明挖法隧道施工对近接桥梁桩基的影响及对策

明挖法隧道施工对近接桥梁桩基的影响及对策

摘要：该篇文章通过一些隧道施工工程方面的几个具体实例，采用了一些具有针对性的研究方法，例如：三维有限元解法等，全面、科学的探讨了在隧道施工时，明挖法施工对近接桥梁基桩的不同程度地影响，以及其他的一些细微的变化。通过实验，最终得出结论，采用明挖法对隧道进行施工时，不仅会出现不同程度的变形，此外，在基坑以及墙体的一侧也会出现变形，对于这些可能出现的种种问题，本文作者提出了几种切实可行的解决方法，阐述了在隧道施工方面具有建设性意见的措施，为以后的施工减少设计和施工上的困难。

关键词： 明挖法；隧道施工；近接桥梁；基桩、影响；对策

前言： 随着我国经济的进一步发展，对于交通的要求越来越高，一些偏远地区以及城市的地下空间成为人们开辟的焦点，在修建铁路时或者在修建地下通道时，经常会在一些山体或者地下开凿隧道，以减少修建道路的距离，降低施工的成本。然而，在对有些隧道进行施工时，有时会遇到不同的地质条件，采用明挖法施工时可能会对周边环境产生一定程度的影响，一旦出现大幅度的扰动，就有可能造成工程灾害的发生。针对这样的问题，科研人员按照隧道与原有地质条件的共同特点及相应的空间上的分布情况，对施工期间受到影响的不同地区，按照轻重等级进行了分类，据此确定施工的具体策略。本片文章详细描述了在隧道施工的过程中，以三维有限模型为理论依据，分析了施工时对近接桥梁的桩基的原有结构产生的影响，并根据得到的数据，将所造成的影响控制在合理的范围之内，以下就是具体的论述过程：

一、隧道施工的概述

1、隧道的设计

不同的气候条件、地理环境以及周围排水状况是隧道建设需要考虑的主要因素，对于实际高度在四千至五千厘米高度的隧道来说，槽深的范围控制在五百至七百厘米，长度大约一千二百米，线路的初始建设应当以施工地点的总泵站为宜，方向为自北向东。

2、施工位置的地质条件和水文状况

不管对于何种工程施工，在施工之前，仔细全面的掌握当地的地质状况和水文条件是极其必要的，隧道施工也是如此。这是因为，只有在在了解一定的情况后，才能具有针对性的采取一定的措施。在地质勘探方面，一些学者已经通过大量的实验，得到较为准确的结论。结论显示：在地下大约七百厘米左右的土层上含有较多的滞水，这表明一般可以不去过多的考虑排水的问题。同时，实验的数据显示，地表的人工堆积土层的厚度在11米至12米左右较为合适，然后依次分别填入粉土、二层粉质粘土、最后在铺三层细沙，确保地质条件符合施工的标准。

但是，有一个很关键的问题需要特殊的注意，就是当人工堆积的土层下有沉积层时，应先铺筑几层粉土做为保护层，其余的再用粉质粘土来填充，最后在铺设几层的粉土和粉质粘土，就能彻底的解决问题了。

2、实验有限元数值的分析

①有限元数值模型的确立

每个即将施工的隧道都会在设计的图纸中含有较多精细的数值，这些有限的元数值在经过反复的运算之后，可以得出其具体的大小，一般确定在30m*50m*50m为宜，这组数据的具体含义是：施工人员应该在本来的施工方向上设定为30米，在施工隧道的横截面上选取50米，同时在深度上确定为50米。隧道施工也需要在材料的选择上进行综合的考虑，弹塑性材料通常是隧道施工的主要材料，摩尔库伦理论是解决本构方程的核心计算依据，对于工程的土体和承台应以实体单元为主，梁单元则非常适合隧道的桩基建设，衬砌工程通常选择板单元。对于所设定的有限元数值模型，仅仅包括以上的三个方向是不够的，隧道施工的侧面和底面同样需要考虑进去，应采用一定的方法对其加以限制。隧道的桩基是隧道建设的关键性因素，选择古德曼的接触单元可以对承台施工过程中可能出现的水位平移问题产生有效地约束，对于隧道的承载能力则需要考虑隧道顶部的土层压力和隧道底部的土质结构，同时不要忽视隧道本身对地面产生的重力。

