深基坑蓋挖逆作法開挖對地表沉降影響分析

摘要：工程以武漢地鐵12號線漢鋼站深基坑開挖工程為依托，采用深基坑蓋挖逆作法下進行主體構造施工。為了研究基坑開挖過程中的地表沉降、建筑物沉降以及地下連續墻的變化規律，還采用了數值模擬和現場監測的方法，對它們進行了系統分析，并提出了相應的優化措施。結果表明：隨著深基坑的開挖深度增加，基坑周邊的地表沉降、建筑物沉降以及地下連續墻的沉降量越來越大，從而在施工過程中的關鍵階段需要采取防范措施。

關鍵詞：深基坑"蓋挖逆作法"基坑開挖"數值模擬"周邊環境

中圖分類號："TU758.11

Analysis"of"the"Influence"of"Excavating"Deep"Foundation"Pits"with"the"Covered"Top-Down"Excavation"Method"on"Ground"Surface"Settlement

XU"Xiaolong""ZHANG"Duo""XIE"Hao

（The"Fifth"Construction"Ltd."of"China"Tiesiju"Civil"Engineering"Group"Jiujiang，"Jiangxi"Province，"332000"China）

Abstract："This"paper"is"based"on"the"deep"foundation"pit"excavation"project"of"the"Hangang"Station"of"Wuhan"Metro"Line"12，"and"applies"the"covered"top-down"excavation"method"for"deep"foundation"pits"to"carry"out"main"structure"construction."In"order"to"study"the"change"laws"of"ground"settlement，"building"settlement"and"underground"diaphragm"walls"in"the"process"of"excavating"foundation"pits，"thisnbsp;paper"adopts"the"methods"of"numerical"simulation"and"field"monitoring"to"systematically"analyze"them，"and"puts"forward"corresponding"optimization"measures."The"results"show"that"with"the"increase"of"the"excavation"depth"of"deep"foundation"pits，"the"settlement"volume"of"the"ground"surface，"buildings"and"underground"diaphragm"walls"around"foundation"pits"is"increasing，"so"it"is"necessary"to"take"preventive"measures"in"the"key"stage"of"the"construction"process.

Key"Words："Deep"foundation"pit;"Covered"top-down"excavation"method;"Foundation"pit"excavation;"Numerical"simulation;"Surrounding"environment

隨著我國地鐵工程的興建，不僅有效地利用了地下空間，并且在一定程度上有效地解決了交通擁堵的問題。然而地鐵工程常常處在鬧市區進行施工建設，難免對周邊環境產生影響，深基坑的施工開挖對周圍的地表沉降變形會產生不容忽略的影響。

目前已有不少學者在深基坑開挖過程中需要對周圍建筑物、周圍地表沉降進行分析[1-2]。喻春華等人[3]通過有限元模擬軟件對深基坑開挖進行分析，通過對基坑的開挖深度、基坑的支護、基坑土體位移、周邊沉降展開探究，將數值模擬分析結果與現場實測進行對比分析其得到的沉降曲線圖基本吻合，更驗證了有限元分析結果的合理性。邵偉斌等人[4]提出一種有關伺服控制周邊沉降的新方法，有效地控制地表周邊沉降，有利于工程實際發展。白海龍等人[5]通過提出工程關鍵工序的重要性，并對關鍵工序引起的地表沉降進行分析，為后續工程提供參考價值。易順等人[6]提出工程施工引起的地表沉降重要性，并通過偏態分布函數描述地表沉降曲線，驗證其對工程的合理性和適用性。

如今已有的研究主要集中在軟土地基深基坑施工對周邊建筑群的變形影響，而黏土深基坑施工對周邊地表沉降的影響研究較少。本工程以武漢地鐵12號線漢鋼站深基坑開挖工程為依托，采用深基坑蓋挖逆作法下進行主體構造施工，通過數值模擬有限元分析與現場施工監測數據進行比對，探討深基坑開挖坑外地表沉降變形規律。

1工程概況

該深基坑工程位于武漢地鐵12號線漢鋼站，繞行三鎮，將兩穿長江，一穿漢江，成為武漢的首條環線地鐵。全線長度約為59876m（全地下線路），共設站37座。武漢地鐵12號線環線線路平面，如圖1所示。

2蓋挖逆作法施工

超對于深基坑采用蓋挖逆作法進行施工建設。采用蓋挖逆作法開挖的施工順序是首先對地下連續墻和鋼筋混凝土灌注樁等圍護結構進行灌注，接著對豎向支撐立柱進行灌注，然后進行覆土層土體進行開挖，按規范設計要求留好出土口，打混凝土底板做為支撐上部土體以及活荷載支撐體系，再進行覆土回填以保證道路的正常通行；之后進行結構第一層土體開挖，深度為5.6ｍ，跨越兩個土層，分別是少量的雜填土層和黏土層，設置為開挖1；接著進行結構第二層土體開挖，深度為5.6m，跨越兩個土層，分別是粉質黏土層和黏土層，設置為開挖2；接著進行結構的第三層土體開挖，深度為6.7m，跨越一個土層，為黏性土層，設置為開挖3；最后進行結構的第四層土體開挖，深度為7.95m，跨越2個土層，為黏性土和強風化泥巖，設置為開挖4。

