某基坑開挖對鄰近軌道附加變形的影響［摘 要］ 通過對基坑開挖引起的變形分析的實例介紹，闡述了基礎(chǔ)支護(hù)開挖彈塑性有限計算方法及原理，得出了計算模型及計算結(jié)果。［關(guān)鍵詞］ 基坑開挖；有限元；附加變形1 概 況 上海市西藏南路 1200 弄，場地北臨麗園路，南臨徽寧路，東臨西藏南路。場地內(nèi)擬建的 1、2 號樓為地上 27 層，擬建的商業(yè)會所為地上兩層，同時擬建的還有一個下沉式廣場。上述建筑物的基坑開挖深度分別為 6.45 m、4.95 m及 3.5 m。場地東側(cè)西藏南路下有軌道交通 M8 線區(qū)間隧道穿過，商業(yè)會所基坑鄰近隧道，區(qū)間隧道邊距圍護(hù)體邊約 11.5 m。1.1 基坑概況 場地標(biāo)高：工程±0.00 相當(dāng)于挖+4.30，自然地面相對標(biāo)高為- 0.90。 基坑開挖深度：根據(jù)上海眾誼建筑設(shè)計有限公司所提供的設(shè)計資料，本工程地鐵側(cè)基坑開挖深度為 4.95 m。 基坑 支 護(hù) 類 型 ： 基 坑 地 鐵 側(cè) 擋 土 采 用Ф700@1000 鉆孔灌注樁，樁底埋深 13 m。灌注樁外圍采用 4 排 Ф700 雙軸攪拌樁作為止水帷幕，樁底埋深 13 m：地鐵側(cè)設(shè)一道斜拋鋼撐，撐于中部先行開挖形成的底板上。基坑地鐵側(cè)設(shè)置雙軸攪拌樁墩式加固。1.2 鄰近軌道交通設(shè)施概況 場地東側(cè)西藏南路下有軌道交通 M8 線區(qū)間隧道穿過，商業(yè)會所基坑鄰近隧道，區(qū)間隧道邊距圍護(hù)體邊約 11.5 m。隧道頂埋深約 10 m(隧道中心埋深約 13 m)。基坑開挖大體量的卸載，將會對地鐵區(qū)間 @道產(chǎn)生一定的附加變形影響，因此，需對基坑卸載的附加變形影響進(jìn)行預(yù)估分析。2 地質(zhì)條件 本工程土層的物理力學(xué)性質(zhì)如表 1 所示。
3 基坑支擴(kuò)開挖彈塑性有限元計算分析及結(jié)果［1～3］3.1 計算方法及原理 為了較準(zhǔn)確的反映基坑開挖卸載對地鐵區(qū)間隧道產(chǎn)生的附加變形影響，計算分析采用了平面彈塑性有限元分析方法，以便模擬基坑圍護(hù)體系與土體間的相互作用，土體自身的彈塑性特點，以及實際開挖工程等非線性因素。以距隧道最近處的基坑剖面為計算結(jié)果來評估附加影響。 建模范圍為基坑及周圍約 50 m 空間范圍內(nèi)的土體，根據(jù)以往工程經(jīng)驗和實測數(shù)據(jù)，以及工程的規(guī)模，范圍已基本滿足模擬土體的半無限體特性。 土體采用 Mohr- Coulomb(M- C)材料模式來模擬，Mohr- Coulomb 材料模式可較好的模擬土體的彈塑性及相關(guān)特性。 圍護(hù)體及隧道均通過輸入等效的 EA 及 n 等參數(shù)來模擬其力學(xué)特性。通過輸入合理的接觸面參數(shù)來模擬結(jié)構(gòu)物與土體的接觸非線性。計算中考慮了地下水的滲流影響，考慮了土體初始固結(jié)沉降及初始應(yīng)力的影響。通過分荷載步求解來模擬施工工程。計算模型的網(wǎng)格劃分為六節(jié)點三角形單元。部分計算參數(shù)由以往大量同類工程實測數(shù)據(jù)反分析求得。3.2 計算模型及計算結(jié)果 總應(yīng)力圖、地鐵間隧道水平位移圖、地鐵區(qū)間隧道豎向位數(shù)圖、地鐵區(qū)間隧道總位移圖，如圖1、2、3、4 所示。 經(jīng)有限元計算分析，基坑卸載開挖對軌道交通 M1 線區(qū)間隧道產(chǎn)生的附加變形影響的計算結(jié)果為：最大水平位移 5.92 mm，最大豎向位移5.71 mm，最大總位移 8.15 mm。4 應(yīng)用效果 經(jīng)計算復(fù)核，基坑開挖卸載后，對鄰近軌道交通 M8 線區(qū)間隧道附加變形影響預(yù)估值為 8.15 mm。基坑開挖后，實際變形為 5.3 mm。本工程基坑開挖卸載后對軌道交通 M8 線區(qū)間隧道產(chǎn)生一定的附加變形影響，卸載后坑底隆起對變形隧道影響后，鄰地鐵側(cè)采用放坡、設(shè)拋撐來控制變形保護(hù)地鐵隧道。為保護(hù)地鐵設(shè)施特采用如下措施： （1）鄰地鐵側(cè)的坑底進(jìn)行加固，由墩式分塊加固改為裙邊式整體加固。 （2）拋撐的設(shè)置改為設(shè)置水平支撐以有效控制變形。 （3）鄰地鐵側(cè)采用 Ф700@1000 鉆孔灌注樁剛度進(jìn)行加強。 （4）施工中應(yīng)采取一定的措施控制 4 排 Ф700雙軸攪拌樁的施工的擠土擾動對地鐵隧道的影響，將雙軸攪拌樁改為擠土效應(yīng)相對較小的 SMW工法攪拌樁，從而減小了攪拌樁施工對地鐵隧道的影響。 （5）本基坑平行地鐵長度約 60 m，結(jié)合底板后澆帶分塊開挖基坑施工底板，從而減小一次性大面積開挖卸載對地鐵隧道產(chǎn)生的附加變形影響。［參 考 文 獻(xiàn)］［1］GBJ50007- 2002,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］.［2］JGJ120- 99,建筑基礎(chǔ)工程技術(shù)規(guī)程［S］.［3］GB50010- 2002,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.
