隧道明挖法施工对既有建筑的影响分析

冯登尧 曾劲松 魏仔宜

贵州高速公路集团有限公司 贵州贵阳 550025

1 工程概况

某城市快速路K2+283.908—K3+014 段为隧道明挖段，隧道面积为28200m2(长730.092m)。由于道路两侧有既有建筑，车行地通道基坑开挖无放坡条件，设计考虑在地通道左、中、右分别设置支护桩（作为结构），地通道分左、右幅分幅分段施工。

明挖段地质结构主要分为砂岩、泥岩，取距离明挖段设计起点80m 处横断面地质构造，场地原始地貌为构造剥蚀浅丘地貌，埋深5m，右侧上方有定普工贸有限公司，为保证结构安全，试算采用分层式结构明挖段整体安全分析以及支护桩结构安全分析[1-3]。

本次开挖工艺模拟根据隧道断面尺寸、围岩等级和周边环境，采用明挖法施工，分析在此施工工艺之下，围岩应力、变形及支护桩的应力、形变，通过综合分析，选择安全经济合理的施工方式[4]。

数值模拟软件对隧道开挖进程进行模拟时，模型采用平面二维计算，为减小边界效应保证计算的准确性，建立的平面模型图1 所示。

图1 平面模型的网格划分

2 第二层开挖结果分析

2.1 位移分析

第二层土体开挖时，围岩整体位移云图如图2、图3所示，最大水平位移为28.4mm，最大沉降量为15.0mm。

图2 围岩水平方向位移云图

图3 围岩竖直方向位移云图

2.2 围岩应力

第二层土体开挖时，围岩整体应力云图如图4、图5所示，围岩最大第一主应力为0.13MPa，最大第三主应力为0.93MPa。

图4 围岩第一主应力云图

图5 围岩第三主应力云图

3 竖向支护桩安全分析

竖向支护桩安装后，支护桩整体位移云图如图6、图7 所示，最大水平位移为0.35mm，最大竖向位移为5.64mm。

图6 围岩水平方向位移云图

图7 围岩竖直方向位移云图

对围岩位移、围岩应力和支护桩应力的位移和受力分析，对隧道洞口段采用明挖法的施工，进行综合判定。

对围岩位移的变形分析如表1 所示。

表1 围岩位移分析表 mm

对围岩应力的分析如表2 所示。

表2 围岩应力分析表 MPa

对支护桩应力的分析如表3 所示。

表3 支护桩位移分析表 mm

对支护桩应力的分析如表4 所示。

表4 支护桩应力分析表 MPa

4 结语

（1）采用明挖法施工，根据围岩整体位移分析可知，最大水平位移为28.4mm，而受主要影响的竖向变形中，最大变形为67.8mm，其中，在开挖地层土初始阶段，由于两边边坡侧缺少支护，会有不同均值的竖向位移形变，数值较小，均在合理安全范围内；施工时需注意保证右侧边坡稳定，保证厂房安全。

（2）通过对围岩应力分析可知，最大第一主应力为14.7MPa，最大第三主应力为16.8MPa。其中，最大值出现在回填之后，竖向应力由于重力及不同荷载的影响，出现应力峰值，均小于围岩抗压强度。

（3）通过支护桩分析可知，最大横向位移为2.76mm，最大竖向位移5.64。位移变形只要发生在开挖阶段，由于开挖引起的地面不均匀沉降，支护桩横向、竖向均产生了不同的位移，变量均在可接受范围内。

（4）通过支护桩分析可知，最大第一主应力为14.7MPa，最大第三主应力为16.8MPa。受力最大荷载步为回填完成后，开始承受回填土及荷载压力，最大值出现在支护连接处。

（5）该工程洞口段采用明挖方式，通过对模拟计算结果分析，采用明挖方式产生的位移及应力均在合理范围内，总体上说，该施工受填土地质特性影响，以及上方厂房和周围建筑物的存在。建议通过对位移过大的区段进行二次加固，对围岩压力与支护桩受力过大的区段进行强加护；或者优化方案，充分考虑该地区的地质围岩条件，在满足结构稳定安全的前提下，调整隧道设计或变更设计施工方案，综合受理分析和经济合理考虑，选择最佳方案。