陳寶銀

【摘要】在隧道挖掘作業(yè)中涉及到的地質(zhì)多樣化，如果隧道建設區(qū)域的地質(zhì)具有特殊性，會造成開挖作業(yè)不可控事件的發(fā)生。因此，需要應用合理化的施工技術(shù)保證施工穩(wěn)定性。明挖隧道基坑施工技術(shù)的應用能夠達到保障施工穩(wěn)定性的要求，本文以某工程為例研究明挖基坑施工的穩(wěn)定性，旨在提高隧道基坑挖掘質(zhì)量。

【關鍵詞】隧道施工;明挖法;穩(wěn)定性

目前，中國在隧道建設方面取得了一定的成就，應用于隧道建設中的施工方法包括明挖法、暗挖法等挖掘方式。由于明挖隧道法具有施工效率高、造價較低等優(yōu)勢，已經(jīng)普遍應用于隧道建設中。在挖掘隧道時，需要保證基坑穩(wěn)定性，才能保證施工人員的施工安全，而明挖隧道法是否能夠保證基坑穩(wěn)定性需要進行試驗研究，本文針對明挖隧道法的穩(wěn)定性進行了試驗研究，具體內(nèi)容如下：

1、基坑穩(wěn)定性分析方法概述

在基坑邊坡穩(wěn)定性研究方法中，我國應用方法主要包括有限單元法、極限平衡理論、現(xiàn)場監(jiān)控量測等。有限單元法具有較為成熟的理論，在計算機計算技術(shù)快速發(fā)展下表現(xiàn)出較多的優(yōu)質(zhì)，如果只針對施工過程與自動計算滑移帶等方面，此方式的準確性需要依賴模型的合理度;極限平衡理論是應用力的平衡理論，此方法具有明確的受力，計算過程也很方便，只是存在無法將施工過程對邊坡穩(wěn)定性的影響考慮在內(nèi);現(xiàn)場監(jiān)控量測方法是通過測量工程實地，利用量測數(shù)據(jù)變化了解基坑穩(wěn)定性，而應用的量測數(shù)據(jù)采取的是變形速率與變形量等，運用對比數(shù)值大小的方式掌握數(shù)值是否超過允許值。此方式具有較強的實用性，能夠?qū)崟r監(jiān)控隧道，有利于邊坡穩(wěn)定性的評價，但是存在使用性較差的問題，數(shù)據(jù)只能反映工程情況，而無法應對實際的復雜性。

2、多工況下的隧道基坑穩(wěn)定性

本工程的巖土參數(shù)應用的是粉質(zhì)粘土物理學參數(shù)，針對基坑深度變化、巖土強度參數(shù)變化、基坑坡度變化、地下水四個方面進行基坑安全系數(shù)的計算。經(jīng)過運用力學極限平衡理論、圓弧滑動面法、軟件自動搜索破壞面后，計算出多個工況下的隧道基坑邊坡安全系數(shù)，從而得到隧道基坑邊坡的變化規(guī)律：應用圓弧滑動面法計算安全系數(shù)后，安全系數(shù)表現(xiàn)出基坑邊坡開挖深度增加時發(fā)生了減小;隧道基坑邊坡的坡率呈現(xiàn)出不斷縮小的現(xiàn)象，而基坑邊坡安全系數(shù)越不斷增大;隧道基坑邊坡安全系數(shù)會隨同巖土層強度的不斷增加下而逐漸提升;基坑邊坡如果考慮地下水的條件，具有較小的安全系數(shù)，說明水對邊坡的穩(wěn)定性產(chǎn)生較大的影響。

3、復雜條件下的明挖隧道施工穩(wěn)定性

3.1 建立模型分析穩(wěn)定性

通過建立模型分析復雜條件下的明挖隧道施工穩(wěn)定性后，獲取如下結(jié)果：每次挖掘時，水平位移坑底會產(chǎn)生較大的變形問題，在坡腳與坡頂?shù)奈恢脮l(fā)生豎向位移。因此，開展明挖隧道施工時，需要注重基坑的坡頂位置與坡腳位置。在開挖基坑時產(chǎn)生的應力主要會對基坑周邊進行影響，而最大主應力在實施支護建設后都會產(chǎn)生減小。因此，應在施工時及時開展支護作業(yè)，縮減地應力。隧道結(jié)構(gòu)在回填施工后會在板頂與板底兩個部分發(fā)生變形，板頂屬于水平變形、板底屬于豎向變形。

3.2 不同開挖深度下的明挖隧道穩(wěn)定性

3.2.1明挖隧道基坑變形

應用數(shù)值分析計算基坑位移變化，針對基坑頂面與坡腳成為研究對象。經(jīng)過分析計算后，得到如下結(jié)果：基坑水平方向產(chǎn)生的位移，坡頂位置要高于坡腳，而在豎向位移方面，坡頂表現(xiàn)出下沉、坡腳呈現(xiàn)出隆起;在實施明挖隧道基坑時，開挖的深度逐漸增加時，基坑水平位移與豎向位移產(chǎn)生了逐漸增大，說明開挖深度決定著變形程度，深度越深、變形越大。