3 基坑支擴(kuò)開挖彈塑性有限元計算分析及結(jié)果［1～3］3.1 計算方法及原理 為了較準(zhǔn)確的反映基坑開挖卸載對地鐵區(qū)間隧道產(chǎn)生的附加變形影響，計算分析采用了平面彈塑性有限元分析方法，以便模擬基坑圍護(hù)體系與土體間的相互作用，土體自身的彈塑性特點，以及實際開挖工程等非線性因素。以距隧道最近處的基坑剖面為計算結(jié)果來評估附加影響。 建模范圍為基坑及周圍約 50 m 空間范圍內(nèi)的土體，根據(jù)以往工程經(jīng)驗和實測數(shù)據(jù)，以及工程的規(guī)模，范圍已基本滿足模擬土體的半無限體特性。 土體采用 Mohr- Coulomb(M- C)材料模式來模擬，Mohr- Coulomb 材料模式可較好的模擬土體的彈塑性及相關(guān)特性。 圍護(hù)體及隧道均通過輸入等效的 EA 及 n 等參數(shù)來模擬其力學(xué)特性。通過輸入合理的接觸面參數(shù)來模擬結(jié)構(gòu)物與土體的接觸非線性。計算中考慮了地下水的滲流影響，考慮了土體初始固結(jié)沉降及初始應(yīng)力的影響。通過分荷載步求解來模擬施工工程。計算模型的網(wǎng)格劃分為六節(jié)點三角形單元。部分計算參數(shù)由以往大量同類工程實測數(shù)據(jù)反分析求得。3.2 計算模型及計算結(jié)果 總應(yīng)力圖、地鐵間隧道水平位移圖、地鐵區(qū)間隧道豎向位數(shù)圖、地鐵區(qū)間隧道總位移圖，如圖1、2、3、4 所示。 經(jīng)有限元計算分析，基坑卸載開挖對軌道交通 M1 線區(qū)間隧道產(chǎn)生的附加變形影響的計算結(jié)果為：最大水平位移 5.92 mm，最大豎向位移5.71 mm，最大總位移 8.15 mm。4 應(yīng)用效果 經(jīng)計算復(fù)核，基坑開挖卸載后，對鄰近軌道交通 M8 線區(qū)間隧道附加變形影響預(yù)估值為 8.15 mm。基坑開挖后，實際變形為 5.3 mm。本工程基坑開挖卸載后對軌道交通 M8 線區(qū)間隧道產(chǎn)生一定的附加變形影響，卸載后坑底隆起對變形隧道影響后，鄰地鐵側(cè)采用放坡、設(shè)拋撐來控制變形保護(hù)地鐵隧道。為保護(hù)地鐵設(shè)施特采用如下措施： （1）鄰地鐵側(cè)的坑底進(jìn)行加固，由墩式分塊加固改為裙邊式整體加固。 （2）拋撐的設(shè)置改為設(shè)置水平支撐以有效控制變形。 （3）鄰地鐵側(cè)采用 Ф700@1000 鉆孔灌注樁剛度進(jìn)行加強。 （4）施工中應(yīng)采取一定的措施控制 4 排 Ф700雙軸攪拌樁的施工的擠土擾動對地鐵隧道的影響，將雙軸攪拌樁改為擠土效應(yīng)相對較小的 SMW工法攪拌樁，從而減小了攪拌樁施工對地鐵隧道的影響。 （5）本基坑平行地鐵長度約 60 m，結(jié)合底板后澆帶分塊開挖基坑施工底板，從而減小一次性大面積開挖卸載對地鐵隧道產(chǎn)生的附加變形影響。［參 考 文 獻(xiàn)］［1］GBJ50007- 2002,建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范［S］.［2］JGJ120- 99,建筑基礎(chǔ)工程技術(shù)規(guī)程［S］.［3］GB50010- 2002,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.
