基坑开挖对临近明挖暗埋隧道竖向变形的影响机理

项忠贤

摘要：关于在安徽省黄山市休宁县境内挖掘地下隧道的情况，本文采用了一种数值方法，通过比较经验数据来模拟挖掘过程和验证模型，对隧道和基坑之间的连接墙进行比较和分析，重点揭示了连接墙的效果。通过分析隔离墙和隧道以及隔离墙与地面之间的连接情况，能够及时了解轴力分布情况。此外，对挖掘期间隔离墙的强度形式进行研究，揭示了基坑附近临近明挖暗埋隧道对地下结构的影响。在临近明挖暗埋隧道的情况下，隧道的建造主要受到围墙和连接墙的共同影响，挖掘的暗道受到坑壁变形的影响大于周围土体移动的影响，坑壁的隆起是由于坑地比外表面的土体摩擦力更大。

【关键词】基坑开挖;临近明挖暗埋隧道;影响机理

人口的迅速增长对出行的需求增多，增加交通运输压力。地铁的开发成为城市建设的一个重要部分，但由于土体资源有限，隧道附近建造新基坑在城市中广泛存在。在挖掘基坑的过程中，部分土体的抽取将导致周围土体的应力降低，这将不可避免地影响周围的地下结构。为了确保运行中的地下结构的安全，许多学者研究了明挖暗埋隧道对周围环境的影响。

1.概述

在挖掘深基坑过程中，不同形式的地下结构产生不同的影响。在传统的地下结构相互独立的隧道中，明挖暗埋隧道的结构比较复杂，隧道和基坑的共墙情况经常发生。在这种情况下，明挖暗埋隧道的挖掘对隧道的影响与外部隧道的影响不同，需要对整个隧道的变形和隔离墙的能力进行分析。目前，许多学者正在对明挖暗埋隧道过程中墙壁的变形和强度进行研究，本项研究使用三维的数字方法模拟，对整个基坑的构造过程进行分析，同时对数字模拟结果进行了验证和详细分析，阐述了明挖暗埋隧道的根本原因，揭示了隧道变形的具体情况，本研究结论在一定程度上有助于明挖暗埋隧道工作的开展。在共墙地下结构附近挖掘基坑时，通过设计挖掘方案，能够保证基坑的设计准确性以及确保地下结构的安全性。

2.工程背景介绍

2.1工程概况

茶子岭隧道为单洞双向行车隧道，起讫桩号为K27+210～K30+428，长3218.0米，属第二合同段，隧道工程具体情况如表1所示。

2.2开挖工况

明洞工程。为了减少挖掘基坑造成的高边坡等隧道所面临的威胁，在隧道的开口处安装了C30钢筋混凝土结构。泥土圆顶的最高回填厚度不得超过4米，基底避免存在凹槽，RGA小于250千帕。

洞口Ⅴ级围岩浅埋段。茶子岭隧道的洞口沿变形的沙岩和岩石破碎，围网稳定性差，采用V-C型混凝土涂层的设计，对钢材进行二次涂层。在钢拱门的支护下，主动加固锚，保护和加固侧翼，然后才能顺利进入洞口，以尽量减少对围栏的干扰，并通过“防壁”确保工程安全。

隧道穿越洞身断层破碎带设计。茶子岭隧道洞口及洞身发育有断层破碎带，与大块状隧道、岩石断层、岩石结构碎裂不稳定交织在一起。因此，设计的基础是通过V-A层，二层钢筋混凝土为涂层，通过施工保护装置以保护土体不受侵蚀。在钢弧的支护下，主动超前支护及锚网喷支护，改进施工期间的初步地质预测，预先了解断裂区的位置及其与隧道的关系，探测和分析断层的坡度、轨迹和影响范围，了解周围地质特征，对山崩的形式和规模进行了解，同时制订合理的建筑计划以防止安全事故的发生。

塌方处理预案。茶子岭隧道穿越Ⅴ级围岩段，构造裂缝在不断发展的过程中完整性较差，设计的目的是处理施工过程中可能出现的小泥石流。如果塌方高度超过5米，则建施工方应及时通知各方并共同确定处置计划。

3.数值模型

本文研究采用有限的三维方法，但由于单位数量增加，导致效率低下，不利于多参数分析，而采用面积有限的三维模型，其平面无法考虑隔墙的作用。因此，在设计过程中，对隧道的长墙分为A1区和小基坑区，而短墙将小基坑分为不同的部分（同样的划区办法也适用于隧道的右边）。围墙的顶部有垂直的移动点，因此在隧道的内部轨道上设置了移动监测点。（见图1）

本文通过有限三维差分软件（FLA3D）作为本文的研究工具，用以区分对深基坑挖掘影响下的隧道的具体情况。以项目为基本模型，并根据实际参数确定项目的具体参数。

4.模型验证

由于模型两边都有某种对称性，本研究报告主要侧重于隧道一侧地区的明挖暗埋隧道对周围地下结构的影响。为了验证土体模型和结构，选定了地面连接墙的横向和纵向变形。为便于分析，已将地墙编号，基坑左边的墙记为第1号墙，与隧道共用的墙是第2号墙，基坑右边的墙是第3号墙，基坑左边的墙是第4号墙。（见图2）

图3显示了墙的垂直移动曲线，如图中所示，第一道墙的监测值和计算值较接近，略高于整体的估计值。在完成挖掘明挖暗埋隧道后，最大差为15.1毫米和13.2毫米。从数值来看，最大差不超过2毫米，而第二道墙的监测值和计算值非常相似，最大差不超过2毫米。因此，本文所用模型可以被认为是合理的，可以进一步分析。

5结果与分析

为了解基坑附近的挖掘对明挖暗埋隧道的影响以及隔离墙对周围土体的影响，选择了墙的垂直移动和土体的垂直移动作为分析的重点。

在挖掘明挖暗埋隧道的过程中，靠近核心基坑的挖掘工作的影响比外部隧道的影响更为复杂，特别是当隔离墙（第4号墙）连接到深基坑和专门挖掘的隧道时，隧道的变形将不再受到单一地点的影响。本文通过分析隧道和隔离墙的垂直移动可以看出，在有围墙的模型中，隧道和2号墙的垂直移动大于无围墙的模型，这表明在有围墙的模型中，隧道和2号墙的垂直移动比没有围墙的模型更大。在基坑附近的挖掘过程中，隔离墙的存在对隧道的变形产生了影响。

6.结束语

本文分析挖掘深基坑过程中明挖暗埋隧道变形的原因，并研究各种形式的地下连续性隔离墙变形的特征，在CONC工程的范围内进行调查并得出以下结论：

（1）如果是对地下掩埋基坑旁的一条隧道进行可见的挖掘，隧道的隆起主要是由于土体的变形造成的。由于隧道通过墙与基坑相连，影响隧道变形的机制会改变，在隧道的周围，它的影响将小于相邻的墙对于隧道的影响。

（2）在挖掘过程中，隔离墙的变形主要受到墙两侧相对较小的摩擦力的影响，墙两侧土体所提供的侧面抵抗力在挖掘过程中有所增加，但增幅较小，而且墙体底端的轴力要明显小于墙身的轴力。

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