地铁隧道明挖法施工基坑支护稳定性研究蒋仕旺

地铁隧道明挖法施工基坑支护稳定性研究蒋仕旺

蒋仕旺

中铁广州工程局第三工程有限公司510000

摘要：近年来，随着我国的地铁工程发展，地铁隧道明挖施工也越来越多。本文作者从城市地铁修建大的角度出发，对地铁隧道明挖法施工基坑支护稳定性进行研究与探析，对地铁隧道明挖法基坑支护稳定性与邻近建筑物的安全以及生命财产安全的保证，具有一定的借鉴价值。

关键词：地铁隧道；明挖法；基坑支护；稳定性；要点

前言：地铁隧道有很多方式进行施工，比如暗挖法、明挖法、盾构法。在进行地铁设计过程中，需要考虑工程的各方面因素，综合考虑工程的经济安全性，经常是使用明挖法的方式进行施工，这种方式多用于没有底线建筑拆改并且周围没有建筑区需要开挖的情形。但地铁经常出现在城市的繁华地段，建筑物比较多，道路地下设施比较多，在这种情况下，要从高楼大厦进行穿过，对明挖法也提出了挑战。就目前来看，国内主要通过有限元数值模拟方法进行有效的研究，通过计算理论对隧道的基抗支护仿真模拟，可以极高的使施工过程变得更加安全，增强稳定性。

1地铁隧道明挖法施工概述

1.1地铁隧道明挖法施工的概念

城市的发展在很大程度上带动了城市地铁的修建，现如今许多城市都已经在规划有的已经在逐步修建1号线、2号线甚或更多条地铁线路迈进大力修建的步伐，确切地说，地铁的修建与运行，给绝大部分人的出行带来了快捷的便利，也为城市经济、文化等各方面发展起到了很大的促进作用。不过地铁修建的过程是非常繁琐的，它不仅仅是在地下空间中打通一条隧道通道那样简单，对于不同的地段不同地面及地下情况，还需要进行施工技术与施工方法的转变。

整体来看，城市地铁隧道施工是规模较大、工期漫长、工序复杂且干扰因素多等多方面因素影响的施工，而且对于不同的城市地下段落，其地铁隧道施工开挖的方法也会存在很大的差异。一般来说，地铁隧道的施工方法有盾构法、暗挖法及明挖法等，同时对不同的施工方法也存在更为细致的划分。具体来说，地铁隧道明挖法施工是指在地铁隧道施工过程中，地铁开挖以地面作为开挖的基准面，从地面标高开始自上而下得对其进行开挖，到地铁隧设计要求的标高截止，简单来说，就是从地面直接进行开挖，自上而下以此展开开挖相关工作，然后再完成后续的主题结构。

1.2地铁隧道明挖法施工的特点

（1）前期施工工序简单

这是地铁隧道明挖法最大的特点，由于地铁隧道明挖法是直接从地面进行向下开挖，不需要像暗挖法那样先做一个“盖”，然后在其人工覆盖的下面进行开挖，这样看来，地铁隧道明挖法前期开挖工序显然会更加简单。

（2）施工方法受限多

正是因为地铁隧道明挖法是从地面直接进行开挖，因此这种施工方法潜在地一般要求开挖面周围没有建筑物或复杂的需要拆除的地下构筑物，不过地铁修建大部分都处于城市繁华地带，周围间建筑物多，地下构造复杂，且地铁施工要最大程度先保证施工安全，这就让明挖法施工方法受限因素增多，其施工开展难度变大。

（3）基坑支护要求高

由于是明挖法施工，其基坑开挖属于敞口式，随着基坑深度加大，周围建筑物距离基坑长度的缩短以及过往人、车辆不同程度的影响，地铁明挖法基坑就需要提前或及时进行支护，基坑支护主要是为了从最大程度上保障基坑边坡稳定性，防止因为开挖应力释放而出现的失稳、滑移倾覆等坍塌事故的发生，这就对基坑支护提出了较高的要求，尤其是深度较大的基坑，其支护技术要求更高更为严格。

