開挖進(jìn)尺對豎井開挖影響研究

彭小光

（深圳市利源水務(wù)設(shè)計(jì)咨詢有限公司 廣東深圳 518000）

1 工程概況

1.1 豎井周邊建筑場地

某豎井位于某市沿江東路某酒店和某大橋交匯地帶，北側(cè)為沿江東路，西側(cè)為某酒店，東側(cè)為某大橋，南側(cè)為水源充沛的某河流。豎井基坑為開挖直徑13.6m圓形井，開挖深度為40.2m。圓井底部通過礦山隧道與盾構(gòu)隧道相連，作為盾構(gòu)區(qū)間到達(dá)井。

1.2 建筑場地地質(zhì)及支護(hù)結(jié)構(gòu)概況

如表1所示為建筑場地各土層及支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算指標(biāo)情況表。

表1 建筑場地各土層及其設(shè)計(jì)計(jì)算指標(biāo)情況

2 建立模型

2.1 模型尺寸及邊界確定

依據(jù)豎井的影響范圍、深度、支護(hù)形式來確定模型的整體尺寸為150m×150m×120m，圓井的設(shè)計(jì)尺寸為φ8.5m，開挖深度為40.2m。本模型根據(jù)實(shí)際工程情況設(shè)置共有五層土，每層土的土層參數(shù)以及厚度見表1，其中地下水位標(biāo)高為-3.5m，整體模型見圖1所示。

圖1 三維有限元數(shù)值模型

2.2 本構(gòu)模型的確定及網(wǎng)格劃分

為保證計(jì)算結(jié)果精度，劃分網(wǎng)格前先對各個構(gòu)件進(jìn)行單元尺寸播種，對離圓井的較近土體進(jìn)行線性梯度播種，使重點(diǎn)分析部分網(wǎng)格密集，遠(yuǎn)離圓井及支護(hù)結(jié)構(gòu)的土體網(wǎng)格相對稀疏，以在保證計(jì)算精度的同時，提高計(jì)算效率，節(jié)省計(jì)算時間；對于實(shí)體采用混合網(wǎng)格對模型單元進(jìn)行劃分，計(jì)算單元數(shù)為101254個，為大型計(jì)算分析模型。其中將各天然土層、管棚預(yù)注漿加固區(qū)、超前小導(dǎo)管預(yù)注漿加固區(qū)及旋噴樁等效加固區(qū)設(shè)置3D單元，抽水泵站底板、側(cè)墻及支護(hù)結(jié)構(gòu)中的初期支護(hù)等效成2D板單元，錨桿設(shè)置成1D單元，注漿加固區(qū)通過改變土層屬性來改變。

3 不同開挖進(jìn)尺對豎井開挖影響研究

3.1 不同開挖進(jìn)尺對豎井地面沉降影響研究

分別模擬砂層開挖進(jìn)尺分別采取0.5m、1m、1.5m、2m的情況。本工程中因?yàn)樯皩拥臐B水比較嚴(yán)重，對豎井開挖影響比較大，故本小節(jié)只對砂層開挖完成后地表沉降及圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移進(jìn)行對比分析。如圖2所示為不同開挖進(jìn)尺下距離豎井邊緣距離地表沉降的變化情況。

圖2 不同開挖進(jìn)尺厚度地表沉降變化曲線

如圖2所示，不同的開挖進(jìn)尺作用下，地表沉降值隨著距離豎井邊緣距離變先減小后增大，隨著開挖進(jìn)尺的增大，地表沉降值不斷增大，當(dāng)開挖進(jìn)尺為0.5m時，地表沉降值最小，為-1.71mm；當(dāng)開挖進(jìn)尺為1.0m時，地表沉降值較0.5m的開挖進(jìn)尺增加35%；當(dāng)開挖進(jìn)尺為1.5m時，地表沉降值較0.5m的開挖進(jìn)尺增加76%；當(dāng)開挖進(jìn)尺為2.0m時，地表沉降值較0.5m的開挖進(jìn)尺增加162%。

3.2 不同開挖進(jìn)尺對豎井圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形影響研究

如圖3所示，隨著開挖進(jìn)尺的增大，圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移不斷增大，當(dāng)開挖進(jìn)尺為0.5m時，水平位移值最小；當(dāng)開挖進(jìn)尺為1.0m時，圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移值較0.5m的開挖進(jìn)尺增加31.1%；當(dāng)開挖進(jìn)尺為1.5m時，水平位移值較0.5m的開挖進(jìn)尺增加57.7%；當(dāng)開挖進(jìn)尺為2.0m時，地表沉降值較0.5m的開挖進(jìn)尺增加111.1%。

圖3 不同開挖進(jìn)尺厚度圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移變化情況

4 結(jié)論

從以上曲線圖趨勢可知，必須嚴(yán)格控制好開挖進(jìn)尺才能保證豎井的開挖安全。針對豎井開挖工程，當(dāng)開挖進(jìn)尺為0.5m時，豎井開挖較為安全，但工期拖得較長，施工較為保守，而采用開挖進(jìn)尺1m進(jìn)行開挖時，最大沉降值為2.35mm，水平位移值為5.9mm，屬于在較為安全值，而開挖及進(jìn)尺為1.5m及2m時地表沉降值及水平位移值較大，豎井開挖過程中存在一定安全隱患，故從工期及節(jié)約成本考慮采用開挖進(jìn)尺長度為1m。