仿真盖挖逆作法土方开挖过程中地下连续墙的变形分析.pdf

2 0 4 建 筑 技 术 Ar ch it e ct u r e T e ch n o l o g y 第 4 5卷第 3期 2 0 1 4年 3月 Vo 1 4 5 No 3 Ma r 2 0 1 4 仿真盖挖逆作法土方开挖过程中 地下连续墙的变形分析 丁克胜 李 旭 一 易顺建 1 天津城建 大学 土木工程学院 3 0 0 3 8 4 天津 2 山东鑫峰工程设 计有限公司 2 5 0 1 0 l 济 南 摘要 盖 挖逆作法是大面积超深基坑 的重要施工方法 通过A B A Q U S 程序对两种不同挖 土顺序 的数值模 拟计算及现场实际应用 得 出采用长线型地下连续墙支护体系 总体盆式挖土 接近墙体时从墙段两端向中间开 挖 的方式 该法能充分发挥其空间的早期效应 地下连续墙的约束效果提前 侧 向变形也最小 关键词 基坑 工程 盖挖逆作法 地下连续墙 中图分类号 T U7 5 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 4 7 2 6 2 0 1 4 0 3 0 2 0 4 0 3 ANALYS I S oN DEFORM ATI oN oF UNDERGRoUND DI APHRAGM W ALL I N EARTHW ORK EXCAVATI oN BY COVERED EXCAVATI oN ToP DoW N S I M ULATI ON M ETHoD D I N G K e s h e n g L I X u Y I S h u n j i a n 1 T i a n j i n C h e n g j i a n U n i v e r s i t y S ch o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g 3 0 0 3 8 4 T i a n j i n C h in a 2 S h a n d o n g X i n f e n g E n g in e e r i n g D e s i g n C o L t d 2 5 0 1 0 1 J i n a n C h in a Ab s t r a c t Co v e r e d e x ca v a t i o n t o p d o wn c o n s t r u ct io n me t h o d is a n imp o r t a n t me t h o d f o r c o n s t r u ct io n o f l a r g e s ca l e e x t r a d e e p fo u n d a t i o n p it A f t e r s i m u l a t i v e ca l cu l a t io n b y A B A Q U S s o f t w a r e a n d p r a ct i ca l a p p l ica t io n o f t wo d i f f e r e n t e x ca v a t i o n me t h o d s it i s d e t e r min e d t o a d o p t l o n g l i n e a r u n d e r g r o u n d d ia p h r a g m wa l l s u p p o r t in g s y s t e m a n d t o e x ca v a t e f r o m b o t h e n d s o f t h e d i a p h r a g m wa l l t o wa r d s t h e mi dd l e a f t e r c o n s t r u c t io n b y b a s i n e x ca v a t i o n me t h o d a t e a r l y p e r i o d g e t s cl o s e t o t h e wa l 1 Th i s me t h o d ca n g iv e f u l l p l a y t o it s e a r l y s p a ce e f f e ct s h o r t e n t h e l i mit a t i o n e f f e ct