3.2.2 明挖隧道基坑安全系數(shù)變化規(guī)律

研究安全系數(shù)變化規(guī)律應用 Midas/GTS NX SRM進行分析，從分析結(jié)果可以了解到：第一，基坑安全系數(shù)在開挖深度不斷增加時逐漸變小;第二，應用隧道基坑邊坡安全系數(shù)強度折減法與應用圓弧滑動面計算法相比較，前者要大于后者，表明圓弧滑動面計算較保守化;第三，應用強度折減法計算后，基坑開挖深度在20m以下時，安全系數(shù)表現(xiàn)出變化快的特點，表明在一定范圍內(nèi)的基坑安全系數(shù)很敏感。

3.2.3 基坑滑動區(qū)變化規(guī)律

運用限元軟件自動搜索邊坡滑動面分析與研究塑性狀態(tài)，能夠總結(jié)出基坑破壞規(guī)律與破壞形態(tài)。經(jīng)過分析與研究后得到以下規(guī)律：第一，基坑的塑性區(qū)域表現(xiàn)出圓弧狀，與實際工程常見性的粘性土破壞形式相符合;第二，在基坑受力與變形方面，坡腳位置在不同深度下具有塑性變形破壞最為突出的特點，因此，在施工時需要注重坡腳處理;第三，開挖深度不斷增加下，圓弧滑動區(qū)的長度表現(xiàn)出逐漸加大的趨勢，安全性也越來越低。

3.3 不同開挖坡度的明挖隧道穩(wěn)定性分析

3.3.1 基坑變形

研究不同開挖坡度的明挖隧道穩(wěn)定性同樣應用數(shù)值分析，選擇基坑頂面與坡作作為研究對象，計算出基坑的位移變化。從研究結(jié)果可知，首先，如果在開挖深度不變的狀態(tài)下，開挖的坡度會表現(xiàn)出在一定的范圍內(nèi)逐漸縮減的過程，基坑變形中的水平位移也處于不斷縮減的現(xiàn)象;其次，如果還是在開挖深度不變的狀態(tài)下，開挖坡度也是在一定范圍內(nèi)處于逐漸縮減的趨勢，而基坑坡頂沉降與坡腳上升變形產(chǎn)生的位移也處于不斷縮減中;最后，基坑水平移位的變形量中，坡頂與坡腳相比較，前者要高于后者，而豎向坡腳表現(xiàn)出隆起狀態(tài)、坡頂產(chǎn)生下沉現(xiàn)象。

3.3.2 明挖基坑安全系數(shù)變化規(guī)律

利用Midas/GTS NX邊坡穩(wěn)定SRM分析可以實現(xiàn)自動獲取基坑邊坡安全系數(shù)的目的，經(jīng)過安全系數(shù)計算后，得到的結(jié)果為：首先，若開挖深度不變，挖掘坡度會在一定的范圍內(nèi)產(chǎn)生逐漸下降的趨勢，而基坑安全系數(shù)產(chǎn)生逐漸增大的趨勢，屬于近似線的增長過程。在實際挖掘時，如果具備較好的場地與相應的條件，在挖掘時需要盡可能放緩挖掘。挖掘的坡度越緩和，應用較大坡率后，基坑會具有較好的變性能力，從而具備安全性能、穩(wěn)定性能。其次，應用隧道基坑邊坡安全系數(shù)強度折減法計算與圓弧滑動面計算相比較，前者要大于后者，表明圓弧滑動面計算而出的安全系數(shù)偏重于安全性。

3.4 不同圍巖強度條件下粘聚力C對基坑穩(wěn)定性影響

粘聚力C值應用不同的數(shù)據(jù)進行分析后，得到如下結(jié)論：第一，基坑不同位置的豎向位移。首先，若只是對圍巖粘聚力進行改變，基坑的坡頂位置與坡腳位置產(chǎn)生的水平位移、坡頂產(chǎn)生沉隆與坡腳形成隆起的位移會隨同粘聚力的加大而逐漸縮小;其次，水平位移狀態(tài)與豎向位移狀態(tài)呈現(xiàn)出拋物線的形態(tài)，表明粘聚力會影響基坑穩(wěn)定性，并且坡頂與坡腳產(chǎn)生的變形較為明顯。第二，粘聚力的基坑安全系數(shù)。首先，粘聚力C數(shù)值在增大時，基坑安全系數(shù)會隨之變大，變化屬于線性關系。如果是砂、卵石地層，因為具有較小的粘聚力，可以采用注漿加固方式，能夠加大土體之間的粘聚力，保障土體的穩(wěn)定性與安全性。其次，應用圓弧滑動面對安全系數(shù)進行計算，安全系數(shù)較小。

結(jié)語：

綜上所述，在應用明挖隧道基坑施工技術(shù)時，需要先根據(jù)實際工程計算出開挖深度對基坑穩(wěn)定性的影響。然后，針對具有穩(wěn)定性、安全性較差的環(huán)節(jié)采取有效的措施進行改善，從而保證實際開挖作業(yè)的基坑穩(wěn)定性，達到保障施工質(zhì)量的要求。

參考文獻：

[1]張健.高速公路的發(fā)展與未來[J].交通世界.2016（15）：290.

[2]邱軍領，樊浩博，汪珂.明挖隧道深基坑受力與變形的現(xiàn)場測試分析[J].勘察科學技術(shù).2015（04）：2100.