②隧道的衬砌建设和挖掘的模拟

隧道建设，需要对土体进行大量的开凿，然而在开始挖掘之前，土层本身就受到其自身的重力影响以及一些其他的重力的作用，受压变形，并且在隧道真正开始开工之后，基坑所承受的土体的压力就会稍微减弱，土体的重力对其的荷载在一定程度上得到释放，该篇文章通过以下的几种方法，对实际的隧道施工进行逼真的模拟，记录下其具体工作流程：

a）适当的扩大隧道本身的重力，让承台、桩基发挥其功能，同时保证桩基的位移距离为0，这样做的目的就是为了在隧道进行真正施工前取得很好的应力场。

b）先对隧道的一部分进行挖掘，让此部分的功能带动其他单元，让隧道的衬砌作用发挥最大化，目的是为了让隧道内部的衬砌部分的施工与实际当中更加符合，提高模拟度。

c）隧道建设的施工过程要不断的根据需要在关键的位置设置临时支撑点，这时一般选用梁单元最为合理，因为其具有足够的内应力，但是梁单元的选用应该根据土层所承受的侧压力来适当的选择。

土体侧移问题的解决

③实验结果

任何隧道在施工的过程中都无法保证不会对周边的土体造成影响，只是会对周围产生的影响程度有所不同，一般都呈现由中间向四周递减的规律，土体所受影响是最为明显的，土体的改变会影响到隧道的桩基的状况，以上的种种情形可以促使我们对具体的实验结论进行进一步的了解，通过分析，最终得到了准确的实验结论，结论如下：

A：土体所受影响的规律

隧道建设都需要对土体进行开凿，土体在人们进行挖掘的过程中，会释放一定的应力，这种力就会造成挖掘点周围的土体，有着向挖掘点靠拢的趋势，当隧道施工进行到中部时，这时的应力是最大的，并且应力的大小呈现出由隧道中部向隧道的两端逐渐变弱的的规律。这种规律的形成是由于土体在开挖的过程中，土体侧向压力释放到外部而产生的，侧向的压力在隧道中部弯曲的程度最大，因此弯曲的数值也呈现出由中部向两端递减的规律。

B：隧道底部的土体位移问题

隧道基坑的施工可能会导致基坑底部的部分土体出现松动，进而影响到土体的应力的变化，相应的基坑底部的土体就会向上收敛，规律是：隧道基坑底部的收敛值达到最大，也就是说土体释放出的应力造成的弯曲值也达到了最大。

C：隧道基坑的沉降规律

以上的一系列数据足以显示出，隧道施工对周围土体的影响是不可避免的，这种摩擦力会导致隧道的桩基会因此发生沉降。在桩基的上部总会有新的基坑的出现，因此桩基的上部所承受的摩擦力会最大，而下部则相对较小，所以就是桩基上部沉降问题严重，下部则不会太明显。

D：桩基的水平位移问题

隧道基坑施工往往会造成土体的受力出现难以预计的变化，基坑都建造在桩基的上部，桩基上部的土层会随着桩基的移动而出现向着基坑的方向移动的规律，而正如前面所说，桩基的下部所受外界压力的影响较小，上部与下部位移的程度不符，就会出现扭曲的状况。此外，还应该注意到一个问题，那就是桩基下部与桩基上部位移的方向不一致，也就是说桩基下部是向着与基坑相反的方向运动的。

二、具体对策

A ：对于基坑在挖掘过程中出现的向周围收敛的问题，可以在施工队伍进行具体的隧道施工时，增加对基坑的有效支撑，同时还要设置一些防护措施保护基坑的安全，防止外界力量对其产生影响。

B ：基坑的建设一般都会穿过桩基，这种现象会造成桩基的上部变形大于桩基下部的变形，并且也会造成桩基的上部和下部的位移方向相反，针对这一问题，可以通过对桩基周围的土体进行深层次的加固，尽最大程度降低对桩基本身的影响。

[结束语]：隧道建设是我国经济发展和生产生活必须面对的问题，然而隧道建设又是一项极为复杂的问题。隧道的建设可以造福人们，方便人们出行，但是如果不能有效控制其施工对近接桥梁桩基的影响，就会让其弊大于利，大大降低其建造的效果，为此本文针对隧道建设对近接桥梁产生的影响进行了全方位的分析，得出了科学准确的结论，提出了具有建设性意义的具体措施。

[参考文献]：

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[2]熊刚，黄思勇，项敬辉．隧道近接施工对既有桩基影响的研究进展叨．[J]铁道建筑，2011，(7)