基坑開挖卸載對周邊地下管線影響分析

甄 亞 彬

(上海千年城市規劃工程設計股份有限公司，上海 201108)

?

基坑開挖卸載對周邊地下管線影響分析

甄 亞 彬

(上海千年城市規劃工程設計股份有限公司，上海 201108)

基于PLAXIS軟件，分析了某基坑開挖卸載對其周邊地下管線的影響，預測了基坑開挖過程中周邊管線的變形值，并對該基坑圍護方案進行了評價，提出了一些改進建議，為下一步工作提供依據和參考。

基坑開挖，地下管線，圍護結構，PLAXIS

1 工程概況

本工程地下建筑面積為44 835 m2，經過現場踏勘和相關設計資料的收集，確定在本基坑東側虹中路下有φ700 mm的雨水管、φ400 mm的污水管和φ300 mm的給水管，在本基坑南側程家橋支路下有φ300 mm的給水管和φ400 mm的污水管。各個管線的材質及其距基坑開挖邊線的距離見表1。

表1 管線信息匯總表

虹中路地下管線距基坑距離較近，本文基于PLAXIS軟件，重點模擬分析虹中路側基坑圍護方案在實施時對地下雨水管、污水管和給水管的影響。

2 基坑圍護方案

2.1 基坑概況和等級

基坑開挖面積45 732 m2，圍護周長877 m。場地整平地坪絕對標高為4.10 m，基坑一般挖深4.75 m，承臺處挖深5.35 m，本工程基坑安全等級為三級，環境保護等級為三級。

2.2 基坑圍護結構

根據場地空間的條件，虹中路側的主要圍護結構分為兩種類型，第一種類型為φ700@500 mm的雙軸攪拌樁重力式圍護體系，圍護墻的寬度為4.2 m，圍護墻的樁長為11.5 m，墻頂內插φ12 mm的鋼筋和φ48×3 mm鋼管來增加墻體的整體剛度，鋼筋和鋼管的長度分別為1.5 m和7.5 m，圍護結構剖面圖如圖1所示。

第二種類型為φ700@500 mm的雙軸攪拌樁+內插H500×300 mm型鋼(插一跳一)圍護體系，內插型鋼有效的長度為11.5 m，并施加一道φ609×16 mm的鋼管支撐，坑底采用φ700@500 mm的雙軸攪拌樁進行坑底加固，加固深度為4.0 m，加固寬度為4.0 m，圍護結構剖面圖如圖2所示。

3 數值模擬分析

本文采用PLAXIS軟件建立平面對前文所述的兩種圍護結構形式進行數值模擬分析。將圍護結構體系簡化為平面應變模型，根據王衛東等[1-4]的研究成果及工程經驗，確定土體的本構模型為HS-Small模型，其所對應的力學參數如表2所示。

根據剛度等效原理，將內插型鋼等效為等剛度的地連墻，采用板單元模擬，鋼支撐和換撐均采用錨錠桿單元進行模擬，排水管道均用板單元進行模擬，各結構的物理力學參數如表3所示。

有限元模型的尺寸為100 m×35 m，豎向邊界約束水平方向位置，底面為固定邊界，土體采用15節點三角形單元，底部邊界和右側邊界的滲流路徑為關閉，斷面有限元計算模型如圖3所示。

表2 土層土體HS-Small模型參數

土層名稱層厚mγkN/m3c'kPaf'(°)ψ(°)Eref0edMPaEref50MPaErefurMPaGref0MPa②1粉質粘土3.518.65300306936832.15E+048.59E+04③淤泥質粉質粘土3.717.23280218726241.53E+046.12E+04④淤泥質粘土12.417.14250213325601.49E+045.97E+04⑤1粘土7.317.46290264631751.85E+047.41E+04⑤2砂質粉土1.918.52333860086003.44E+041.72E+05⑤3粉質粘土6.218.57310431151733.02E+041.21E+05

表3 結構參數

4 數值模擬計算結果分析

有限元計算中考慮了基坑開挖的分步實施，計入了土體變形的時空效應，經過計算可知，當圍護結構為重力式時，雨水管、污水管、給水管在基坑開挖到底的工況下變形最大，當圍護結構為土工法時，雨水管、污水管、給水管在基坑換撐工況下變形最大。

4.1 重力式圍護結構計算結果

當基坑開挖到底時，污水管的最大水平位移約為15.0 mm，最大垂直位移約為12.0 mm；雨水管的最大水平位移約為18.9 mm，最大垂直位移約為14.4 mm；給水管的最大水平位移約為21.2 mm，最大垂直位移約為19.5 mm，如圖4所示。

4.2 土工法圍護結構計算結果

當基坑開挖到底時，污水管的最大水平位移約為4.4 mm，最大垂直位移約為3.7 mm；雨水管的最大水平位移約為5.1 mm，最大垂直位移約為5.4 mm；給水管的最大水平位移約為10.0 mm，最大垂直位移約為8.9 mm，如圖5所示。

5 計算結果分析

雖然本基坑的設計方案通過了專家的評審，但通過計算結果可知，在同等的土力學參數條件下，由于土工法剛度比較大，土工法側的管線變形相對較小，排水管線的變形值未超過規范要求的報警值；在重力式圍護結構側的管線位移比較大，排水管線的變形值均超過了規范要求的報警值。兩種圍護體系的剛度相差較大，導致地下管線的變形值相差較大，建議施工單位在施工過程中嚴格遵循相應的規范規程，并加強地下管線變形的監測，對重力式圍護體系與土工法圍護體系連接段采取必要的加固和卸載措施，避免兩種圍護體系下過大的變形差異引起管線接頭的剪切破壞，對城市居民的正常生產生活產生不利的影響。

[1] 王衛東.上海地區基坑開挖數值分析中土體HS-Small模型參數的研究[J].巖土力學，2013，34(6)：1766-1774．

[2] 王衛東.基坑開挖數值分析中土體櫻花模型參數的試驗研究[J].巖土力學，2012，33(8)：2283-2289.

[3] 王衛東.基坑開挖卸載對地鐵區間隧道影響的豎直模擬[J].巖土力學，2004(25)：251-255.

[4] 王衛東.上海地區板式支護體系基坑變形預測簡化計算方法[J].巖土工程學報，2012，34(10)：1792-1800.

On analysis of influence of foundation pit’s excavation and unloading on surrounding underground pipelines

Zhen Yabin

(ShanghaiQiannianUrbanPlanningEngineeringDesignCo.,Ltd,Shanghai201108,China)

Based on PLAXIS software, the paper analyzes the influence of some foundation pit’s influence on surrounding underground pipelines, foretells the deformation value of the surrounding pipelines in the foundation pit excavation process, undertakes the evaluation suggestions of the foundation pit enclosure schemes, and points out some suggestions of the improvement, so as to provide some reference.

foundation pit excavation, underground pipeline, enclosure structure, PLAXIS

1009-6825(2016)16-0091-02

2016-03-23

甄亞彬(1987- )，男，碩士

TU463

A