摘要 為保障非對(duì)稱(chēng)荷載下多開(kāi)挖深度基坑及周?chē)ㄖ陌踩c穩(wěn)定，文章以溫州市區(qū)內(nèi)某下穿隧道明挖深基坑為例，開(kāi)展了非對(duì)基坑開(kāi)挖對(duì)周?chē)h(huán)境的影響研究。首先，采用FLAC3D數(shù)值模擬軟件建立了非對(duì)稱(chēng)荷載、多開(kāi)挖深度基坑的典型斷面的分析模型；然后，模擬了非對(duì)稱(chēng)基坑的開(kāi)挖過(guò)程，揭示了開(kāi)挖區(qū)深度、建筑荷載大小及建筑坑邊距等因素對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和周?chē)ㄖ镒冃蔚挠绊懸?guī)律。研究結(jié)果表明，非對(duì)稱(chēng)荷載下多開(kāi)挖深度基坑開(kāi)挖時(shí)，靠近建筑側(cè)的開(kāi)挖深度增加將引起支護(hù)樁水平變形和建筑沉降的顯著增大，同時(shí)靠近建筑側(cè)支護(hù)樁的最大水平變形位置下移；建筑荷載增加時(shí)，靠近建筑側(cè)的基坑支護(hù)樁的水平位移增加，遠(yuǎn)離建筑側(cè)的基坑支護(hù)樁水平位移減小，建筑的沉降變形隨建筑荷載近似成線性增加；建筑坑邊距增加導(dǎo)致靠近建筑側(cè)支護(hù)樁水平位移的減小，而遠(yuǎn)離建筑側(cè)支護(hù)樁水平位移則增大；建筑的沉降變形隨建筑坑邊距增加逐漸減小，但減小的趨勢(shì)逐步放緩。

關(guān)鍵詞 基坑開(kāi)挖；非對(duì)稱(chēng)荷載；多開(kāi)挖深度；圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形；建筑變形

中圖分類(lèi)號(hào) TU997 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2024）24-0082-03

0 引言

地下隧道基坑開(kāi)挖過(guò)程中，不僅要保證基坑自身的安全與穩(wěn)定，還要有效地控制基坑周?chē)耐馏w變形，以防發(fā)生建筑沉降變形、道路開(kāi)裂、管道變形等工程事故。同一個(gè)基坑根據(jù)周?chē)ㄖ锓植记闆r及不同功能需求，可能會(huì)出現(xiàn)開(kāi)挖深度不同及建筑荷載非對(duì)稱(chēng)分布的情況，從而形成非對(duì)稱(chēng)基坑[1-6]。已有的基坑實(shí)測(cè)結(jié)果表明，非對(duì)稱(chēng)基坑的開(kāi)挖對(duì)周?chē)馏w和圍護(hù)結(jié)構(gòu)往往有更大的擾動(dòng)，嚴(yán)重威脅基坑及周?chē)ㄖ锏陌踩院头€(wěn)定性，不同文獻(xiàn)針對(duì)不同工況進(jìn)行專(zhuān)題研究，獲得相應(yīng)成果[7-14]。溫州地區(qū)富含深厚軟土地層，土體含水量高、強(qiáng)度低、壓縮性強(qiáng)，且易于擾動(dòng)。因此本地區(qū)對(duì)非對(duì)稱(chēng)基坑的開(kāi)挖過(guò)程的變形規(guī)律進(jìn)行研究，以保證基坑及周?chē)ㄖ锏陌踩?，具有必要性?/p>

該文以溫州某明挖隧道基坑工程典型斷面為例，建立存在兩種開(kāi)挖深度的基坑數(shù)值分析模型，研究基坑開(kāi)挖過(guò)程中周?chē)ㄖ菍?duì)稱(chēng)分布及開(kāi)挖深度對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)和周?chē)ㄖ锏淖冃?，以及附近土體應(yīng)力的變化規(guī)律。該研究成果將為類(lèi)似深基坑的支護(hù)工程設(shè)計(jì)、開(kāi)挖方案設(shè)計(jì)和施工提供參考。

