[摘要] 本文以京津城际铁路延伸线天津至于家堡工程3标里程为背景，针对该工程中的明挖法施工展开探讨，通过模型分析的方式，提出适用于基坑支护体系的技术方案，确保工程整体品质。
从数据与理论计算出发，充分考虑了基坑与围护结构的实际状况，对二者仿真模拟，探寻结构稳定性，给出科学的预测与分析报告，为地铁隧道的施工提供指导[1]。在本文中，则覆盖至隧道施工类型、工艺方法等多个层面，以期给类似地铁隧道工程提供参考。
1、工程概况
解放路隧道里程为CJDK180+400～CJDK183+250，两端连接塘沽站与于家堡站。隧道为单洞双线形式，基于明挖法施工作业，可切实保护周边环境。明挖法施工段总长601.5m，结构以拱形及矩形断面为主;隧道中间区段基于盾构法施工，总长度2248.5m，均为圆形断面。
2、隧道基坑土方开挖
从端头处开始施工作业，为之适配长臂挖掘机与1.0m3挖掘机各1台，二者通过协同作业的方式逐步向另一端倒退式倒土。具体操作方式为:长臂挖掘机就位于基坑顶部，主要完成第1、2层支撑的开挖作业，且为1.0m3挖掘机提供辅助，倒运该设备产生的土方;为满足第3层支撑的开挖作业需求，1.0m3挖掘机需在第2层支撑地面处。基底上方30cm的土方，可通过人工开挖的方式处理。基于既定程序展开土方的开挖作业，需做到“分层、分段、分块”，为各层支撑之间增设稳定的施工平台，各自预留2～4根支撑宽度，确保施工过程中的排水效率，同时在平台处增设3%排水坡。以开挖原则为基本指导，做好机械配套、参数控制等多项工作，控制好上层土方纵向开挖长度，在与纵坡度要求相符后，方可进入到下层土方的开挖作业中。
3围护结构设计概况
基于明挖隧道的基本特点，采用了两种围护结构，具体有。1)钻孔灌注桩+双排搅拌桩+钢支撑:CJDK180+400～CJDK180+635、CJDK180+477、CJDK180+608、CJDK180+655、CJDK180+705、CJDK180+745、CJDK180+800处均采取临时封堵措施。2)地下连续墙+钢支撑:具体为CJDK180+635～CJDK180+981.5以及CJDK183+228～CJDK183+251。
4、地铁隧道明挖法施工基坑稳定性
4.1模型建立
创建Mohr-Coulomb模型，具体规格为长24m、宽34m、深28m，基于工程需求，开挖深度设置为15m。模型的创建主要考虑如下四部分内容。
1)基坑开挖-3.0m，需处理-2.0m处，在该区域增设1层钢支撑。
2)持续施工并达到-0.8m，需定位到-0.7m处，为之增设钢支撑。
3)进一步开挖至-13.0m，需定位到-12.0m处，为之增设钢支撑。
4)最后开挖至-19.6m处，结束整个开挖作业。关于本工程的具体模型。分析模拟结果:基坑周边存在沉降现象，且各自的程度不同，以进出口的变形现象最为明显。基于对围护桩的分析得知，其出现了一定程度的水平变形现象，表现出向基坑内侧倾斜的特点。在基坑开挖作业中，伴随持续性卸载的过程，因此，完成首次开挖作业后将直接影响到坑底，使其出现回弹，集中于中间区域，两侧相对微弱。
4.2各嵌固深度与不同桩直径的支护稳定性
围护桩嵌固深度是重要的工艺参数，将直接影响到基坑稳定性，在其他参数稳定的前提下，适当调节嵌固深度，从而探讨对基坑稳定性的影响机制。此处给出了五类桩长，分析其水平位移情况，具体如图2所示。由上述内容得知:在桩长逐步延长之下，桩身处表现出的水平位移现象更为明显。以20～22m这一区间的桩长较为特殊，尽管桩身出现了水平位移现象，但变动幅度相对较小，总体上桩身变形得到控制。因此，在桩身长度持续加大之下，尽管基坑周边出现了一定程度的地表沉降，但总体上得到控制。若从最大沉降的角度来看，则从0下降至4.5mm，产生的影响范围在14mm内。而在桩长度持续加大之下，从18m延展至20m时，表现出的沉降将呈现明显下降趋势;此时若持续加大桩长，当延长至22m时，变动幅度极为微弱。。
4.3不同直径桩的围护效果
