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摘要：地铁明挖法施工有时不可避免的要以较近的距离从高楼大厦的地基临域内穿过，这将增大明挖法设计和施工的难度，因此基坑支护成为地铁隧道建设中的工程难题之一。明挖法在地铁隧道基坑施工中较为常用，明挖法施工技术具有控制性好、技术成熟等优点，在施工中，重点对隧道变形、施工工期、监控测量等环节进行合理控制，并且采取优化措施，尽可能的提高地铁隧道施工质量。文章以某地铁施工为例，重点论述了盾构隧道与明挖基坑施工相互影响与处理措施，希望给相关施工单位一定借鉴。
关键词：盾构；隧道；明挖基坑；施工；处理措施
1导言
隧道作为现代城市的交通命脉，安全性极为重要。因此，在基坑开挖过程中，如何保护已建隧道的安全运行成为岩土工程面临的难点。明挖法广泛应用于城市隧道工程施工中。但是，隧道工程施工复杂、工序较多，其中，关键工序有降低地下水位、边坡施工、基坑支护、土石方开挖、结构施工以及防水工程等，如果施工过程中控制不当，在施工或者后期投人使用阶段，很容易出现安全隐患。
2工程概况
2.1相互位置关系
武汉市轨道交通7号线新华路站～香港路站区间盾构隧道沿钰龙金融广场项目地块南侧建设大道布置，地铁线路与钰龙金融广场地块并行约124m。钰龙地块位于本区间的北侧，靠近区间左线，其地下室结构与地铁盾构隧道净距在15.5～18.4m。钰龙金融广场基坑深17.7m，局部主楼基坑深20.4m，基坑外围采用800mm厚地下连续墙施工，主楼深挖部分采用坑内坑放坡开挖方式，地连墙深入（7）泥质粉砂岩强风化层不小于1m，隔断基坑内外水力联系，采用坑内降水施工。地铁盾构隧道埋深12.9～13.0m，隧道底基本与地块基坑坑底平齐。新华路站～香港路站区间区间盾构采用外径6.2m的管片，壁厚0.35m，环宽1.5m；结构采用预制钢筋混凝土管片拼装而成，混凝土强度为C50，环向和纵向均采用螺栓连接。
钰龙金融广场基坑与地铁盾构隧道的平剖面关系图见图1、图2。
3地铁隧道明挖法施工分析
3.1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。
3.2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。
3.3基坑开挖
3.3.1施工方法
根据本标段基坑工程多层支撑的特点，明挖施工采用纵向分段、分层开挖。分段长度为分层标高为设计支撑标高以下。基坑纵向开挖采用挖掘机接力开挖，横向先开挖中间土体，后开挖两侧土体，并预留采用人工开挖。
3.3.2注意事项
开挖应在围护结构混凝土冠梁及挡土墙封闭并达到设计强度后方可开挖；桩间挡板网喷混凝土随基坑开挖进行施工；基坑边缘堆放的建筑材料或沿土方开挖边缘移动运输工具及机械，应距基坑上部边缘不小于且不得大于20kpa；基坑开挖至基底垫层以上时，采用人工开挖至基底设计标高，及时施做接地网和垫层混凝土，尽量减少暴露时间，防止曝晒或雨水浸泡破坏地基土的原状结构。基坑内采用明沟排水，设集水坑，基坑内积水沿排水明沟汇入集水坑，由水泵排至地面经处理后排入市政排水系统；当基底土层与设计不符或扰动、水浸、发现淤泥、土质松软等现象时，做好记录，会同有关单位研究处理；基坑开挖前，基坑周围地面采用混凝土进行硬化，并设置排水沟，防止地面水流渗入基坑。
4有限元分析
本次分析采用Midas/GTS软件进行模拟分析。有限元模型边界的选取原则一般为基坑宽度和深度向外延伸3～5倍，当边界附近的土体位移计算结果非常小时可认为有限元边界满足计算要求。土体采用平面应变单元模拟，本构模型采用摩尔库仑模型，模型所需参数依据地质报告中的土层物理力学指标计算得到；地质分层情况依据地质报告提供的资料，按照土体特性划分地层。楼板结构、立柱、临时支撑体系等采用梁单元模拟，本构模型为弹性模型，按照工程设计方案中构件实际截面特性确定。计算模型考虑土体与结构面之间的相互作用，采用接触单元进行模拟，该单元能够模拟土体与结构面之间的法向刚性接触效应与切向摩擦效应。模型网格划分在地铁结构内部及基坑围护结构内部网格划分较为精细，以提高计算精度；外部土体网格划分逐渐变疏，以减少网格数量并节省计算时间，网格单元尺寸约在1~2m之间。
5盾构隧道与明挖基坑施工的处理措施
5.1施工安排
开挖前准备工作。第一步：对施工设计图纸进行认真审查，做好图纸审核记录；第二步：深基坑的施工技术方案以及施工操作规程要认真细致部署；第三步：基坑开挖前要进行基坑降水，确保在无水状态下进行土方开挖；第四步：连续开挖之前，严格按照设计要求准备好钢支撑，做好出土、运输和出土的准备；第五步：仔细检查基坑周边30m范围内的建筑物，以此为基础，编制出详细的监控和施工方案；第六步：进行开挖及运输的机械设备准备，并进行检测和维修保养。
5.2控制隧道变形
基坑施工过程中，要同时交叉进行土方开挖以及支撑的安装，并且要坚持“先撑后挖”的原则，在确保安全的情况下要快挖、快撑，尽量缩短时间，要将开挖到位至支撑施加预应力的施工时间，缩短在4小时内。基坑内进行土方开挖时，要考虑到土质的实际情况，一般开挖顺序为分层、分块、对称、平衡。时空效应可能出现在开挖过程中，对于一些地下水较丰富的地区，应该考虑到开挖的基坑不受水土流失的影响要及时施加钢支撑预应力，上午和下午监测的钢支撑轴力数据结果差值较大，原因在于早晚温差影响，钢支撑容易受到温度的影响。围凛与锚喷面之间的缝隙处，应该在钢围凛安装后充填水泥砂浆，在缝隙下方装膜拖底后在进行充填，从上方灌人水泥砂浆，灌注的同时要用钢筋反复插人，目的在于确保水泥砂浆能够充满缝隙。此外，需要加强监测工作，每天2次观察桩以及周边地面，及时掌握建筑变形和沉降情况，以此作为基础及时采取应对措施。
结束语
综上所述，在地铁隧道明挖法施工中，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，希望通过文章的论述，给相关单位一定借鉴。促进交通事业的不断发展。
参考文献：
[1]万雁南.盾构隧道与明挖基坑施工相互影响与处理措施[J].铁道勘测与设计，2016，04：43-48.
[2]周全.地铁隧道明挖法施工基坑支护稳定性研究[J].四川水泥，2016，04：61+118.
[3]徐道乾.对地铁隧道中基坑明挖施工控制技术的探析[J].江西建材，2016，09：171-172.
论文作者:郭圣洁
论文发表刊物:《北方建筑》2016年12月第35期
论文发表时间:2017/3/27
标签：基坑论文; 隧道论文; 盾构论文; 模型论文; 地铁论文; 结构论文; 单元论文; 《北方建筑》2016年12月第35期论文;