1 工程概況

該明挖隧道工程現(xiàn)場(chǎng)位于溫州市望江路，西起朔門(mén)大廈，東至海港大廈，隧道全長(zhǎng)約1 070 m。明挖區(qū)域基坑沿線左側(cè)為人行廣場(chǎng)，右側(cè)為居民房屋和名人故居等建筑，如圖1所示。該區(qū)域建筑物布局密集，基礎(chǔ)多為淺基礎(chǔ)，且距離基坑邊線較近，其中最近距離約為2.7 m，受基坑開(kāi)挖影響較大。

2 模擬工況

考慮基坑的不同開(kāi)挖深度，該文的數(shù)值模擬共對(duì)如下4種工況進(jìn)行計(jì)算：工況1，開(kāi)挖區(qū)1的開(kāi)挖深度H1和開(kāi)挖區(qū)2的開(kāi)挖深度H2均為8.0 m；工況2，H1=10.4 m，H2=8.0 m；工況3，H1=8.0 m，H2=10.4 m；工況4，H1=8.0 m，H2=12.0 m。

為分析周?chē)ㄖ奢d大小及坑邊距的影響，針對(duì)工況2分別開(kāi)展荷載L為30 kPa、37.5 kPa、45 kPa、60 kPa，坑邊距S為2.7 m、5.0 m、7.5 m、10 m的數(shù)值模擬分析。

3 計(jì)算結(jié)果與分析

3.1 開(kāi)挖過(guò)程中的典型結(jié)果分析

工況2條件下基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況如圖2所示。由圖2可知，在開(kāi)挖過(guò)程中，隨著深度的增加，支護(hù)樁的水平位移先增加后逐漸減小。在開(kāi)挖深度KW分別為6.4 m和8.0 m時(shí)，基坑實(shí)際為對(duì)稱(chēng)開(kāi)挖，支護(hù)樁的變形近似對(duì)稱(chēng)分布；但由于基坑左側(cè)存在建筑荷載，致使左側(cè)的支護(hù)樁變形大于右側(cè)。當(dāng)開(kāi)挖深度進(jìn)一步增加時(shí)，左側(cè)不再開(kāi)挖，而右側(cè)則繼續(xù)開(kāi)挖至10.4 m，右側(cè)支護(hù)樁的變形增大。

為進(jìn)一步分析支護(hù)樁的最大變形，不同開(kāi)挖深度下支護(hù)樁的最大變形統(tǒng)計(jì)如表1所示。由表1可知，隨著開(kāi)挖深度的增加，右側(cè)支護(hù)樁的最大水平位移逐漸增大；而左側(cè)支護(hù)樁的最大水平位移在開(kāi)挖至8.0 m之前逐漸增加；開(kāi)挖至8.0 m后，僅對(duì)基坑右側(cè)進(jìn)行開(kāi)挖，而左側(cè)支護(hù)樁的最大水平位移變化不大。開(kāi)挖深度由6.4 m增加至10.4 m時(shí)，S1，max增長(zhǎng)了57.8%，S2，max增長(zhǎng)了130%。

基坑的開(kāi)挖改變了土層原有的應(yīng)力場(chǎng)，最直接的表現(xiàn)為周?chē)ㄖ锇l(fā)生沉降變形。圖3給出了靠近基坑側(cè)和遠(yuǎn)離基坑側(cè)建筑沉降隨開(kāi)挖深度的變化趨勢(shì)圖。從圖3可以看出，建筑兩側(cè)的沉降變形隨著基坑開(kāi)挖深度的增加而呈增加的趨勢(shì)；但遠(yuǎn)離基坑側(cè)的建筑沉降較小，靠近基坑側(cè)的建筑沉降大于遠(yuǎn)離基坑側(cè)的沉降。開(kāi)挖至8.0 m，繼續(xù)開(kāi)挖基坑右側(cè)時(shí)，建筑的沉降變形趨于平緩。

