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，闡述了基礎支護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果。［關鍵詞］ 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。場地內擬建的 1、2 號樓為地上 27 層，擬建的商業會所為地上兩層，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。場地東側西藏南路下有軌道交通 M8 線區間隧道穿過，商業會所基坑鄰近隧道，區間隧道邊距圍護體邊約 11.5 m。1.1 基坑概況 場地標高：工程±0.00 相當于挖+4.30，自然地面相對標高為- 0.90。 基坑開挖深度：根據上海眾誼建筑設計有限公司所提供的設計資料，本工程地鐵側基坑開挖深度為 4.95 m。 基坑 支 護 類 型 ： 基 坑 地 鐵 側 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：地鐵側設一道斜拋鋼撐，撐于中部先行開挖形成的底板上。基坑地鐵側設置雙軸攪拌樁墩式加固。1.2 鄰近軌道交通設施概況 場地東側西藏南路下有軌道交通 M8 線區間隧道穿過，商業會所基坑鄰近隧道，區間隧道邊距圍護體邊約 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，將會對地鐵區間 @道產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行預估分析。2 地質條件 本工程土層的物理力學性質如表 1 所示。
3 基坑支擴開挖彈塑性有限元計算分析及結果［1～3］3.1 計算方法及原理 為了較準確的反映基坑開挖卸載對地鐵區間隧道產生的附加變形影響，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 空間范圍內的土體，根據以往工程經驗和實測數據，以及工程的規模，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特性。 圍護體及隧道均通過輸入等效的 EA 及 n 等參數來模擬其力學特性。通過輸入合理的接觸面參數來模擬結構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沉降及初始應力的影響。通過分荷載步求解來模擬施工工程。計算模型的網格劃分為六節點三角形單元。部分計算參數由以往大量同類工程實測數據反分析求得。3.2 計算模型及計算結果 總應力圖、地鐵間隧道水平位移圖、地鐵區間隧道豎向位數圖、地鐵區間隧道總位移圖，如圖1、2、3、4 所示。 經有限元計算分析，基坑卸載開挖對軌道交通 M1 線區間隧道產生的附加變形影響的計算結果為：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 應用效果 經計算復核，基坑開挖卸載后，對鄰近軌道交通 M8 線區間隧道附加變形影響預估值為 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 線區間隧道產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，鄰地鐵側采用放坡、設拋撐來控制變形保護地鐵隧道。為保護地鐵設施特采用如下措施： （1）鄰地鐵側的坑底進行加固，由墩式分塊加固改為裙邊式整體加固。 （2）拋撐的設置改為設置水平支撐以有效控制變形。 （3）鄰地鐵側采用 Ф700@1000 鉆孔灌注樁剛度進行加強。 （4）施工中應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生的附加變形影響。［參 考 文 獻］［1］GBJ50007- 2002,建筑地基基礎設計規范［S］.［2］JGJ120- 99,建筑基礎工程技術規程［S］.［3］GB50010- 2002,混凝土結構設計規范［S］.
3 基坑支擴開挖彈塑性有限元計算分析及結果［1～3］3.1 計算方法及原理 為了較準確的反映基坑開挖卸載對地鐵區間隧道產生的附加變形影響，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 空間范圍內的土體，根據以往工程經驗和實測數據，以及工程的規模，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特性。 圍護體及隧道均通過輸入等效的 EA 及 n 等參數來模擬其力學特性。通過輸入合理的接觸面參數來模擬結構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沉降及初始應力的影響。通過分荷載步求解來模擬施工工程。計算模型的網格劃分為六節點三角形單元。部分計算參數由以往大量同類工程實測數據反分析求得。3.2 計算模型及計算結果 總應力圖、地鐵間隧道水平位移圖、地鐵區間隧道豎向位數圖、地鐵區間隧道總位移圖，如圖1、2、3、4 所示。 經有限元計算分析，基坑卸載開挖對軌道交通 M1 線區間隧道產生的附加變形影響的計算結果為：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 應用效果 經計算復核，基坑開挖卸載后，對鄰近軌道交通 M8 線區間隧道附加變形影響預估值為 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 線區間隧道產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，鄰地鐵側采用放坡、設拋撐來控制變形保護地鐵隧道。為保護地鐵設施特采用如下措施： （1）鄰地鐵側的坑底進行加固，由墩式分塊加固改為裙邊式整體加固。 （2）拋撐的設置改為設置水平支撐以有效控制變形。 （3）鄰地鐵側采用 Ф700@1000 鉆孔灌注樁剛度進行加強。 （4）施工中應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生的附加變形影響。［參 考 文 獻］［1］GBJ50007- 2002,建筑地基基礎設計規范［S］.［2］JGJ120- 99,建筑基礎工程技術規程［S］.［3］GB50010- 2002,混凝土結構設計規范［S］.
