盾構井圍護結構變形監測與數值模擬

摘要：以廣州市軌道交通十三號線一期工程夏園站～南崗站區間設置的盾構井兼軌排井深基坑為研究對象，制定了深基坑圍護結構變形監測方案，并且分析不同工況下圍護結構水平位移隨地連墻埋深變化規律。采用有限差分軟件FLAC3D對基坑開挖過程進行數值模擬，對比分析監測數據和圍護結構計算結果，同時對圍護結構進行優化分析。分析結果表明：地連墻加支撐和環框梁組成的圍護體系，能很好限制圍護結構變形，實際監測數據證明了數值模擬及參數選取的合理性。支撐位置的變化對圍護結構變形控制起重要作用，增大地連墻埋深可以減小圍護結構水平位移。

Abstract： Taking the deep foundation pit of shield well and track panel well in the section between Xiayuan Station and Nangang Station of Guangzhou Rail Transit Line 13 Phase I project as the research object， the deformation monitoring scheme of supporting structure of deep foundation pit was formulated， and the variation law of horizontal displacement of supporting structure with the buried depth of diaphragm wall under different working conditions was analyzed. The finite difference software FLAC3D was used to simulate the excavation process of the foundation pit. The monitoring data and the calculation results of the retaining structure were compared and analyzed. At the same time， the optimization analysis of the retaining structure was carried out. The analysis results show that： the supporting frame and the ring frame beam are very good to limit the deformation of the supporting structure. The rationality of numerical simulation and parameter selection is proved by the actual monitoring data. The change of supporting position plays an important role in the deformation control of supporting structure and increasing the buried depth of ground connection can reduce the horizontal displacement of supporting structure.

關鍵詞：深基坑;圍護結構;監測;數值模擬

Key words： deep excavation;supporting structure;monitor;numerical simulation

中圖分類號：TV551.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）22-0104-04

0? 引言

隨著地鐵的大規模建設，深基坑工程不斷出現，基坑的穩定性便成為基坑工程主要考慮問題。深基坑圍護結構變形是導致基坑事故的重要原因，國內外學者對深基坑施工過程變形規律進行了大量研究[1-3]。但由于基坑工程地質條件的復雜性，以及基坑計算方法和參數選取沒有統一規定，基坑圍護結構穩定性已成為設計和施工主要關注問題。基坑施工過程現場監測和數值模擬是研究基坑圍護結構變形規律的主要方法[4-6]，本文以盾構井深基坑為背景，制定監測布置方案，并采用數值模擬方法計算，將監測數據和計算結果對比分析，分析深基坑施工過程中圍護結構變形規律，并且對圍護結構進行優化分析，為類似深基坑工程提供參考借鑒。

1? 工程概況

本工程為廣州市軌道交通十三號線一期工程夏園站～南崗站區間設置的盾構井兼軌排井基坑，基坑位于廣海路與黃埔東路交口西北側，起始里程YDK49+813.705，終點里程為YDK49+875.106，盾構井為長61.4m，寬25.5m的長方形，主體結構為單層箱型框架，防水為結構全外包形式。基坑范圍內埋設眾多管線，盾構井北側有一個4層居民樓，其他建筑物距離較遠，附近為交通干線黃埔東路，交通繁忙。本盾構井基坑所處地貌形態為珠江三角洲沖積平原地貌，地形相對平緩，一般標高在7.75～8.74m之間。地層上部為人工雜填土，下部依次為淤泥質粉細砂、粉質粘土、含礫砂巖和泥質粉砂巖，會有砂土地震液化不良地質作用。地下水位較淺，標高平均為6.7m，雨季水位明顯上升，冬季有所下降，變化幅度在1.00～2.50m之間，地下水具有弱腐蝕性。

地連墻入土深度也是影響圍護結構的關鍵參數，原設計入土深10m，現在選取四種不同工況，入土深度分別為6m、8m、12m和14m。將四種不同工況下連續墻水平位移和原設計工況進行對比，對比曲線如圖6所示。

由圖6可知，地連墻不同入土深度下，圍護結構側移變形規律基本一致。入土深度減小到6m和8m時，最大側移明顯增大。入土深6m時，最大側移7.88mm，比原設計的6.8mm增大15.88%。入土8m時，最大側移7.24mm，比原設計增大6.47%，最大水平位移值均在20mm允許范圍內。入土深度增大到12m時，最大側移6.65mm，減小了2.21%。入土深14m時，最大側移6.57mm，減小了3.38%。因此，原設計地連墻入土深度滿足基坑穩定性要求，減小地連墻入土深度會導致側移增大，增大入土深度對控制地連墻水平位移作用很小。

5? 結論

①以廣州市軌道交通十三號線一期工程夏園站～南崗站區間設置的盾構井兼軌排井基坑為背景，制定了深基坑圍護結構監測項目和監測方案，并采用軟件對基坑開挖過程進行數值模擬分析。

②對比分析實際監測數據和數值計算結果，監測數據小于限制要求，說明圍護結構設計合理。監測數據和計算結果顯示，基坑圍護結構變形規律基本一致，說明數值模型建立和參數選取合理恰當。數值模擬可以預測基坑圍護結構變形規律，并且用于指導基坑設計和施工。

③通過對基坑圍護結構優化分析，發現改變支撐位置對圍護結構變形有重要影響。地下連續墻入土深度也對圍護結構變形有明顯作用，但單純的增大入土深度并不能有效減小側移，還會增加造價成本。

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作者簡介：萬匡迪（1999-），河北灤縣人，石家莊鐵道大學土木工程專業在讀。