相鄰基坑開挖的相互影響分析

摘要：以地鐵線路明挖區間基坑鄰近安置房基坑為背景，采用MIDAS/GTS軟件建立二維有限元模型，通過對比單側基坑開挖和雙側基坑開挖的施工工序及相鄰基坑間距等因素，分析相鄰基坑開挖時對各自本體基坑支護結構變形的影響，提出符合實際工程環境的開挖方案，為后續類似工程問題提供理論依據。

關鍵詞：相鄰基坑；施工工序；基坑間距；相互影響

0 " 引言

近年來，在市政工程、軌道交通地下空間開發利用方面，由于規劃條件、施工工期等因素引起的相鄰基坑施工問題越來越多。相對于單個基坑開挖的情況，兩個相鄰基坑施工時的相互影響變得復雜很多。在不同的基坑深度、施工工期和開挖工序條件下，基坑開挖不僅對自身基坑圍護結構產生影響，在相鄰基坑的相互影響之下，基坑圍護結構的變形情況也更為復雜，給基坑工程設計工作帶來一定困難。

目前，國內已有不少針對相鄰基坑同期施工問題的研究工作。徐芳超對比了不同基坑間距、施工工期等因素對圍護結構變形分析。陶東軍等研究了軟土地區相鄰基坑開挖對基坑圍護結構側移、地表沉降及支撐軸力的影響規律。張竹庭采用二維模型，計算分析了相鄰基坑鉸接區域土體的穩定性。葉建峰等探討了兩個相鄰基坑開挖破壞模式和失效機理。本文以地鐵線路明挖區間基坑鄰近安置房基坑為背景，應用二維有限元模型，對比分析不同的開挖工序及不同基坑間距下基坑圍護結構的變形規律，提出符合實際工程環境的開挖方案。

1 " 工程概況

某地鐵明挖區間基坑開挖深度26m，開挖寬度42m，圍護結構采用800mm地下連續墻，地下連續墻墻底深度37.5m。基坑內支撐采用直徑800mm壁厚20mm鋼管支撐，豎向共設置5道支撐，沿基坑寬度方向設置2排臨時立柱。

地鐵明挖區間基坑北側為安置房項目基坑。該基坑為不規則長方形，長度約120m，寬度約50m，開挖深度15m。基坑圍護結構為間距1400mm鉆孔灌注樁，樁底深度23m。基坑內支撐采用第一道直徑609mm壁厚16mm鋼管支撐，第二道和第三道直徑800mm壁厚16mm鋼管支撐，豎向共設置3道支撐，基坑中設置臨時立柱。地鐵明挖區間基坑與安置房基坑位置關系如圖1所示。

2 " 基坑數值模擬

2.1 " 模型概況

為了研究相鄰基坑因施工工序和基坑間距的相互影響問題，采用MIDAS/GTS NX有限元軟件建立二維平面應變數值模型，基坑尺寸及圍護結構采用其實際尺寸進行建模。為簡化計算模型，將安置房基坑近似看為矩形。為了盡可能減小邊界效應對計算模型的影響，將整個模型在水平和豎向進行拓展，整體模型尺寸為347m×107m，單元總數量9312，通過“鈍化”和“激活”模擬基坑開挖與圍護結構的施作，模型網格劃分如圖2所示。

2.2 " 材料參數

為方便計算分析，土層本構模型為“摩爾-庫倫”，地層參數根據勘察報告選取，為簡化模型，將性質相近的地層合并處理，土層參數如表1所示。

對于地下連續墻采用板單元模擬，圍護樁按照抗壓等效和抗彎等效采用板單元模擬，冠梁、鋼支撐、立柱樁及格構柱采用梁單元模擬。基坑圍護結構的各個構件均采用理想線彈性本構模型，鋼管泊松比取0.3，混凝土泊松比取0.2，各構件參數如表2所示。表2中φ表示鋼支撐外徑，t表示鋼板厚度。

3 " 計算結果與分析

3.1 " 不同施工工序的影響

圖3所示為地鐵區間明挖基坑與安置房基坑3種不同的施工工序。為簡化計算，兩個基坑均采用3段區域開挖作業，在合理范圍內，適當將開挖步進行合并處理，如地鐵區間基坑分3次開挖至坑底，安置房基坑分2次開挖至坑底。

