隧道明挖法施工对既有建筑的影响分析

冯登尧 曾劲松 魏仔宜

贵州高速公路集团有限公司 贵州贵阳 550025

某城市快速路K2+283.908—K3+014 段为隧道明挖段，隧道面积为28200m2(长730.092m)。由于道路两侧有既有建筑，车行地通道基坑开挖无放坡条件，设计考虑在地通道左、中、右分别设置支护桩（作为结构），地通道分左、右幅分幅分段施工。

明挖段地质结构主要分为砂岩、泥岩，取距离明挖段设计起点80m 处横断面地质构造，场地原始地貌为构造剥蚀浅丘地貌，埋深5m，右侧上方有定普工贸有限公司，为保证结构安全，试算采用分层式结构明挖段整体安全分析以及支护桩结构安全分析[1-3]。

本次开挖工艺模拟根据隧道断面尺寸、围岩等级和周边环境，采用明挖法施工，分析在此施工工艺之下，围岩应力、变形及支护桩的应力、形变，通过综合分析，选择安全经济合理的施工方式[4]。

数值模拟软件对隧道开挖进程进行模拟时，模型采用平面二维计算，为减小边界效应保证计算的准确性，建立的平面模型图1 所示。

图1 平面模型的网格划分

2.1 位移分析

第二层土体开挖时，围岩整体位移云图如图2、图3所示，最大水平位移为28.4mm，最大沉降量为15.0mm。

图2 围岩水平方向位移云图

图3 围岩竖直方向位移云图

2.2 围岩应力

第二层土体开挖时，围岩整体应力云图如图4、图5所示，围岩最大第一主应力为0.13MPa，最大第三主应力为0.93MPa。

图4 围岩第一主应力云图

图5 围岩第三主应力云图

竖向支护桩安装后，支护桩整体位移云图如图6、图7 所示，最大水平位移为0.35mm，最大竖向位移为5.64mm。

图6 围岩水平方向位移云图

图7 围岩竖直方向位移云图

对围岩位移、围岩应力和支护桩应力的位移和受力分析，对隧道洞口段采用明挖法的施工，进行综合判定。

对围岩位移的变形分析如表1 所示。

表1 围岩位移分析表 mm

对围岩应力的分析如表2 所示。

表2 围岩应力分析表 MPa

对支护桩应力的分析如表3 所示。

表3 支护桩位移分析表 mm

对支护桩应力的分析如表4 所示。

表4 支护桩应力分析表 MPa

（1）采用明挖法施工，根据围岩整体位移分析可知，最大水平位移为28.4mm，而受主要影响的竖向变形中，最大变形为67.8mm，其中，在开挖地层土初始阶段，由于两边边坡侧缺少支护，会有不同均值的竖向位移形变，数值较小，均在合理安全范围内；
施工时需注意保证右侧边坡稳定，保证厂房安全。

（2）通过对围岩应力分析可知，最大第一主应力为14.7MPa，最大第三主应力为16.8MPa。其中，最大值出现在回填之后，竖向应力由于重力及不同荷载的影响，出现应力峰值，均小于围岩抗压强度。

（3）通过支护桩分析可知，最大横向位移为2.76mm，最大竖向位移5.64。位移变形只要发生在开挖阶段，由于开挖引起的地面不均匀沉降，支护桩横向、竖向均产生了不同的位移，变量均在可接受范围内。

（4）通过支护桩分析可知，最大第一主应力为14.7MPa，最大第三主应力为16.8MPa。受力最大荷载步为回填完成后，开始承受回填土及荷载压力，最大值出现在支护连接处。

（5）该工程洞口段采用明挖方式，通过对模拟计算结果分析，采用明挖方式产生的位移及应力均在合理范围内，总体上说，该施工受填土地质特性影响，以及上方厂房和周围建筑物的存在。建议通过对位移过大的区段进行二次加固，对围岩压力与支护桩受力过大的区段进行强加护；
或者优化方案，充分考虑该地区的地质围岩条件，在满足结构稳定安全的前提下，调整隧道设计或变更设计施工方案，综合受理分析和经济合理考虑，选择最佳方案。