o f u n d e r g r o u n d d ia p h r a g m wa l l a nd min i miz e t h e l a t e r al d e f o r ma t i o n Ke y wo r d s f o u n d a t i o n p it p r o j e ct co v e r e d e x ca v a t i o n t o p d o w n me t h o d u n d e r gro u n d d ia p h r a g m w a l l 在现代化城市建设中 由于土地资源紧缺 常开发 利用地下空间建设城市交通网 公共娱乐场和存车场 等城市设施 由此超深 超大型基坑应运而生 天津站 交通枢纽工程 天津西站交通枢纽工程 1 及天津文化广 场工程嘲 中 基坑 开挖深度均在2 5 m以上 长边在1 0 0 m 以上 又处在城市房屋 道路 管线的密集区 且要求控 制基坑各边 的变形在3 0 m m以内 因此对土方开挖方 法 进展方向及信息化施工提出了更严格的要求 本文 以天津某交通枢纽工程施工中土方开挖顺序的确定为 背景 在利用A B A Q u S 程序 建立二维数模指导施工的 基础上 建立其三维数值计算模型 分析盖挖逆作法地 下连续墙在不同开挖方式下空间时效现象 3 1 1 基坑三维模型 的建立 天津某交通枢纽工程整体基坑模型为大宽度长方 形形状 选取基坑宽6 3 5 m 长 1 0 8 m 开挖深度2 5 in 采 用盖挖逆作法施工 顶板下送 1 8 i n 负一层层高6 8 i n 负二层层高6 6 i n 负三层层高8 8 i n 地下连续墙长边 收稿 日期 2 0 1 3 一 l 1 一 l 9 作 者简 介 丁 克胜 1 9 6 1 一 男 天津 人 教授 e ma i l d i n g k s 5 0 9 1 2 6 COm 1 1 2 m 为一个墙段 宽6 4 7i n 高5 0 i n 厚 1 2 m 土体长 宽两方 向均取墙外4 O i n 土体深度取9 0i n为建模参数 建立的三维数模如 图1 所示 1三 维 数 值 模 拟 汁 算模 型 根据拟定的支护结构和地下结构 盖挖逆作法 施 lT顺序 数值模拟计算土体开挖零层 负一层 负二层 和负三层 e x c3 四种工况 本文只取最后工况为分析 对象 每一工况土层分五段开挖 每层又模拟出 从中 间到两边和从两边到中间 两种土方开挖方式 2 0 1 4 年 3 月 丁克胜 等 仿真盖挖逆 作法土方开挖过程 中地连墙的变形分析 2 0 5 2 不同开挖顺序下各工况地下连续墙变形分析 土体开挖会对基坑稳定 支护结构变形及周边环 境产生影响 随着基坑 工程的进展 需对地下连续墙变 形进行更深一步的研究 从而更加清楚地认识地下连 续墙在盖挖逆作法条件下的时空效应变化规律 确保 周边环境安全 为研究地下连续墙墙段随基坑开挖的 变形情况 根据 已完成工程的实测结构 本文选取地下 连续墙的墙段边 1 4 边长处和 中间分别为研究路径 1 路径2 和路径3 研究地下连续墙不同位置沿深度各点 的侧移 变化 规律 选 取地 下 连续 墙7 0 0 0 1 4 O 0 O 和 2 4 0 0 0 m标高处分别为研究路径4 路径5 和路径6 研 究地下连续墙同一标高不同位置的侧移变化规律 2 1 不 同开挖顺序下地下连续墙沿深度方向的变形分析 对地下连续墙不同位置 由数值模拟计算的沿深 度各点最后工况 土方挖完后 的侧 向变形结果曲线如 图2 所示 位移 mm 一 4 0 3 0 2 0 1 0 0 1 0 a b 图 2不同路径处地下连续墙变形 曲线 a 从两边 到中间开挖 b 从 中间到两边开挖 从图2 可看出 采用两种 不同的挖土方式 地下连 续墙在 不同位置的位移曲线均为弓形 同一挖土方式 下 墙段端部变形最小 墙段 中间变形最大 在最后工 况时的不同挖土方式下 对墙段端部的路径 1 处 从两 边到中间开挖时 地下连续墙变形增加值是先大后小 最大位移值为l 5 2 4 mm 而从中间到两边开挖地下连 续墙变形增加值是先小后大 最大位移值为1 8 8 9 m m 对位于距墙角5 0 m的路径2 处 地下连续墙位移与路径 l 相比有较大增加 这是由于该处远离墙角受基坑的空 间作用减弱所致 从两边向中间开挖 最大位移值为 2 8 8 7 m m 从 中间向两边 开挖 最 