浅析淤泥质地层明挖隧道基坑围护结构受力分析

CHENGSHIZHOUKAN 2019/18

城市周刊７２浅析淤泥质地层明挖隧道基坑围护结构受力分析

张良　中铁第四勘察设计院集团有限公司杭州分院

摘要：在我国的东部沿海岸地区，发展速度迅猛，对于城市地铁隧道需求在不断地增加，但由于近海岸的城市，土质情况要比内陆地区城市黏性大，在处理时要极其当心，由于土质松软，很容易出现工程坍塌事故。例如：杭州下沙路与12号路提升改造及附属配套工程建设时，对淤泥质地层进行了详细的计算分析，并对周边环境做了详细调查，在研究淤泥的情况的同时了解了黏性土地层可能对工程施工造成的影响，同时对地质的内部结构进行调研，保证工程能够顺利的实施。

关键词：基坑；淤泥质黏土；近接工程；数值模拟

现在很多城市都正在修建地铁，对于地铁的路线以及施工方法的选择成为了重中之重，场地地质条件对围护结构在基坑开挖时的受力情况有着很大的影响。隧道结构的安全性跟基坑围护结构有着重大的关联。同时会影响整个工程的工程造价。针对深圳地铁明挖隧道基坑围护结构设计方案，对隧道的围护结构进行详细计算，并分析围护结构的安全稳定性对车站结构可能产生的影响。本文对杭州下沙路与12号路提升改造及附属配套工程中基坑围护设计进行分析介绍。

一、工程概况

１．工程项目介绍。

杭州下沙路与12号路提升改造及附属配套工程包括道路提升改造及配套工程建设，其中道路提升改造主要为下沙路和12号路的隧道建设，配套工程主要为综合管廊建设。项目位于杭州经济技术开发区，西起宝华路西侧，与艮山东路高架及管廊衔接，东至23号路东侧，全长约7.47km，包括1座高架桥、2座快速路隧道、2段地面快速路，其中高架桥长215m、1#隧道长5.61km （盾构段长1.49km）、2#隧道设计范围内长1.44km、地面快速路长420m。综合管廊与隧道合建，其中GK 1+800-GK 3+700段管廊单独敷设，长约1900m。

２．基坑范围内地质情况。

工程区沿线地貌类型属于冲海积沉积平原，地势开阔较平坦，第四纪地层发育，厚度较大，且层位较稳定，从上更新世至全新世地层发育齐全。主要成因类型有河流相、冲海相及海相等，从老到新是由一套陆相堆积-海陆交替堆积-海相堆积地层组成。其中由于淤泥质土含水量较大，压缩性高，土质情况较差，对于围护结构受力有较大影响，在基坑开挖是应予注意。本工程明挖法施工线路长，规模大，破坏后影响严重，需要围护后开挖。要求基坑围护结构既要有较大的刚度，能承受水土压力，又要有较理想的止水能力。经综合比选，隧道及管廊围护结构分别采用地连墙和SMW 工法桩围护形式[1-2]。

二、数值计算分析方法

在对淤泥质地层明挖隧道基坑分析时，采用数值计算分析法，其中，模型长200m，宽42m。采用实体单元划分网格，共划分为15441块。模型中土体采用Mohr-coulomb 屈服准则，支撑部分采用弹性屈服准则。模型中弹性模量E 的取值目前根据经验公式一般取2~5倍Es。对其测试结果进行计算，对比自己所检测的结果。大致确定E=4Es。对于所计算的取值结果进行细致分析，并对分析法进行判断修正，对于每层土的地质参数进行合理取值，基坑开挖做到随挖随撑，严禁超挖，保证施工的质量是前提。同时也保证在分析计算时能够准确计算出数值。

三、数值计算结果分析

１．应力分析。

对于基坑的围护结构在开挖时，要注意周围土体的土质情况，对周边在建隧道的影响比较大，隧道基坑支护体系的支撑结构要有足够的强度，保证基坑范围内结构安全性。经计算当最大的应力可以达到1.7MPa 时，在支撑结构影响范围内不会周边产生较大影响[3]。在基坑开挖后，土体的侧向土压力会对围护桩产生竖向弯矩，此时基坑的底部会成为围护桩抗倾覆支撑点，保证桩基的整体结构稳定。同时围护结构内部也会相应产生内力，所以要对应力值做好评估，对土体应力进行监测，最大的应力值一般都是在1MPa 左右。可以看出，土体应力要比其他的应力大的多。