2地铁隧道明挖法施工基坑稳定性研究

2.1工程概况

隧道施工通常采用的是明挖法，通常情况下，地铁地处城市较为繁华地段，其周围是居民小区、公园及一些低矮民房，同时还存在一些商业与办公用途的高层建筑物，其地址情况自上而下依次为杂质土粉黏土及粉土，依据地上及地下情况，拟采用钻孔灌注桩作为其基坑围护方式，桩长为17～25米之间，桩径为0.6与0.8m两种，装间挂钢筋网片加喷射混凝土防护，内支撑采用钢管进行加力。

2.2模型建立

其采用的是Mohr-Coulomb模型，对桩的模拟采用FLAC3D中的桩构件单元，对钢支撑的模拟采用梁构件单元。建立模型的三维尺寸为：长45m，宽96m，深50m，开挖深度为15m。模型的开挖、支护共分成4个步骤进行：第1步为基坑开挖至-3.0m，在-2.0m处设置第1层钢支撑；第2步为基坑开挖至-8.0m，在-7.0m处设置第2层钢支撑；第3步为基坑开挖至-13.0m，在-12.0m处设置第3层钢支撑；第4步为基坑开挖至-15.0m。

2.3模拟结果

基坑周边地表发生沉降变形，且由近及远变形逐渐变小，且最大沉降并未出现在基坑边缘处。围护桩处有向基坑内侧的水平变形，其变形呈抛物线型。由于基坑开挖的不断卸载，在第一次开挖后坑底就有少量的回弹隆起，其隆起趋势为中间大两侧小。在模拟结果中，维护桩处存在着基坑朝内侧发生的水平位移变形，其形状呈现出抛物线。随着基坑开挖的不断卸载，首次开挖后的基坑底出现稍微隆起。

2.4不同嵌固深度状与不同直径桩的支护稳定性分析

围护桩的嵌固深度对基坑的变形及稳定性影响很大，保持其他参数条件不变，仅改变围护桩的嵌固深度，分析其对基坑稳定性的影响，模拟所采用的桩长分别为18m、19m、20m、21m和22m（即嵌固深度分别为3m、4m、5m、6m、7m）。分析从两个方面进行：桩自身的水平位移和基坑周边地表沉降。

图1不同嵌固深度桩自身的水平位移对比分析图

通过模拟分析得出相应的结论是：当桩长从18m逐步增大到22m时，桩身各点的水平位移值均有规律性的逐渐减小，但当桩长从20m继续增大到22m时，桩身水平位移值的减小趋势减缓，对减小桩身变形的贡献减小。随着桩长的增加，基坑周边地表沉降的减小趋势非常明显。而当桩长由18m增大到20m时，沉降值迅速减小，但继续增加到22m时则变化很慢，因此，在保证基坑稳定的前提下，增加桩长并不一定能减小桩身的变形和周边地表的沉降。当桩径长从20m继续增大到22m时，桩身水平位移值的减小趋势减缓，对减小桩身变形的贡献减小。随着桩长的增加，基坑周边地表沉降的减小趋势非常明显（见图2），沉降最大值由约10mm减小到4.5mm左右，主要影响范围均在14m以内。当桩长由18m增大到20m时，沉降值迅速减小，但继续增加到22m时则变化很慢，因此，在保证基坑稳定的前提下，增加桩长并不一定能减小桩身的变形和周边地表的沉降。

图2不同嵌固深度桩支护下的地表沉降对比图

3地铁施工确保基坑支护稳定的要点程序

3.1开挖基坑具体的施工方法

对基坑工程支撑的了解，以及它的一些多层支撑的特点，我们采用纵向分段，分层开挖，根据我们的测量分层标高在设计支撑标高下50cm，分段长度在16-34.350cm左右，因为纵向开挖的难度较大，所以之后我们用挖掘机进行接力开挖，我们采用一些特别的技巧，以防止会塌陷，所以先要把中间的土挖出来再去挖两边的土，如果先挖两边的土可能会导致无法估计基坑大小等问题，如上述办法用机器挖完以后我们再采用人工开挖的方式进行施工，所以应该事先预留出20cm左右的长度。