大位移值为3 5 5 6 m m 最大位移处在2 2 m深度附近 对墙段 中间的路径3 处的墙体位移值最大 从两边向中间开挖的最大位移 值为3 7 8 0 m m 相 当于墙段长度的0 3 4 从中间向两 边开挖的最大位移值为4 8 1 0 mm 从上述三个路径最大位移的变化规律可看出 各 路径处 的变形均为从两边向中间开挖的变形值小于 从 中间向两边开挖的变形值 说明墙段边角处 支撑的 空间刚度较大 空间作用强 土方从 中间向两边挖土 其支护结构的空间刚度 由弱到强 对墙体变形的约束 同样是 由弱到强 在墙体产 生较大位移后 空间刚度 的强大只能减小变形的增加速率 但不能改变其变形 方 向 墙体向坑 内的变形继续 增加 而土方从两边到 中间的方式 其支护结构的空间刚度 由强到弱 先约 束着变形 的过大产生 再缓慢 缓解变形 的发展 时空 效应明显 从数模计算中发现 在不同工况同一土方开挖顺 序情况下 随土方开挖进行 墙体位移值不断增加 最 大位移所处的深度不断下移 当开挖下一层土体时 由 于上层底板的作用 上部底板深度以上墙体 的位移增 加不大 说明上部墙体受到楼板很好的限制作用 但不 能改变变形方向 最终墙体在开挖面以上附近位移达 到最大值 2 2同一 标 高 不 同 顺序 下地 下 连 续 墙 沿长 度 方 向的 变 形分析 深基坑在两种土方开挖顺序情况下 地下连续墙 的路径4 路径5 和路径6 在最后工况时的数模计算结果 如 图3 所 示 从图3 可知 距墙角5 0m 范 围内为基坑的空间作用 主要影响区域 该处的地下连续墙变形值小于距墙角 5 0 m以外 的墙体变形 从中间到两边开挖土方时 其地 下连续墙的变形值大于从两边到中间土方开挖引起的 地下连续墙变形 对同一种土方开挖方法 比较地下连 续墙3 条路径深度的变形值为路径6 处最大 路径5 居 中 路径4 处最小 说明路径6 挖深2 2 m处 处 的地下连 续墙变形随上部土体开挖逐渐增大 而路径4 和路径5 在挖其位置下部土方时 受支撑楼板的作用 墙体位移 受到一定程度的限制 即上部空间刚度加大 墙体侧移 增大幅度降低 对比两种不同的土方开挖方法 从 中间到两边开 挖时 地下连续墙变形凸出区域不断向墙角处移动 且 变形增加值不断减小 而从两边到中间开挖时 地下连 2 0 6 建筑技术 第 4 5卷第 3期 0 5 1 0 一 1 5 嚣一 2 0 萎一 2 5 3O 一 35 4 0 墙体长度 m 1 0 2 O 3 O 4 0 5 O 6 o 7 0 8 0 9 0 1 0 0 l 1 O b 图 3 不同标高处地下连续墙 的变形曲线 a 从两边到中间开挖 b 从 中间到两边开挖 续墙变形凸出区域不断向中部墙体位置移动 且变形 增加值不断加大 但两种方法产生的墙体最大值均在 长边中部 墙体变形呈双曲弓形 从两边到中间开挖得 到的墙体变形值约是另一种方法的8 0 3 现场 实测 结果及分 析 根据该模拟 的计算结果 天津市某交通枢纽工程 采用从两端 向中间开挖的顺序 将基坑地下连续墙分 成若干墙段 设地下连续墙的转角或拐点为墙段分界 点 对应的最长墙段土方开挖分成5 段 而每个施工段 又从中心向两侧进行 监测的墙体最大位移点位于墙 段中部 实测曲线如图4 所示 从图4 可看出 在各工况的曲线特征均为墙顶和墙 底两端变形小 中间变形大 且墙顶在开挖初期位移均 向坑外 整个墙体沿竖向的变形呈弓形曲面 最后墙体 侧移的最大值为3 1 mm 相当于墙段长度的0 3 l 大 于一级基坑位移最大控制值 1 0 m m 比模拟从两端向 中间的计算结果 j 6 8 mm 但相 当于墙段长度的比例 基本相 同 同一墙体测点不同深度 的变形变化规律一 致 不同时间区段 曲线 的变化梯度不同 各监测点的 不同深度点随时间的变化规律基本一致 均随着挖深 增加 位移呈上升趋势 对比分析现场监测数据 地下 连续墙的长度较长 而变形变化的梯度较小 该段 的挖 土速度缓慢 说明墙段 虽长 采用从两侧向中间分段开 测点水平位移 mm 1 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 图 4实 测 墙 体 沿 深 度各点水平位移 挖 每段长度小 挖土速度慢 就能控 制位移的增长趋 势 4结语 基于三维数值模拟计算及现场实测数据的对比分 析 对不同的开挖方法引起 的地下连续墙变形规律 5 进 行总结 得出