基坑開挖對臨近明挖暗埋隧道豎向變形的影響機(jī)理

項(xiàng)忠賢

摘要：關(guān)于在安徽省黃山市休寧縣境內(nèi)挖掘地下隧道的情況，本文采用了一種數(shù)值方法，通過比較經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來模擬挖掘過程和驗(yàn)證模型，對隧道和基坑之間的連接墻進(jìn)行比較和分析，重點(diǎn)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(shí)了解軸力分布情況。此外，對挖掘期間隔離墻的強(qiáng)度形式進(jìn)行研究，揭示了基坑附近臨近明挖暗埋隧道對地下結(jié)構(gòu)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(guān)鍵詞】基坑開挖;臨近明挖暗埋隧道;影響機(jī)理

人口的迅速增長對出行的需求增多，增加交通運(yùn)輸壓力。地鐵的開發(fā)成為城市建設(shè)的一個(gè)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(dǎo)致周圍土體的應(yīng)力降低，這將不可避免地影響周圍的地下結(jié)構(gòu)。為了確保運(yùn)行中的地下結(jié)構(gòu)的安全，許多學(xué)者研究了明挖暗埋隧道對周圍環(huán)境的影響。

1.概述

在挖掘深基坑過程中，不同形式的地下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的影響。在傳統(tǒng)的地下結(jié)構(gòu)相互獨(dú)立的隧道中，明挖暗埋隧道的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，隧道和基坑的共墻情況經(jīng)常發(fā)生。在這種情況下，明挖暗埋隧道的挖掘?qū)λ淼赖挠绊懪c外部隧道的影響不同，需要對整個(gè)隧道的變形和隔離墻的能力進(jìn)行分析。目前，許多學(xué)者正在對明挖暗埋隧道過程中墻壁的變形和強(qiáng)度進(jìn)行研究，本項(xiàng)研究使用三維的數(shù)字方法模擬，對整個(gè)基坑的構(gòu)造過程進(jìn)行分析，同時(shí)對數(shù)字模擬結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證和詳細(xì)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(jié)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(jié)構(gòu)附近挖掘基坑時(shí)，通過設(shè)計(jì)挖掘方案，能夠保證基坑的設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性以及確保地下結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。泥土圓頂?shù)淖罡呋靥詈穸炔坏贸^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(wǎng)穩(wěn)定性差，采用V-C型混凝土涂層的設(shè)計(jì)，對鋼材進(jìn)行二次涂層。在鋼拱門的支護(hù)下，主動加固錨，保護(hù)和加固側(cè)翼，然后才能順利進(jìn)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(shè)計(jì)。茶子嶺隧道洞口及洞身發(fā)育有斷層破碎帶，與大塊狀隧道、巖石斷層、巖石結(jié)構(gòu)碎裂不穩(wěn)定交織在一起。因此，設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)是通過V-A層，二層鋼筋混凝土為涂層，通過施工保護(hù)裝置以保護(hù)土體不受侵蝕。在鋼弧的支護(hù)下，主動超前支護(hù)及錨網(wǎng)噴支護(hù)，改進(jìn)施工期間的初步地質(zhì)預(yù)測，預(yù)先了解斷裂區(qū)的位置及其與隧道的關(guān)系，探測和分析斷層的坡度、軌跡和影響范圍，了解周圍地質(zhì)特征，對山崩的形式和規(guī)模進(jìn)行了解，同時(shí)制訂合理的建筑計(jì)劃以防止安全事故的發(fā)生。

塌方處理預(yù)案。茶子嶺隧道穿越Ⅴ級圍巖段，構(gòu)造裂縫在不斷發(fā)展的過程中完整性較差，設(shè)計(jì)的目的是處理施工過程中可能出現(xiàn)的小泥石流。如果塌方高度超過5米，則建施工方應(yīng)及時(shí)通知各方并共同確定處置計(jì)劃。

3.數(shù)值模型

本文研究采用有限的三維方法，但由于單位數(shù)量增加，導(dǎo)致效率低下，不利于多參數(shù)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(shè)計(jì)過程中，對隧道的長墻分為A1區(qū)和小基坑區(qū)，而短墻將小基坑分為不同的部分（同樣的劃區(qū)辦法也適用于隧道的右邊）。圍墻的頂部有垂直的移動點(diǎn)，因此在隧道的內(nèi)部軌道上設(shè)置了移動監(jiān)測點(diǎn)。（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(qū)分對深基坑挖掘影響下的隧道的具體情況。以項(xiàng)目為基本模型，并根據(jù)實(shí)際參數(shù)確定項(xiàng)目的具體參數(shù)。

4.模型驗(yàn)證

由于模型兩邊都有某種對稱性，本研究報(bào)告主要側(cè)重于隧道一側(cè)地區(qū)的明挖暗埋隧道對周圍地下結(jié)構(gòu)的影響。為了驗(yàn)證土體模型和結(jié)構(gòu)，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(jiān)測值和計(jì)算值較接近，略高于整體的估計(jì)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(shù)值來看，最大差不超過2毫米，而第二道墻的監(jiān)測值和計(jì)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(rèn)為是合理的，可以進(jìn)一步分析。

5結(jié)果與分析

為了解基坑附近的挖掘?qū)γ魍诎德袼淼赖挠绊懸约案綦x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(diǎn)。

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(fù)雜，特別是當(dāng)隔離墻（第4號墻）連接到深基坑和專門挖掘的隧道時(shí)，隧道的變形將不再受到單一地點(diǎn)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(chǎn)生了影響。

6.結(jié)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(xù)性隔離墻變形的特征，在CONC工程的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)查并得出以下結(jié)論：

（1）如果是對地下掩埋基坑旁的一條隧道進(jìn)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(jī)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(cè)相對較小的摩擦力的影響，墻兩側(cè)土體所提供的側(cè)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(xiàn)】

[1]熊忠平.基坑開挖對周圍橋跨安全影響評估[J].江西建材，2018（03）：149-150.

[2]丁傳松.基坑開挖對側(cè)向運(yùn)營地鐵隧道變形的影響分析[J].施工技術(shù)，2018，47（S1）：659-662.

[3]任延壽.考慮滲流影響的深基坑開挖模擬與監(jiān)測分析[J].中國港灣建設(shè)，2018，38（07）：30-34.