3.2支撑方施工

（1）在土方开挖挖出一个支撑点的时候，要立刻在支撑点的两侧墙上找出支撑接触点，并且进行测定，当保持支撑点墙面是垂直的状态的时候，而且位置能够稳定且准确的时候，就可以安装了（2）因为怕加在支撑上面的力会和之前做好的挡土结构没有很好的接触而导致方向受偏，所以要在钻孔桩上进行凿毛，并且用砂浆进行抹平，要保证它的垂直和平整度。（3）一旦支撑受到力之后发生形变的话会有非常大的影响，所以当支撑受力之后，就应立刻进行检查和监测，防止它因为受力以后发生变化。（4）因为我们有了支撑点之后，就应该严格的按照支撑点继续进行基坑开挖，当挖到一个支撑点时就应该好好的进行支撑，严格的把控每一个支撑点的位置。（5）施工时，随着基坑开挖的深度越来越大，将会导致接触面整体受到的压力越来越小，出现桩体和支撑分离的问题，为了最大程度的避免因为顶端位移，使得支撑脱离现象的出现，施工人员必须及时的采取相应的补救措施。（6）在开展施工工作之前，施工技术人员必须熟悉设计图纸和方案，严格的以设计为基础，来施加适当的预应力，同时根据实际的基坑深度以及实时的监测数据进行预应力附加。（7）为了最大程度的加强整体建筑的稳固程度，一般都会使用钢板来连接相邻的钢围檩。（8）要准确的判断是否需要加强钢支撑，需要实时监测钢轴力的支撑程度，来准确的判断信息。

3.3拆除支撑

当底板、侧墙、中板以及顶板的混凝土的强度已经到达了相关规范的要求的最低标准后才可以进行拆除支撑，与此同时，在进行拆除工作时必须分步骤进行预应力的卸载、拆除，这样可以有效的避免快速拆除支撑导致太多压力被释放，裂纹和形变问题的出现。

3.4降水效果控制措施

3.4.1材料的选用

想要对降水井运行效果进行合理有效的控制，首先就要从材料质量方面入手，确保使用的管材达到规定使用要求，具有较强的防渗漏性能。其次，凡是选用的管材，都必须具备相关实验报告证书，以及合格证、说明书等证明性材料。另外，滤网一般都要经过有关部门检验达标之后，才可以正式投入到施工现场中进行使用，最后确保滤料的高质量。

3.4.2加强降水效果监测

（1）在降水工作启动之前，统一测量井内的水位。降水工作启动后，动水位和出水量的测量时间在抽水开始后每10min各测量一次水位和水量。当水位和水量趋于稳定时可每隔2～3h观测一次，当水位趋于设计水位后可每天测量一次。

（2）当降水井中的水位趋于稳定尚不能达到水位下降值，加大水泵出水量，以达到设计降深值。

（3）对水位、水量观测记录进行整理，绘制流量与时间和水位降深与时间过程曲线图，分析水位下降趋势，预测达到设计降水深度的时间。

（4）加强做好降水监测工作是非常有必要的，更是确保周围环境安全的重要保障，在实际的降水作业中，施工人员应该保持匀速均衡的速度，确保抽水的连续性，切忌不可以突击降水，同时也要对周围建筑物做好实时监测。而且，由于一般降水期时间很长，常常会对场地地下水均衡关系产生一定的影响，最后对周围环境造成破坏和污染。所以，为了更加及时准确的掌握好地下水变化情况，就应该实现采取相关应对措施，通过建立完整的地下动态监测网系统，以此来对地下水动态变化进行监测。

4结语

由此可见，在地铁隧道明挖法施工中，大部分的地铁隧道都会采用明挖法的施工技术，逐渐取代了大型机械化的施工方法，不仅大大降低了工程建设的成本，同时也加快了工期进度，充分保障了工程施工的质量。而且基坑开挖引起的地表沉降、土体变形是非常明显的，并且它会随着基坑深度加大而更为显著，而基坑支护结构的合理论证及施工，才能有效保证其基坑的稳定性，进而确保周围建筑物的安全。

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