交叉施工基坑安全間距數值模擬研究

周培嬌 楊章財

（1.浙江同濟科技職業學院，浙江 杭州 311231；2.杭州運河集團建設管理有限公司，浙江 杭州 310015）

1 引言

基坑工程為地下工程施工創造條件，隨著城市用地越來越緊張，兩個或多個基坑存在交叉施工的情況（含同一項目分區、分時段開挖）尤為突出。學者們利用有限元軟件通過改變基坑間距進行數值模擬，發現基坑間距d 與基坑深度h 之間存在一定的規律：當d＞4h 時，水平位移、豎向位移均出現變化，呈現以坑間土中心線對稱的現象，此時，與不受交叉施工影響的獨立基坑基本類似；當d＜2h時，水平位移、豎向位移和坑間隆起影響顯著；當d 介于2～4h 之間時，安全間距存在差異。也有一些學者對鄰近基坑同步施工后產生的影響進行了實測分析，研究顯示，實際施工時，深層土體位移變化規律在單基坑和鄰近的雙基坑中差異較大。在實際工程中，基坑所在的土質有所不同，對其開挖時基坑支護后部出現影響區域，范圍在基坑深度的2～4倍之間。在不同土質中，呈三角形分布的沉降包線存在于各土質下的墻后沉降影響區。不同土質的墻后影響區范圍不同：砂土為2H、黏土為3H。此外，在進行數值模擬時發現，當兩個基坑深度相同時，采用二維和三維模擬結果，隨著基坑形狀不同而出現偏差，基坑長寬比＜3 時，二維模擬結果偏大。

2 模型建立

采用Midas/GTS 數值模擬，通過比較前人做法，確定模型選用摩爾-庫倫，假設土是理想彈塑性材料，圍護和支撐體系為彈性體，墻和土體的變形保持位移協調，不考慮剪脹性，根據土層分布特點，設計參數見表1。

表1 土層參數取值表

尺寸均為長20m、寬20m、深10m，排樁支護，空間模型如圖1 所示。

圖1 空間建模圖

3 工況設計

本文在前人研究基礎上，對于基坑間距為d=2.5h 和d=2h 兩種情況，取三個不同的施工時段，模擬并分析在不同開挖深度下，已建基坑受新挖基坑的影響，見表2。

表2 工況設計

4 當d=2h 時模擬結果與分析

既有基坑A 與正在開挖基坑B 為相鄰基坑，A基坑中①和②位置分別處于同一深度的非臨近側和臨近側，A 基坑中③位于臨近側角點，A 基坑④位置處于基坑中心線上。當d=2h 時，分析B 基坑開挖對基坑A 中①和②兩位置的側向位移影響結果。如圖3 所示，基坑A 中①和②位置側向位移在深度方向有著先增后減的趨勢，0.5h 位置處變形到達最大值；基坑A 位置①隨著基坑B 施工，向基坑B 側向位移發展，位置②出現坑壁土體回彈。當d=2h 時，分析B 基坑開挖對基坑A 中③和④兩位置的側向位移影響結果。如圖4 所示，基坑變形具有空間效應，同時在0.5h 附近達到變形的最大值。位置④的側壁位移可變形具協調性。

圖3 基坑A 位置①和②側向位移（d=2h）

圖4 基坑A 位置③和④側向位移（d=2h）

5 當d=2.5h 時模擬結果與分析

同樣有既有基坑A 與正在開挖基坑B 為相鄰基坑，間距從2h 擴大到2.5h，通過維數值模擬發現，兩個間距下變形規律一致。為了更直觀地得到既有基坑A 受正在開挖基坑B 的側向位移的影響結果，對比分析了在基坑B 不同的開挖深度下，基坑A ①和②位置的最大側向位移的結果。如圖5、圖6 所示，d=2h 和d=2.5h 兩種間距下，有著相同的變化趨勢。隨著深度的增加，最大側向位移值基本呈線性增加；兩種工況下，最大側向位移值相差較小。

圖5 不同基坑間距基坑A 位置①最大位移

圖6 不同基坑間距基坑A 位置②最大位移

6 結語

應用有限元數值模擬實際工程中相鄰基坑進行開挖的工況，研究相鄰基坑間的相互影響，由此得出結論：

（1）臨近基坑非同步開挖，新開挖基坑對臨近既有基坑影響不容忽視。已建基坑的臨近側和非臨近側出現不同的變化，新基坑的開挖會使已建基坑的非相臨近坑壁側向變形逐漸向新基坑方向發展，相鄰側坑壁土體會出現回彈，且基坑變形存在空間效應。

（2）基坑間距d=2～2.5h 時，臨近基坑施工受開挖間距影響較小。