深基坑分区开挖影响的数值分析.pdf

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1、张颂南等：深基坑分区开挖影响的数值分析113深基坑分区开挖影响的数值分析张颂南，李削云(上海岩士工程勘察设计研究院有限公司。上海200070)【摘要】随着经济的快速发展，地铁开始成为城市不可或缺的交通工具；地铁车站周边亦逐渐成为地产开发的黄金区域，越来越多的基坑邻近地铁车站开挖，显然基坑开挖必然对地铁车站基坑结构、地铁运营构成一定程度的安全隐患。本文结合某工程实例，采用有限元计算模拟，对比分析基坑分区开挖与否对基坑周边及邻近地铁车站结构影响的比较，结果表明分区开挖对基坑周边环境的影响明显低于整体开挖情况，同时对类似工

2、程提供一定参考。【关键词l基坑；分区开挖；地铁；数值模拟【中图分类号】TU473．2【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2012)12一O113—03目前基坑开挖对邻近地铁车站的安全风险性分铁沿线基坑安全保护规定，地铁结构的最终绝对沉析的研究取得了一定的研究成果；刘国彬等u指出采降、隆起量及水平位移量均须小于lOmm，施工引起的用坑内加固措施以及考虑基坑工程时空效应的施工地铁结构变形速率须小于0．5mm／d，且不得影响其安方法，可有效地控制基坑周边环境的变形。姚燕明全正常使用j。故本基坑工程采用分块设计与

3、施工等采用弹性地基上的板壳有限元分析地铁平行换的理念，确保基坑开挖过程中地铁车站的安全。乘车站深基坑开挖过程中，坑底土体加固的深度、加根据进度要求，酒店区域为20F的办公楼，单独划固的密度、加固的程度对基坑边形的影响。高盟等分一个区域，商业区域为3～4层商业楼，沿地铁一侧指出在车站开挖侧设置托换桩、旋喷桩及搅拌桩加固长达130m，邻地铁车站一侧20m范围以内划分一区，和分区开挖是控制车站变形的有效措施。待以上两区地下结构施工完毕后，再进行剩余基坑的本文结合工程实例，采用有限元数值模拟，对比开挖，从而有效降低基坑开挖对

4、地铁车站的影响。分析分区开挖与整体开挖的影响，主要讨论两种工况2．2挡土体系下基坑开挖对围护墙水平位移、地表沉降、地铁车站酒店区域以及邻地铁车站的商业区域均采用墙体的水平位移的影响，期望对类似工程围护设计与800ram厚地下连续墙进行挡土，桩端人土深度27m，施工提供一定参考。沿地铁保护侧地下连续墙内外侧均设置850三轴搅1工程概况拌桩进行槽壁加固；商业远离地铁车站区域采用4：050本工程位于上海浦东新区，基坑开挖面积约@1150钻孔灌注桩进行挡土，桩端入土深度为25m，25O0ornz，基坑开挖深度11．2m，设置

5、地下车库两层。基坑混凝土设计强度等级为C30(水下混凝土提高一级)。北侧为已运营地铁车站，车站埋深约15m，本基坑地下室2．3内支撑体系边线距离车站14~20m不等，平面关系如图1所示。A区、c区采用三道钢筋混凝土水平支撑，支撑布置为对撑+边桁架的型式，B区采用一道钢筋混凝土水平支撑+两道应力自动补偿钢支撑体系，支撑布置型式为对撑，如图2所示。图l基坑与车站关系平面图2基坑围护设计方案2．1总体方案设计图2内支撑布置示意图本工程开挖面积达25000m，基坑一次性开挖对已建地铁车站正常运营有较大影响。根据上海市地3有限

6、元分析l14低温建筑技术2012年第l2期(总第174期)为了重点考虑基坑开挖对邻近地铁车站的影响，开挖C区。按最不利情况地铁距基坑边最近14．0m在建立数值模型时作了如下简化和假定：①由于开挖进行计算，基坑模型尺寸详情见图3所示。采用四边面积过大，考虑数值计算硬件设施的局限性，对模型形单元模拟土体，梁单元模拟地连墙、车站楼板、墙进行简化，选取剖面进行二维基坑开挖模拟；②假定体、桩、围檩和内支撑。土层具有均质、各向同性的性质；③对于每一个基坑3．2施工工况的模拟开挖区间，假定为一次性分层开挖，不考虑实际开挖在施工阶段

7、，首先开挖A区，当开挖到第一道支过程中开挖的空间性；④模拟中不考虑时间效应。撑标高处，进行围檩、第一道支撑浇筑，然后开挖到第二道支撑标高处，再进行围檩、第二道支撑浇筑，以此原则直至开挖到设计深度，然后进行A区底板浇筑和地下结构施工，地下结构施工出地上一层底板后方进行C区基坑开挖，C区分四次土层开挖到设计标高。3．3参数选取图3模型示意图根据工程经验，钢管支撑弹性模量E取200GPa，混凝土弹性模量E取30GPa，截面积、惯性矩取实际尺3．1模型的建立寸数据。本次数值模拟采用适用于基坑开挖卸载情基坑开挖依照围护方案分A

8、、C两块开挖，当A区况的硬化土模型(Hardening—Soil模型)，并参考文献开挖至设计标高并底板浇筑和地下结构施工完毕后再[5]，土体具体力学指标如表1所示。表1土性物理力学指标4有限元结果分析明显偏低，本分析模型中整体开挖工况平均位移大于对本工程进行分区开挖和整体开挖有限元数值30．0mm的土体达到33．2％以上的比例，而分区开挖模拟对