圖3 工況2開(kāi)挖過(guò)程中基坑周?chē)ㄖ两底冃?/p>

3.2 對(duì)開(kāi)挖深度的影響分析

不同開(kāi)挖工況下，支護(hù)樁的水平位移曲線和最大位移統(tǒng)計(jì)表分別如圖4和表2所示。由圖4可知，當(dāng)開(kāi)挖區(qū)1與開(kāi)挖區(qū)2的開(kāi)挖深度均為8.0 m時(shí)，基坑成對(duì)稱(chēng)開(kāi)挖，左右支護(hù)樁的水平位移成對(duì)稱(chēng)分布。當(dāng)開(kāi)挖區(qū)2的深度不變，而開(kāi)挖區(qū)1的深度增大時(shí)，左側(cè)支護(hù)樁的變形減小，右側(cè)支護(hù)樁的變形增大11.2%。當(dāng)開(kāi)挖區(qū)1的深度不變，開(kāi)挖區(qū)2的深度增加時(shí)，左側(cè)支護(hù)樁的水平變形顯著增大。開(kāi)挖區(qū)2的深度由8. 0m分別增加至10.4 m

和12.0 m時(shí)，左側(cè)支護(hù)樁的變形分別增加16.6%和24.3%；同時(shí)，當(dāng)開(kāi)挖區(qū)2的深度增加至12.0 m時(shí)，左側(cè)支護(hù)樁的最大水平位移的位置點(diǎn)向下移動(dòng)。對(duì)于右側(cè)支護(hù)樁，其向基坑內(nèi)部的最大水平位移隨開(kāi)挖區(qū)2開(kāi)挖深度的增加逐漸減小。由表2還可看出，當(dāng)開(kāi)挖區(qū)1的深度增加時(shí)，支護(hù)樁的變形差異由32.2%減小至30.4%；當(dāng)開(kāi)挖區(qū)2的深度增加時(shí)，支護(hù)樁的變形差異由32.2%增加至56.4%，表明當(dāng)多開(kāi)挖深度基坑周?chē)嬖诜菍?duì)稱(chēng)的建筑荷載時(shí)，靠近建筑側(cè)的開(kāi)挖深度對(duì)支護(hù)樁的水平變形影響較大，應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行安全設(shè)計(jì)和監(jiān)測(cè)。

4 結(jié)論

該文以溫州某明挖隧道基坑工程典型斷面為例，基于FLAC3D的數(shù)值模擬方法，探究了非對(duì)稱(chēng)荷載下多開(kāi)挖深度的基坑開(kāi)挖對(duì)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和周?chē)ㄖ镒冃蔚挠绊?，詳?xì)分析了開(kāi)挖區(qū)深度、建筑荷載大小及建筑坑邊距對(duì)變形的影響規(guī)律，得到如下結(jié)論：

（1）當(dāng)基坑存在多種開(kāi)挖深度且建筑荷載非對(duì)稱(chēng)地分布在基坑兩側(cè)時(shí)，靠近建筑側(cè)的開(kāi)挖深度對(duì)支護(hù)樁水平變形和建筑沉降影響較大；同時(shí)，靠近建筑側(cè)開(kāi)挖深度的增加致使該側(cè)支護(hù)樁的最大水平變形位置下移。

（2）當(dāng)建筑荷載增加時(shí)，靠近建筑側(cè)的基坑支護(hù)樁的水平位移增加，而遠(yuǎn)離建筑側(cè)的基坑支護(hù)樁水平位移減??；建筑的沉降變形隨建筑荷載近似成線性增加。

（3）建筑坑邊距增加導(dǎo)致靠近建筑側(cè)支護(hù)樁水平位移減小，遠(yuǎn)離建筑側(cè)支護(hù)樁水平位移增大，建筑坑邊距的影響明顯小于建筑荷載。建筑的沉降變形隨建筑坑邊距增加而逐漸減小，但減小的趨勢(shì)逐步放緩。

該研究成果將為類(lèi)似深基坑的支護(hù)工程設(shè)計(jì)、開(kāi)挖方案設(shè)計(jì)和施工提供參考。

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