馬 亮 周海濤

（中交一公局第二工程有限公司， 江蘇 蘇州 215011）

1 工程概況

明挖法施工方式是地鐵以及機(jī)場(chǎng)等項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中采用的重要方式之一，對(duì)周邊建筑物安全可能產(chǎn)生不良影響，因此，加強(qiáng)對(duì)明挖隧道施工圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形原因及對(duì)策的研究具有十分重要的意義。

文章在對(duì)明挖隧道施工圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形原因及對(duì)策研究過(guò)程中選取了河南省鄭州市航空港區(qū)的某城際鐵路工程，在對(duì)居民集中地段的設(shè)計(jì)上采用了明挖隧道施工方式，完成主體結(jié)構(gòu)之后進(jìn)行覆土回填，具有3.058km的線路長(zhǎng)度，由樁間旋噴樁止水帷幕以及孔灌注樁共同構(gòu)成了基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計(jì)了2.5m和3m的鋼支撐間距，結(jié)合公路施工過(guò)程中的具體線路設(shè)計(jì)了4種不同的主體結(jié)構(gòu)形式。粉質(zhì)戮土、全新統(tǒng)沖積粉細(xì)砂以及含礫中粗砂地層是其中主要的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，具有比較厚的第四系覆蓋層。粉質(zhì)戮土、洪積黃土以及粉土較多。建設(shè)的重要用途是為新政機(jī)場(chǎng)服務(wù)，采用了基本垂直的隧道結(jié)構(gòu)，為了充分保證施工基坑安全、臨邊建筑安全以及周邊管線的安全，要求充分加強(qiáng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形情況的監(jiān)測(cè)[1]。

2 采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

在工程建設(shè)的過(guò)程中，隨著區(qū)間基坑開(kāi)挖，會(huì)對(duì)基坑內(nèi)外的土體應(yīng)力平衡產(chǎn)生一定程度的影響，由此可能會(huì)出現(xiàn)土體變形現(xiàn)象，如果施工地區(qū)的地質(zhì)條件較為復(fù)雜，這種現(xiàn)象會(huì)表現(xiàn)地更加明顯。由于本次施工地質(zhì)情況復(fù)雜，具有較大的工程基坑跨度，同時(shí)地下水位變化幅度也較大。因此要求檢測(cè)基坑圍護(hù)樁的變形情況，從多種角度控制圍護(hù)樁變形值，將其控制在限值之內(nèi)，保證基坑的安全性與穩(wěn)定性。

本次研究在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集上以明挖隧道4個(gè)特征斷面作為研究對(duì)象，分析其沉降數(shù)據(jù)與最終位移，對(duì)得到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)建立模擬與分析體系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)圍護(hù)樁頂水平位移以及樁頂沉降現(xiàn)象的及時(shí)監(jiān)測(cè)。

3 明挖隧道施工圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形原因及對(duì)策研究

圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形具有持續(xù)性，在各基坑開(kāi)挖階段的表現(xiàn)不盡相同，主要有以下三個(gè)方面：

（1）開(kāi)挖初期，此時(shí)基坑總體保持穩(wěn)定，并未受到明顯的擾動(dòng)，僅存在微量的變形；

（2）開(kāi)挖中期，在完成鋼支撐的架設(shè)作業(yè)后，通過(guò)該裝置的作用有效減小圍護(hù)樁的上部變形量，此時(shí)最大水平位移主要集中在樁體中部；

（3）基坑開(kāi)挖到底，通過(guò)對(duì)實(shí)際變形曲線的分析得知，其與圍護(hù)樁的理論曲線幾乎一致，但各樁的工作條件不同，如鋼支撐軸力、現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)環(huán)境等，因此也存在微小的區(qū)別。在本次的施工過(guò)程中，明挖隧道施工圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形原因及對(duì)策研究分析過(guò)程中主要包含了鋼支撐軸力、工程地質(zhì)條件、護(hù)樁樁體剛度因素及圍護(hù)樁樁頂沉降因素的影響與處理措施。

3.1 鋼支撐軸力的影響與處理措施

由于鋼支撐架設(shè)時(shí)間與鋼支撐軸力的影響作用，會(huì)導(dǎo)致圍護(hù)樁出現(xiàn)不同程度的變形，對(duì)最終變形量產(chǎn)生了較大程度的影響。本次研究過(guò)程中綜合采用了實(shí)測(cè)與模擬共同運(yùn)用的研究方式，對(duì)圍護(hù)樁變形與鋼支撐軸力之間的關(guān)系進(jìn)行了探索，在其制定的過(guò)程中充分結(jié)合了當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)情況。

分析模擬結(jié)果可知，鋼支撐預(yù)加軸力與樁身位移呈反比例關(guān)系。初始減小幅度表現(xiàn)較為顯著，在預(yù)加力逐漸加大的背景下，對(duì)樁身位移的約束效果也呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢(shì)，最終趨近于0。因此能夠看出過(guò)大的預(yù)應(yīng)力作用之下對(duì)樁身的位移并不會(huì)產(chǎn)生太大的影響作用。根據(jù)這一設(shè)計(jì)原理，在避免圍護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過(guò)大變形的情況下要求加強(qiáng)對(duì)鋼支撐預(yù)應(yīng)力的設(shè)計(jì)。不應(yīng)盲目提升鋼支撐預(yù)應(yīng)力，在這種情況下并不能避免樁體位移，因此可以選取50%～80%的設(shè)計(jì)軸力來(lái)設(shè)計(jì)鋼支撐預(yù)加軸力。

