高铁隧道明挖法施工基坑支护稳定性分析

曹俊逸，邓淑雅

（1.中铁十六局集团地铁工程有限公司，北京 100000；2.天津中铁信达工程检测技术有限公司，天津 300000）

1 工程概况

京津城际延伸线明挖段工程线路起讫里程CJDK180+400～CJDK180+980.5 及 CJDK183+229～CJDK183+250。解放路隧道明挖段西起塘沽站东咽喉隧道进口，东至滨海世纪广场始发盾构井；隧道下钻既有津山线、拟改建津山线铁路，然后下穿大连道、河北路等城市交通干道，之后下穿城市绿化带、滨海世纪广场等休闲场所。

2 明挖法施工技术要求及特点

从当前高铁隧道的施工情况来看，在施工安全方面存在着诸多影响因素。同时，对于不同城市而言，其进行高铁隧道挖掘的情况肯定会有所不同，所以在施工时，要做好因时因地制宜。因此，在施工中选择适宜的施工方法极为重要，而当前使用最为普遍的就是明挖法，这种方法在施工时，可以进行多方面施工，节约成本，且比一般施工方法速度更快，施工质量更好，是高铁隧道施工的上佳选择[1]。

3 高铁隧道明挖法施工基坑稳定性研究

3.1 模型建立

对模型的建立，往往使用摩尔库伦模型，而在模拟过程中，通常是使用仿真模拟软件，根据模型设计的相关数据，建立起模型。对于模型的建立，主要分为开挖、支护两步，其主要对基坑进行开挖，之后再到相应深度后设置钢支撑，再进行下挖至相应深度，再设置钢支撑，直到设置第四层钢支撑位置。

通过模拟发现，在基坑的沉降方面，在边缘虽然也发生了较大规模的沉降情况，但是却并不是最大规模。而在其他地方的沉降情况，甚至出现波浪式的水平变化。而在隆起情况方面，在进行首次开挖时会有出现该情况，且隆起程度由中间向两边不断变小，而在某些基坑位置甚至出现了位移，其位移变化情况呈抛物线式上升和下降。

3.2 不同嵌固深度状与不同直径桩的支护稳定性分析

为了避免开挖的基坑出现变形，必须要对基坑周围嵌入围护桩，而围护桩嵌入情况不同，对基坑的抗变形能力也有不同的影响，所以要测试不同深度下对基坑变形程度的影响。使用5根18m～22m长的围护桩，分别进行3m～7m的嵌入，记录不同深度下对基坑的影响情况，以此对基坑的变形情况和位移情况进行分析。对比情况如图1、图2所示。

图1 不同嵌固深度桩自身的水平位移对比分析图

通过对在以上模拟中得到的相关数据进行研究分析得知，围护桩长度在一定范围内增加时，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，在长度达到22m时，对基坑的抗变形能力影响微乎其微[2]。因此得出结论，围护桩的长度在一定范围内能够有限增强基坑的抗变形能力，当超出范围时，对基坑的抗变形能力不断减小，所以不断增长围护桩长度并不一定能增加基坑的抗变形能力。

图2 不同嵌固深度桩支护下的地表沉降对比图

由图2可得知，桩长对基坑的抗沉降能力方面的影响，与抗变形能力的影响呈现相似规律，当围护桩长度在14m以内时，会出现1cm范围内的沉降；当围护桩增长至20m时，基坑的沉降情况明显改善；但增加至22m时，对基坑沉降情况并无明显改善。所以可知，围护桩增长到一定范围内时，能够有效改善沉降情况，但是在范围之外时，对沉降情况并无明显改善，所以选择围护桩时，并不是越长越好。

3.3 不同直径桩的围护效果分析

除了桩长对基坑有重要影响外，围护桩的直径也对基坑有着重要影响。为了了解桩径对基坑的影响情况，我们也进行了相应的模拟。采用20m长的木桩，并按照顺序依次嵌入基坑，而围护桩的直径在60cm～100cm之间。通过记录并分析发现，当使用围护桩为60cm时，围护桩位移情况最严重，而当桩径不断增大时，围护桩为位移情况不断被改善，在100cm时，位移的距离最小，由此可知，围护桩的桩径与围护桩的位移呈反比关系，不断加大围护桩的桩径可以有效减少围护桩的位移，以有效缓解基坑的变形情况[3]。

而对基坑沉降方面的影响，我们先使用直径为60cm的围护桩，再使用直径为80cm和100cm的围护桩，最后通过记录分析发现，围护桩不断增大直径，对基坑沉降方面的影响并不十分明显，但其沉降的范围都在可控制的范围之内。因此得出相应结论，围护桩的直径不断增大对基坑沉降的影响较小，只需选择适用于基坑的围护桩即可，不需选择直径过大的围护桩。

3.4 数值模拟结果和实测结果对比分析

取桩身水平位移值及附近地表沉降监测数据，将实测与模拟所得结果进行对比分析发现，两者变形规律相同，数值的变化所形成的曲线均类似于抛物线。在位移的数值方面，实测数据与模拟数据之间一般会出现0.5cm～1cm的差别，但总体影响不大，模拟结果与实测结果相一致。在沉降的数值方面，数值模拟基坑边处沉降值约为-2mm，而实测值为-5mm左右，两者最大沉降值均出现在距基坑1～6m内，数值模拟结果地表沉降影响范围较大，但在12m以外沉降值已＜1mm，影响不大。模拟结果基本上反应了施工过程中基坑周边地表的沉降变化情况，模拟变形情况与实测值基本吻合。

4 高铁车站明挖法施工确保基坑支护稳定性的要点

4.1 支护施工

在进行支护的施工时，要实现为支撑开挖支撑支撑点，并准确测量出相应的支撑接触点，以保证支撑的有效安装。为防止支撑在施加预应力后不能均匀受力，而导致支撑效果下降，必须要做好支撑接触点的检查工作，如果出现异常问题，要及时进行汇报，保证支撑的稳定性。

4.2 测量监控

①地表沉降监测。为了获得准确数据，要设置多个观测点，并对检测的信息进行准确记录，以便于对施工情况有充分了解。

②桩体倾斜位移监测。在基坑开挖过程中，对桩体的倾斜位移进行了监测，发现位移主要是由于土压力导致的，而其位移有以下特征：位移最严重处为顶部，且位移的距离与进行开挖的深度呈正比关系。

5 结束语

综上所述，在对基坑进行施工时，围护桩的长度、嵌入深度，甚至是其直径大小，对基坑的变形和沉降都有着一定的影响，要对围护桩进行合理选择。此外，也要重视支护方面的施工，以保证建筑物建造的安全性。