基于ABAQUS的某地下綜合管廊明挖基坑變形研究

朱熙珊 楊嚴祿

（1.長江大學，湖北 荊州 434020；2.武漢博宏建設有限公司，湖北 武漢 430000）

隨著城市經濟的快速發展、城市規模的擴大、以及城市化進程的不斷加深，導致城市空間擁擠、交通堵塞、環境污染、生態失調、基礎設施不足等城市綜合問題日益突出，影響著城市化的進程以及社會經濟的正常運行。研究人員為了解決這個問題，大力發展建設“共同溝”，即所謂的地下綜合管廊。地下綜合管廊就是“地下城市管道綜合走廊”，即將兩種以上的城市管線集中設置于同一人工空間中，所形成的一種現代化、集約化的城市基礎設施。

1 有限元模型的建立

1.1 工程概況

武漢市某城市干線綜合管廊，全長約5.6km,全程采用雙艙斷面，主體結構為現澆鋼筋混凝土箱形結構。管廊試驗段長180m，典型斷面尺寸8.6m×7m,基坑開挖深度約7m。經過專家多次論證，對基本方案的技術、經濟、工期要求比較，本工程試驗段選定長螺旋成孔灌注樁對基坑進行支護。

1.2 基坑建模過程

考慮到基坑兩側呈對稱分布，故只選取一側建立平面模型，可以有效提高計算效率，并根據基坑的實際平面尺寸進行建模。為了更好的模擬真實情況，需要對邊界條件進行定義，使其某一部分固定或位移值給定。在對模型靜態分析中，需要避免會導致計算不收斂的剛體位移。因此，在分析之前，需要對模型施加足夠的邊界條件。根據地勘報告提供的地質資料，輸入模擬過程所需各土層的力學參數。

2 ABAQUS模擬所得基坑變形結果分析

通過ABAQUS建模，得到的基坑豎向位移云圖見圖1。

圖1 基坑豎直方向位移云圖

由圖1可知，基坑的豎向位移從邊坡頂向基坑內側和豎直方向呈現出圓弧狀的層狀分布，且位移值逐漸遞減。最大沉降量集中分布于邊坡底面和坡頂垂分面所形成的近似矩形區域，且由基坑一側向外，相鄰兩個豎向位移云圖分界面上移，表明離基坑越遠，受基坑開挖影響產生的附近地面沉降量越小。基坑開挖影響范圍為坡頂向外延伸15m左右，和基坑監測要求的范圍非常吻合。最大沉降量約為21mm，處于邊坡外側正下方，最小沉降量位于基坑底所在平面，不足2mm，最大最小沉降量相差很大，地表沉降變形更加明顯。

3 ABAQUS模擬結果和現場監測數據對比研究

有限元分析調取了該基坑工程8月6日至8月30日的現場監測數據，以三天為一小段，將ABAQUS模擬的結果和現場監測數據作對比，繪制模擬和實際的基坑沉降變形隨時間變化的曲線圖，如圖2所示：

圖2 基坑豎向位移實際監測值與模擬計算值對比

基坑邊坡頂土體豎向位移的理論模擬值與實際監測值的曲線整體變化趨勢基本一致，整個過程中實際監測值恒大于理論模擬值。開挖之初，二者非常接近，隨著基坑不斷開挖，理論值明顯小于實際監測值，兩者保持3mm以內的差值，直到開挖完成前6天左右，差值急劇擴大至5mm之多。出現上述現象是因為在用ABAQUS進行數值模擬時，缺少對實際工況下時間效應的考量。在基坑的實際施工過程中，在所受荷載作用保持恒定的狀況下，基坑的變形會隨時間的增加不斷增大。在進行有限元分析時，對于基坑的開挖，均未考慮時間效應，故忽略了其影響作用，但兩者的誤差在允許范圍之內。

4 結語

本文借助ABAQUS軟件對武漢市某地下綜合管廊工程試驗段明挖基坑展開數值模擬，研究基坑在開挖過程中的沉降變形規律，并將數模結果和現場監測數據作對比，結論如下：

基坑的沉降變形主要集中產生于邊坡坡頂的法平面與邊坡坡底處所在水平面圍成的矩形區域內，區域寬約為15m,和基坑監測方案所規定的監測范圍非常接近，側面印證了數模的正確性。實際監測所得最大沉降量為26mm,超出理論模擬值5mm左右。差值較大的原因是在進行數值模擬時，基坑開挖過程中仍然受到無法量化用于數模的因素影響，此外，不可避免地受監測方法、監測儀器精度、監測人員綜合素質等因素的干擾，但誤差仍處于允許范圍之內，能從宏觀上反映出基坑開挖過程中豎向位移的變化規律。