２．应变分析。

对基坑围护结构方案上进行分析可知，基坑在开挖时，基坑坑底可能会产生隆起现象，高度可能会达到1至2厘米左右。这样就会对施工产生不必要的影响，同时对围护结构的整体稳定性也会产生影响。因此要采取措施避免此种情况的发生。

对于坑底隆起的现象可以进行控制降低，尽量把隆起值控制在一定范围之内，同时要对围护结构和周边环境进行观察监测，以免出现围护结构安全性问题。同时对于其它可能会出现的问题要进行及时准确的监测[4]。

（1）横向变形量最大的地方位于基坑顶部两侧位置，其最大值可以达到10.45mm，这是在主动土压力的影响下，基坑顶部两侧土体有比较明显的向基坑内部方向变化的趋势。

（2）由于桩基的存在，基坑底部土体作为桩基的一个支撑点，其受力也是比较大的，相应地表现在位移方面，基坑底部两侧也有向中间变形的趋势，其变形量最大可以达到8.3mm。

３．结构设计方案。

本项目管廊基坑围护结构采用850@600SMW 工法桩（内

插H 700×300型钢，隔一插一）围护结构，设置一至三道内支撑，第一道采用800×800钢筋砼支撑，其余采用φ609，t=16钢管支撑[5]。隧道基坑围护结构采用800/1000mm 地连墙围护结构，设置3-6道内支撑，第一道采用800×800钢筋砼支撑，其余采用φ609/800，t=16钢管支撑。

四、结语

对于淤泥质地层明挖隧道基坑围护结构工程建设是需要设计与施工人员的相互配合才能完成的，施工人员的专业水平也影响着淤泥质地层明挖隧道基坑围护结构质量以及工期的长短[6]。若是在施工的过程中没有相互之间的配合，很难高质量的完成基坑围护项目，同时也对监理人员提出较高要求，对一些大型项目需要各专业人员发挥自己的专长并相互配合完成。另外基坑的开挖对周边已有建筑物的影响也比较大，在基

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城市周刊７４程提供了重要保障，吊杆采用平行钢丝吊杆和绳吊杆两种，工作人员在进行工作的过程中，可以使用大型机械设备，进行现场的系杆及吊杆施工作业，大型机械设备的使用，可以有效的提升施工人员的工作效率，在施工时，一定要达到人员的数量，尽可能的减少工作重担，最终形成安全第一的防护工作。系杆及吊杆系杆的出现提高了我国系杆拱桥的进一步发展，提升了地基的整体载重量，加强了桩基础之间的受重力，有效的减少了危险情况发生的几率。

６．钢筋混凝土的结合。

在对桥梁设施等方面都离不开钢筋混合的组成，就比如；盘锦辽东湾新区内湖中桥全桥共计28个钢混结合段，包括主拱肋拱脚与拱座连接处共4个、立柱与拱座连接处共4个、上肢拱肋与主梁连接处共4个、横撑与混凝土拱肋连接处共16个。在混凝土上的选择是一个重要的选择，对混凝土结构约束的控制要严格选择，为了提升系杆拱桥与连续梁建设的质量，对钢筋混凝土的结合要对以下方面进行考虑。第一，要从外部因素进行控制，在开始实施混凝土浇灌技术时，在机械上设置滑动层控制能力，控制混凝土的厚度，降低外部因素的压力，第二，控制内部因素，混凝土结构的实际温度应力与混凝土受到的约束力成正比，钢混结合段其传力途径分3步：

第1步，通过钢拱肋顶、底、腹板、加劲肋传至承压板；第2步，通过承压板传至拱座；第3步骤，通过拱座传至基础。由于各种问题造成桥梁的风险，应该及时的解决这些问题的出现，在遇到上述问题的发

生时，可以运用纵向和横向的支撑点防止桥梁出现倒塌的现象。并采取相应的措施提高钢筋混凝土质量[7]。

三、结语

对于系杆拱桥与连续梁组合的整体来说，要从它的工程设施上以及所牵扯到的设施内容进行详细的探讨，系杆拱桥与连续梁的发展对我国起到重要的作用，及时调整抗裂等情况；作为能源消耗巨大的建筑行业，更要切实开展施工工作，才能实现系杆拱桥与连续梁的健康和持续发展。桩基础技术影响着系杆拱桥与连续梁的实施，吊杆锚固系统以及系杆及吊杆系杆采用的好坏严重影响着施工的质量以及工程的寿命。

参考文献：

[1]李春阳.系杆拱桥主梁钢混结合段设计与分析[J].珠江水运,2019,(10):63-64.

[2]金成棣,罗攀.续论预应力混凝土系杆拱桥的设计与施工研究——连续梁拱组合桥梁[J].上海公路,2007,(4):1-8.