在本次項(xiàng)目的施工過(guò)程中，W065圍護(hù)樁達(dá)到了22.54mm變形值，E044圍護(hù)樁達(dá)到了23.62mm變形值，第一道鋼支撐是先挖后支的利用方式。這兩種支撐方式最終都變成了典型的前傾型變形曲線，在水平位移上圍護(hù)樁能夠達(dá)到最大的變形位置。W103圍護(hù)樁達(dá)到了16.59mm變形值，W012圍護(hù)樁達(dá)到了18.13mm變形值，這兩種支撐方式最終都變成了弓形變形曲線，由于鋼支撐軸力的作用，有效控制了樁體頂部的變形現(xiàn)象，其產(chǎn)生的位移量和最終得到的模擬結(jié)果一致。

3.2 工程地質(zhì)條件的影響與處理措施

很多工程建設(shè)施工過(guò)程中均會(huì)受到地層巖土性質(zhì)的不同程度的影響，這在很多工程中具有明顯的體現(xiàn)，但是在本次工程中則不太明顯，這主要是由于各個(gè)圍護(hù)樁嵌入地層的深度基本一致。在工程建設(shè)過(guò)程中的圍護(hù)樁上半部的構(gòu)成主要是軟弱土地層，具有聚力較小以及土層內(nèi)摩擦角較小的特征。但是同時(shí)產(chǎn)生了比較大的主動(dòng)土壓力，由此增大了圍護(hù)樁的水平位移，這在最終位移曲線的表現(xiàn)過(guò)程中有著較為明顯的體現(xiàn)，達(dá)到了23.62mm的圍護(hù)樁最大水平位移數(shù)值，但是并沒(méi)有＞30mm的限制數(shù)值。由此通過(guò)對(duì)多項(xiàng)數(shù)據(jù)的分析能夠看出此次工程施工過(guò)程中是按照相應(yīng)的操作規(guī)范來(lái)設(shè)計(jì)圍護(hù)樁的最大水平位移，優(yōu)化了本項(xiàng)目的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，最終項(xiàng)目取得了良好的設(shè)計(jì)效果。

3.3 圍護(hù)樁樁體剛度因素的影響與處理措施

圍護(hù)樁構(gòu)變形情況與剛度的分析過(guò)程中運(yùn)用數(shù)值模擬的方法能夠取得較為良好的分析效果，由樁間距、圍護(hù)樁直徑、混凝土型號(hào)以及配筋情況共同構(gòu)成圍護(hù)樁的剛度數(shù)值。在此次的研究過(guò)程中，在保證其他條件均不變的情況下來(lái)對(duì)樁徑的大小進(jìn)行一定程度上的改變，從而對(duì)圍護(hù)樁剛度產(chǎn)生相應(yīng)的影響作用，通過(guò)這一措施的實(shí)行，最終從多種角度促進(jìn)了基坑安全，設(shè)定了最佳的圍護(hù)樁樁體剛度。

分析不同樁徑下樁身變形情況可知：圍護(hù)樁的結(jié)構(gòu)變形與剛度呈反比關(guān)系， 在剛度逐漸增大的情況下圍護(hù)樁的結(jié)構(gòu)變形會(huì)逐漸減少。在控制圍護(hù)樁結(jié)構(gòu)變形中，如果采用調(diào)整圍護(hù)樁剛度的方式，則需要將經(jīng)濟(jì)因素考慮在內(nèi)。在本次的研究過(guò)程中，在實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與模擬數(shù)據(jù)之間進(jìn)行了一定的對(duì)比分析，從而合理選取圍護(hù)樁直徑，從多種角度確?？影踩?，避免工程的實(shí)行帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)壓力，在工程實(shí)施與工程量的設(shè)置之間達(dá)到最佳的比例。文章研究過(guò)程中在對(duì)圍護(hù)樁直徑的設(shè)置上選取的是1000mm，這一數(shù)據(jù)的設(shè)置與模擬結(jié)果一致。同時(shí)利用鋼支撐的預(yù)加軸力，將多種因素考慮在內(nèi)，避免或減少樁身變形現(xiàn)象的發(fā)生，在運(yùn)行過(guò)程中保證基坑安全。

3.4 圍護(hù)樁樁頂沉降因素的影響與處理措施

此次工程建設(shè)過(guò)程中從地理環(huán)境上分析，軟弱地層較厚，隨著基坑土體不斷開(kāi)挖，在基坑內(nèi)外土體高差的作用下，圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)的土體會(huì)逐漸沿著基坑方向不斷移動(dòng)，最終圍護(hù)樁在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一定的沉降現(xiàn)象，對(duì)工程產(chǎn)生了一定的影響。本工程中，在W065圍護(hù)樁達(dá)到了-18.32mm最大沉降值。綜合沉降情況的發(fā)生畫(huà)出沉降曲線可知其是一種前期陡后期緩的收斂曲線，由于樁體變形因素的影響使樁頂部位產(chǎn)生了沉降，同時(shí)在曲線的表現(xiàn)方式中，隨著樁體變形的曲線收斂現(xiàn)象的發(fā)生，樁頂沉降的曲線也隨之產(chǎn)生收斂。

4 結(jié)束語(yǔ)

明挖隧道施工方式運(yùn)用在地形條件比較復(fù)雜的情況，在施工過(guò)程中可能會(huì)造成土體沉降，要求充分分析明挖隧道施工圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形原因及對(duì)策，在充分考慮鋼支撐軸力的影響以及工程地質(zhì)條件、圍護(hù)樁樁體剛度和圍護(hù)樁樁頂沉降的基礎(chǔ)上采取有效的處理措施，從而保證工程的整體質(zhì)量和安全。