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1、开挖卸载对相邻基坑围护结构内力的影响摘 要 上海铁路南站南广场内的35kV地下变电所基坑紧邻已建成的轨道交通L1线盾构工作井。为对这两基坑相互影响规律进行研究,选取相同尺寸、间距20m的两基坑断面进行了有限元模拟,并与现场实测结果进行了对比,得到了土体开挖卸载对拟建基坑的影响比对已建成基坑的影响要大,且开挖卸载对内侧围护墙体的受力较为有利,对外侧围护墙体的受力较为不利的结论。关键词 相邻基坑 开挖 围护结构1工程概况正在建设的上海铁路南站南广场内的35kV地下变电所,基坑长39m,宽22m,深17m,属一级基坑,
2、围护采用厚80cm地下连续墙,混凝土强度等级C30,抗渗等级S8,墙底穿微承压水层⑤2层,支撑是四道Φ609×16钢支撑,坑底旋喷加固。基坑距离已建成的轨道交通L1线盾构工作井18.4m,与在建的广场主通道基坑共用部分连续墙。基坑开挖深度影响范围内主要以饱和淤泥质黏性土为主,该类土具有较大流变特征。常年地下水埋深0.5m,⑤2层灰色黏质粉土为微承压含水层,该层层面埋深为20m,水位埋深为7.64m。该基坑在开挖前20d进行井点降水,降水后水位降至坑底以下3m,坑外观测水位比原地下水位下降值不宜大于0.5m。基坑内
3、水降到设计水位后,开始开挖,开挖到设计高程后,立即浇筑素混凝土垫层,垫层浇筑好后10d左右浇筑底板。在整个基坑开挖过程中,坑内深井降水不停顿,一直持续到浇筑底板。基坑开挖施工工况见表1。L1线盾构工作井有可能引起变电所基坑地下连续墙所受土压力的不均匀性,进而影响基坑围护墙体的内力等,围护墙体处理不当,将会造成工程事故。为此,本文结合该工程实例,选取相同尺寸、间距20m的两基坑断面为分析对象,对基坑开挖卸载对相邻基坑围护结构内力的影响进行研究。2计算模型计算中假定:(1)由于基坑围护墙体、支撑的刚度相对(上海)软土
4、而言大得多,因此计算中假定为线弹性体;(2)计算中不考虑地下连续墙与墙后土体的脱离现象,认为土体和墙体始终是协调变形的[1]。3计算过程中,土体采用四结点等参单元,围护墙体采用梁单元,钢支撑采用二力杆单元模拟。模型宽度及高度分别取基坑开挖深度的7倍及3倍。计算模型的上边界为自由边界,底边界固定,其余各边分别限制其向基坑方向的变形。由于假定了变形协调条件,因此支撑梁单元、连续墙单元都认为和土体的变形一致,不需另加约束条件[2]。计算模型如图1所示,土体模型采用理想弹塑性模型,计算参数见表2。 选取两种工况进行模拟
5、分析:工况一,左边基坑单独施工;工况二,右边基坑开挖至坑底时,左边基坑开始施工。两基坑的水平间距为20m。3计算结果分析3.1支撑轴力支撑轴力取各开挖步中各支撑的最大轴力值,计算结果见表3。由表3可以看出,虽然右侧基坑土体的开挖卸载对左基坑支撑的受力较为有利,但由于右基坑围护结构的作用,左侧基坑支撑轴力比单坑情况时要增大约13%;而左侧基坑的开挖卸载,对右侧已开挖至坑底的基坑也产生一些影响,支撑轴力比单坑情况要减小约11%。3.2围护结构弯矩3.2.1工况一基坑左侧及右侧围护墙体弯矩随深度的变化如图2所示,图中墙
6、底为0m,2、4、6、8步为架设支撑步骤,1、3、5、7、9步为开挖步骤。3.2.2工况二左、右基坑围护墙体的弯矩结果见图3、图4,图中的11、13、15、17、19步分别表示右侧基坑已开挖结束后的左侧基坑开挖步。两种工况情况下围护墙体的弯矩对比结果见表4。 由上可以看出:(1)由于右基坑开挖卸载的影响,左基坑左侧围护墙体最大弯矩值比单坑情况增大了6%,其右侧围护墙体弯矩值比单坑情况减小了约20%;(2)由于左基坑开挖卸载的影响,已开挖至坑底的右基坑围护墙体的弯矩也有一些变化:其左围护墙体弯矩随左基坑的开挖比单
7、坑情况减小了约4%,而右侧围护墙体的弯矩则比单坑情况增大了约3%;(3)通过对两种施工工况的有限元计算分析,可以得出以下结论:对拟建基坑及已建成基坑,开挖卸载对内侧围护墙体的受力较为有利,对外侧围护墙体的受力较为不利,实际施工中应对此引起重视。4施工的实际情况现场监测发现,地下变电所基坑的地下连续墙墙身侧向变形的变化值和最大变形速率基本出现在开挖面附近,最大变形速率在3.0mm/d之内,最大值为26mm,满足基坑安全和围护结构稳定性要求。该基坑的开挖对L1线盾构工作井基本没影响。3参考文献1张冬梅,黄宏伟.盾构隧
8、道施工对邻近深基坑开挖影响的三维有限元分析.现代隧道技术,2001(1)2李云安,张鸿昌.基坑变形影响因素与有限元数值模拟.岩土工程技术,2001(2)3