3蓋挖逆作法施工現場監測

蓋挖逆作法施工較為復雜，在基坑周邊監測地表沉降建立60個監測點位，進行40多次監測。因為監測點位較多，故選取具有代表性的7個監測點位進行分析，沉降規律如圖1所示。其中最大沉降點位于QB監測點位，其最大沉降值為-5.1"mm，遠遠小于警戒值。由此可以說明，深基坑采用蓋挖逆作法施工對基坑周邊的地表沉降具有良好的控制效果。

4建立有限元模型

4.1參數設置

本次有限元分析模型建立使用Midas"GTS"NX對該深基坑開挖過程中支護體系以及周邊土體變化特征進行數值模擬分析。其中取基坑三維有效土體范圍340"m×200"m×60"m的矩形基坑，其中包含基坑開挖區域200"m×50.7"m×30"m，建立整體基坑開挖模型，如圖2所示。

4.2建立模型

通過上述土體參數、結構參數的確定，對本工程深基坑開挖和支護進行有限元分析運算，基坑開挖至基坑底部豎向位移變化如圖3所示。

在開挖過程中，土體本身原有的土體平衡狀態會被打破，周圍土體對圍護結構產生被動土壓力將圍護結構推向基坑內側。最終呈現了基坑周圍的沉降和基坑底部的隆起。隨著基坑開挖深度的增加，開挖受力由支撐結構受力轉為地下連續墻部分受力再到內部樁基支承結構范圍。擋土結構地下連續墻與坑內樁基接觸土體產生的摩擦力在一定程度上制約了土體沉降。地表沉降呈明顯溝槽狀。

1"5模型分析

5.1深基坑圍護結構變形分析

隨著深基坑工程的土體開挖，開挖區域下面的土體遭到本身結構破壞，產生“大變形理論破壞”從而產生形變。本工程圍護結構水平位移云圖如圖4所示。

由圖4可知，隨著開挖深度的逐步遞增，圍護結構的水平位移量也呈現出“水波紋”式變形特征。由此可見，深基坑的圍護結構變形規律與經典基坑變形規律幾乎一致。本工程圍護結構產生最大側向位移為43.162"3"mm，位于開挖1階段，隨著支護結構的逐步搭建，其圍護結構的水平位移也逐漸趨于平穩。

5.2"深基坑周圍地表沉降分析

深基坑在開挖的工程中對周邊地表的土體產生破壞作用，土體會給圍護結構主動土壓力的荷載變化，反過來圍護結構也會給邊緣土體造成被動土壓力，使其增加內力變形、周圍沉降變化。如圖5所示。

由圖5可知，隨著工程深基坑開挖的步序逐步遞增，各個點位的位移值愈見增大。可明顯的觀測出，深基坑周圍沉降最大值為7.756"mm，處于最后一個施工階段。由此可以推斷出，在一定范圍內，基坑的開挖深度對周圍沉降具有一定的影響關系，且隨著增長幅度呈逐漸衰減的變化趨勢。因此在基坑開挖的過程中，要合理地加支護措施以保證工程安全性、可靠性。

6"結論

通過針對深基坑蓋挖逆作法施工對周圍地表沉降影響分析，可以從中得到以下3點結論。

本工程采用蓋挖逆作法施工在深基坑的開挖過程中可以有效地減小深基坑的地表沉降變形。

本文采用Midas"GTS"NX有限元軟件進行數值分析，并選用Mohr"Coulomb本構模型，有效地考慮了土體的小應變變化規律。通過與現場監測數據的對比，驗證了數值分析的合理性和準確性。

深基坑的周圍沉降變化規律呈遞減式遞增，作為基坑的圍護結構和支護結構對基坑周圍沉降均具有一定的影響。因此，有必要對深基坑的支護結構內力進行分析判斷其安全性，針對圍護方案提出意見，以保證工程的穩定性、安全性。

參考文獻

[1] 郭洋洋，有智慧，王正振，等.明挖與蓋挖結合法對地鐵車站基坑支護結構變形影響研究[J].施工技術，2019，48（13）：94-99.

[2] 孫連勇，段淑倩，李明宇，等.濟南土巖組合地層地鐵車站深基坑變形特性研究[J].施工技術（中英文），2022，51（13）：13-20.

[3] 喻春華.軟黏土地區深基坑開挖對周邊環境的影響實測分析[J].建筑施工，2022，44（6）：1177-1179.

[4] 邵偉斌，張林波，楊鵬飛，等.深基坑周邊建筑物伺服持荷沉降主動控制技術及應用[J].建筑結構，2023，53（22）：144-150.

[5] 白海龍.暗挖區間基坑開挖對建筑物沉降影響[J].科技資訊，2023，21（18）：164-167.

[6] 易順，潘家軍，王艷麗，等.基坑地表沉降的偏態分布函數應用研究[J/OL].長江科學院院報：1-7[2023-11-27].""http：//kns.cnki.net/kcms/detail/42.1171.TV.20230918.1446.016.html.