[3]金成棣,罗攀.续论预应力混凝土系杆拱桥的设计与施工研究(续)——连续梁拱组合桥梁[J].上海公路,2008,(1):1-7.

[4]秦永平.偏载工况下多线大跨系杆拱连续梁桥梁轨相互作用[J].铁道科学与工程学报,2018,15(6):1469-1474.

[5]唐学庆,郭子华.盘锦内湖大桥主拱转体施工控制[J].中外公路,2018,38(1):200-204.

[6]叶锦华,赵辉,周洲.三角刚架悬吊连续梁组合桥方案构思与对比分析[J].市政技术,2013,31(1):40-42,56.

[7]余洪学.盘锦内湖中桥主桥钢拱肋竖转提升施工技术[J].世界桥梁,2017,45(2):19-23.

（上接第71页）工作，因此为了便于检查和维修在设计的时候要注意管道布局的合理性以便于方便进行管理[3]。

２．盾构法防排水系统。采用盾构法施工的險道，主要依靠管片自防水、接缝防水、注奖及二次衬砌等措施防水。管片自防水：混凝土管片应具有在一定的水压作用下抗渗的能力。管片宜采用高强度混凝土制作，并要确保精度，抗渗等级一般不小于，混凝土渗透系数不应大于。应采用高精度钢模，既可避免衬砌接缝不密贴而出现较大的初始缝隙，又可防止衬砲在盾构推进时被顶碎和崩落，从而导致漏水。大大增加了施工人员的工作水平以及工作的积极性。在进行制定盾构法防排水的过程中，对施工人员要进行质量工程制度的奖赏制度，在施工的过程中，如果施工人员出现违纪违规的现象，要及时对施工人员进行制止，通过制定的设定，可以有效的保障了施工人员对盾构法防

排水质量的保障[4-6]

。

三、结语

本文对隧道防排水体系、地铁隧道防排水体系、盾构法防排水系统多方面进行详细的讲解，按照严格规定的要求对入场施工材料的质量进行检测。可以按照制定材料管理的要求对职

位进行划分工作，从而能够实现对材料管理的合理化。项目领

导者需要建立完整的地铁道路山岭隧道断层处系统，能够保证对道路山岭隧道断层处的准确性，使道路山岭隧道高压富水断层处工程结构承受的压力是具有平衡性，从而能够提高铁路隧道的使用寿命。

参考文献：

[1]张健儒.山岭隧道高压富水断层破碎带注浆施工技术[J].铁道工程学报,2010,(5):58-62.

[2]林晓青,皮亮.莲花山1号特长隧道ZK 190+640-ZK 190+625段破碎带突泥处理施工技术[J].广东公路交通,2016,(4):92-96.

[3]蒋进.高压富水地层山岭隧道衬砌受力机制探讨与结构设计[D].重庆交通大学,2012.

[4]刘正茂.高压富水断层超前预注浆快速施I 技术研究[J].隧道建设,2011,31(3):359-363.

[5]李沣.山岭隧道高压富水断层处理方案探讨[J].铁道勘测与设计,2017(2):51.

[6]董裕国.注浆加固工法在齐岳山隧道F 11断层施工中研究与应用[J].隧道建设,2010,30(3):276-280.

[7]张剑.快速经济处理竖向断层引起隧道塌方的方法[J].山西建筑,2011,37(17):170-171.

（上接第72页）

坑开挖过程中要高度重视对其影响。在建设的过程中同时要对已有建筑的安全进行负责。对于基坑的质量安全问题要高度重视，保证围护结构对周边环境及已有建筑的影响降到最低。

参考文献：

[1]朱杰.淤泥质地层明挖隧道基坑围护结构受力分析[J].科学技术创新,2018,000(013):P.83-84.

[2]马晓明.含承压水地层路段的隧道基坑围护结构设计与施工方法研究——以苏州城北路改造人民路隧道工程为例[D].江苏:东南

大学,2017.

[3]刘冠,梁晓腾,江鸿.桐庐隧道明挖基坑施工受力变形数值分析[J].山西建筑,2019,45(14):124-125.

[4]孙锋.膨账土地层基坑SMW 工法桩加支撑围护结构的服役性能研究[J].铁道建筑技术,2018,(z 2):202-206.

[5]王永军,孙连勇,黄永亮,等.扬州膨胀土地层深基坑受力与变形特性研究[J].现代隧道技术,2018,55(4):155-162.

[6]龙宏德,刘俊景,王定军,等.地铁隧道上方长距离并行基坑开挖的施工影响及变形控制[J].城市轨道交通研究,2018,21(1):106-112.