兩個基坑的開挖作業均嚴格按照施工工序進行，即開挖至支撐下0.5m時，及時架設鋼支撐并施加預加軸力，然后進行下一步的開挖作業。模型計算考慮“增量法”的施工過程，即每一步的變形和內力計算均在上一步的基礎上進行疊加。

在實際開挖工況、對比工況1及對比工況2條件下，監測點1和監測點2處的圍護結構水平位移沿深度的分布曲線如圖4所示。

由圖4a可以看出，實際工況與對比工況1的曲線重合度比較高，表明存在夾層土的條件下，兩個相鄰基坑同時開挖或交錯開挖時，對后開挖的地鐵基坑遠端圍護結構影響較為接近。而在不預留夾層土時，后開挖的地鐵基坑遠端圍護結構變形較大。由圖4b可以看出，夾層土開挖后，由于土壓力的顯著減小，對比工況2圍護結構最大位移遠小于其他兩種工況。

3.2 " 不同基坑間距的影響

為研究相鄰基坑不同間距產生的影響，分別取兩個基坑間距為5m，15m，25m，在保持相同的開挖工序前提下，如地鐵區間基坑分7步開挖，安置房基坑分4步開挖。根據工程實際工籌情況，先施工安置房基坑，然后開挖地鐵區間基坑，每次開挖后均及時架設鋼支撐。

圖5a為相鄰基坑不同間距時，地鐵區間基坑監測點1處的圍護結構水平位移沿深度的分布曲線。由圖5a可知，兩個基坑的間距越小，圍護結構的水平位移越大。如單個基坑開挖時，圍護結構最大水平位移為26.5mm；基坑間距為5m時，圍護結構最大水平位移36.5mm。而當基坑間距增大至25m時，和單個基坑圍護結構變形曲線重合度較高，最大水平位移27.5mm。這說明，后開挖地鐵區間基坑的遠端圍護結構水平位移隨著兩個基坑間距的增大而減小。特別當基坑間距為1倍的基坑深度時，圍護結構最大水平位移基本和單個基坑開挖情況一致。在實際工程中，此結論有一定的指導意義，即當兩個基坑間距大于基坑深度時，可以不用考慮先期開挖基坑對后期開挖基坑遠端圍護結構的影響。

圖5b為相鄰基坑不同間距時，地鐵區間基坑監測點3處的圍護結構水平位移沿深度的分布曲線。由圖5b可以看出，基坑間距越小，后開挖地鐵區間基坑圍護結構下部向坑內的位移越小，而上部向坑外位移較大。這說明，先期開挖的安置房基坑將土體卸載后，導致作用在地鐵區間基坑圍護結構上的土壓力減小，甚至在上部還產生了偏向安置房基坑的位移。

4 " 結束語

本文以地鐵線路明挖區間基坑鄰近安置房基坑為背景，采用MIDAS/GTS軟件建立二維有限元模型，通過對比單側基坑開挖和雙側基坑開挖的施工工序及相鄰基坑間距等因素，分析相鄰基坑開挖時對各自本體基坑支護結構變形的影響，提出符合實際工程環境的開挖方案。得到結論如下：

兩個相鄰基坑施工時，無論是交錯施工或者平行施工，在預留夾層土的條件下，對于后開挖基坑圍護結構水平位移影響不大；但是，當夾層土開挖以后，相鄰基坑的先后施工順序對后開挖基坑的近端圍護結構變形影響較大，先期開挖基坑對后期開挖基坑的遠端圍護結構變形影響偏小。

當相鄰基坑間距較小時，先期開挖基坑對后期開挖基坑的近端和遠端圍護結構變形影響均較大。但隨著基坑間距的增大，這種影響會逐漸削弱。特別的，在實際工程中，當兩基坑間距大于基坑深度時，可以不用考慮先期開挖對后期開挖基坑圍護結構的影響。

參考文獻

[1] 徐芳超.相鄰深基坑同期開挖相互影響變形性狀研究[D]泉州：

華僑大學，2015.

[2] 陶東軍，張浩文，孔德駿.軟土地區相鄰基坑開挖的相互影響

分析[J]水力與建筑工程學報，2020，18（6）：57-62.

[3] 張竹庭.相鄰大型基坑同步開挖的支護設計與實踐[J]建筑施

工，2019，41（11）：1973-1975.

[4] 葉建峰，林海，顏桂云.相鄰雙基坑開挖失效機理及破壞模式

分析[J]工業建筑，2017，47（2）：105-112.