模拟分析中，桩长均为20m(其嵌入深度5m)，各自间距均保持在1.5m，具体的开挖顺序与结构参数都不做任何变动，仅适当调节桩径，从而分析不同桩径下对应的基坑稳定性情况，此处的桩径类别有三种，即600、800、1000mm。基于对比分析得知，在桩径变化的大环境下，围护桩水平位移随之改变，同时地表沉降也不尽相同。若桩径为600mm，得知桩顶位移5.0mm，但相比之下桩身位移则上升到了18mm。关于围护桩结构的基本状况，在基坑底部的位移达到了14mm，从而表明基坑底部出现了“踢脚”现象。受到桩径逐步增加的影响，当其达到1000mm时，原本较为明显的桩顶位移现象得到控制，下降至3.6mm，此时桩身位移为13.8mm，总体上均有所下降，且在围护桩基坑底部依然如此，其出现的移动量为0。因此，基于扩大桩径的方式，有助于缓解桩身水平位移过大的问题。在桩径持续加大之下，当达到1000mm时，虽有微弱沉降但总体上较为稳定，基于对地表沉降曲线的分析得知，其呈现出明显的抛物线线型，可将影响范围缩小至12mm内，符合设计要求。而在桩径持续加大之下，沉降逐步趋于稳定，从而表明增加桩径具有可行性。当然，在围护桩设计工作中，除了考虑到基坑稳定性外，还要注重经济效益。
4.4数值模拟结果和实测结果对比
综合考虑桩身水平位移与施工周边区域的地表沉降，得知二者呈现出的图像均呈抛物线型，表明在桩顶与桩脚处虽然存在变形现象但得到控制。实地测量发现，桩脚处的值约为0，而分析模拟结果得知该值为5mm;此外，桩顶实测值8mm，模拟结果为4mm;相比之下，桩身的实测值与模拟值之间并无过大差异。总体上，模拟结果可以在一定程度上代表实测结果，二者具有高度相似性。
5、增强基坑支护稳定性的建议
土方开挖过程中，每设置一道支撑，均要随即测量，确定支撑两侧与围护桩之间存在的接触点，从而提升支撑与墙面垂直度，为后续安装作业提供良好条件[2]。受预应力施加的影响，支撑结构的使用状况易出现变化，难以与挡土结构接触，对此需要对钻孔桩凿毛，随后及时涂抹快速早强砂浆层。关乎阴阳角的开挖作业，需合理控制作业时间，在受力支撑架设结束且具有足够稳定性后方可开挖。创设安全施工环境的关键在于做好监控量测工作，通过此方式在第一时间获取信息，合理调节开挖与支护参数，提升施工方案与工程的相适性，同时也可为后续环节的施工提供指导。基于此，本工程围绕地表沉降、位移等多项指标采取有效的观测手段，覆盖至钻孔施工至回填结束全过程。
1)地表位移监测。主要将测点设置在基坑边坡与桩体两个区域，总数量达到33个。由于观测时间较长，因此，可获得各阶段丰富的测量数据，更为全面地呈现出地表与桩体的位移情况。
2)桩体倾斜位移监测。受基坑开挖作业的影响，桩体背侧将承受较大的土压力，在其作用下使得基坑出现水平位移现象。
基于对桩体水平位移的分析，总结出了如下几大特点:①伴随开挖深度的持续加大，对应的桩体水平位移也表现出明显提升的趋势，且在桩顶处最为明显;②结束基坑开挖作业且封底后，各桩体虽有微弱位移，但总体上得到控制。测孔所得数据表明，最大位移达到43mm，相较于开挖深度11m而言，实际占比约为0.39%，并确定出桩体水平位移与开挖深度的比值，相较之下前者明显更小。
6、结束语
综上所述，本文立足于实际工程项目，基于模型分析的方法，探寻在围护结构参数发生变化时所表现出的基坑变形现象，进一步总结开挖深度与支撑工艺两项因素对于围护结构稳定性的影响机制，可为基坑围护结构设计提供指导，提升地铁隧道明挖法的适应性，确保工程整体质量。
参考文献:
[1]曹俊逸，邓淑雅.高铁隧道明挖法施工基坑支护稳定性分析[J].安徽建筑，2019，46(9):191-192.
[2]张建中.地铁隧道明挖法施工基坑支护稳定性分析[J].中国高新科技，2019，3(14):63-65.
作者：董治国 单位：中铁十六局集团地铁工程有限公司
以上内容就是“地铁隧道基坑支护的稳定性”的分享，希望对大家的工作和学习有所帮助!建筑界结构论文频道分享更多地铁隧道施工相关的论文内容给大家。寻找建筑之美，探索建筑之路，欢迎关注我们~
