘地下隧道的情況，本文采用了一種數值方法，通過比較經驗數據來模擬挖掘過程和驗證模型，對隧道和基坑之間的連接墻進行比較和分析，重點揭示了連接墻的效果。通過分析隔離墻和隧道以及隔離墻與地面之間的連接情況，能夠及時了解軸力分布情況。此外，對挖掘期間隔離墻的強度形式進行研究，揭示了基坑附近臨近明挖暗埋隧道對地下結構的影響。在臨近明挖暗埋隧道的情況下，隧道的建造主要受到圍墻和連接墻的共同影響，挖掘的暗道受到坑壁變形的影響大于周圍土體移動的影響，坑壁的隆起是由于坑地比外表面的土體摩擦力更大。

【關鍵詞】基坑開挖;臨近明挖暗埋隧道;影響機理

人口的迅速增長對出行的需求增多，增加交通運輸壓力。地鐵的開發成為城市建設的一個重要部分，但由于土體資源有限，隧道附近建造新基坑在城市中廣泛存在。在挖掘基坑的過程中，部分土體的抽取將導致周圍土體的應力降低，這將不可避免地影響周圍的地下結構。為了確保運行中的地下結構的安全，許多學者研究了明挖暗埋隧道對周圍環境的影響。

1.概述

在挖掘深基坑過程中，不同形式的地下結構產生不同的影響。在傳統的地下結構相互獨立的隧道中，明挖暗埋隧道的結構比較復雜，隧道和基坑的共墻情況經常發生。在這種情況下，明挖暗埋隧道的挖掘對隧道的影響與外部隧道的影響不同，需要對整個隧道的變形和隔離墻的能力進行分析。目前，許多學者正在對明挖暗埋隧道過程中墻壁的變形和強度進行研究，本項研究使用三維的數字方法模擬，對整個基坑的構造過程進行分析，同時對數字模擬結果進行了驗證和詳細分析，闡述了明挖暗埋隧道的根本原因，揭示了隧道變形的具體情況，本研究結論在一定程度上有助于明挖暗埋隧道工作的開展。在共墻地下結構附近挖掘基坑時，通過設計挖掘方案，能夠保證基坑的設計準確性以及確保地下結構的安全性。

2.工程背景介紹

2.1工程概況

茶子嶺隧道為單洞雙向行車隧道，起訖樁號為K27+210～K30+428，長3218.0米，屬第二合同段，隧道工程具體情況如表1所示。

2.2開挖工況

明洞工程。為了減少挖掘基坑造成的高邊坡等隧道所面臨的威脅，在隧道的開口處安裝了C30鋼筋混凝土結構。泥土圓頂的最高回填厚度不得超過4米，基底避免存在凹槽，RGA小于250千帕。

洞口Ⅴ級圍巖淺埋段。茶子嶺隧道的洞口沿變形的沙巖和巖石破碎，圍網穩定性差，采用V-C型混凝土涂層的設計，對鋼材進行二次涂層。在鋼拱門的支護下，主動加固錨，保護和加固側翼，然后才能順利進入洞口，以盡量減少對圍欄的干擾，并通過“防壁”確保工程安全。

隧道穿越洞身斷層破碎帶設計。茶子嶺隧道洞口及洞身發育有斷層破碎帶，與大塊狀隧道、巖石斷層、巖石結構碎裂不穩定交織在一起。因此，設計的基礎是通過V-A層，二層鋼筋混凝土為涂層，通過施工保護裝置以保護土體不受侵蝕。在鋼弧的支護下，主動超前支護及錨網噴支護，改進施工期間的初步地質預測，預先了解斷裂區的位置及其與隧道的關系，探測和分析斷層的坡度、軌跡和影響范圍，了解周圍地質特征，對山崩的形式和規模進行了解，同時制訂合理的建筑計劃以防止安全事故的發生。

塌方處理預案。茶子嶺隧道穿越Ⅴ級圍巖段，構造裂縫在不斷發展的過程中完整性較差，設計的目的是處理施工過程中可能出現的小泥石流。如果塌方高度超過5米，則建施工方應及時通知各方并共同確定處置計劃。

3.數值模型

本文研究采用有限的三維方法，但由于單位數量增加，導致效率低下，不利于多參數分析，而采用面積有限的三維模型，其平面無法考慮隔墻的作用。因此，在設計過程中，對隧道的長墻分為A1區和小基坑區，而短墻將小基坑分為不同的部分（同樣的劃區辦法也適用于隧道的右邊）。圍墻的頂部有垂直的移動點，因此在隧道的內部軌道上設置了移動監測點。（見圖1）

本文通過有限三維差分軟件（FLA3D）作為本文的研究工具，用以區分對深基坑挖掘影響下的隧道的具體情況。以項目為基本模型，并根據實際參數確定項目的具體參數。

4.模型驗證

由于模型兩邊都有某種對稱性，本研究報告主要側重于隧道一側地區的明挖暗埋隧道對周圍地下結構的影響。為了驗證土體模型和結構，選定了地面連接墻的橫向和縱向變形。為便于分析，已將地墻編號，基坑左邊的墻記為第1號墻，與隧道共用的墻是第2號墻，基坑右邊的墻是第3號墻，基坑左邊的墻是第4號墻。（見圖2）

圖3顯示了墻的垂直移動曲線，如圖中所示，第一道墻的監測值和計算值較接近，略高于整體的估計值。在完成挖掘明挖暗埋隧道后，最大差為15.1毫米和13.2毫米。從數值來看，最大差不超過2毫米，而第二道墻的監測值和計算值非常相似，最大差不超過2毫米。因此，本文所用模型可以被認為是合理的，可以進一步分析。

5結果與分析

為了解基坑附近的挖掘對明挖暗埋隧道的影響以及隔離墻對周圍土體的影響，選擇了墻的垂直移動和土體的垂直移動作為分析的重點。

在挖掘明挖暗埋隧道的過程中，靠近核心基坑的挖掘工作的影響比外部隧道的影響更為復雜，特別是當隔離墻（第4號墻）連接到深基坑和專門挖掘的隧道時，隧道的變形將不再受到單一地點的影響。本文通過分析隧道和隔離墻的垂直移動可以看出，在有圍墻的模型中，隧道和2號墻的垂直移動大于無圍墻的模型，這表明在有圍墻的模型中，隧道和2號墻的垂直移動比沒有圍墻的模型更大。在基坑附近的挖掘過程中，隔離墻的存在對隧道的變形產生了影響。

6.結束語

本文分析挖掘深基坑過程中明挖暗埋隧道變形的原因，并研究各種形式的地下連續性隔離墻變形的特征，在CONC工程的范圍內進行調查并得出以下結論：

（1）如果是對地下掩埋基坑旁的一條隧道進行可見的挖掘，隧道的隆起主要是由于土體的變形造成的。由于隧道通過墻與基坑相連，影響隧道變形的機制會改變，在隧道的周圍，它的影響將小于相鄰的墻對于隧道的影響。

（2）在挖掘過程中，隔離墻的變形主要受到墻兩側相對較小的摩擦力的影響，墻兩側土體所提供的側面抵抗力在挖掘過程中有所增加，但增幅較小，而且墻體底端的軸力要明顯小于墻身的軸力。

【參考文獻】

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