共墙深基坑开挖监测数据分析及数值模拟_孙梦尧.pdf

书书书第 55 卷第 2 期2023 年 2 月工程建设Engineering Construction工程研究收稿日期:2022 06 21基金项目:中国电建集团铁路建设有限公司科技项目经费资助(STT SJQ SG0022020 KY 001)作者简介:孙梦尧(1997)，男，硕士研究生，从事地下建筑方面的研究。共墙深基坑开挖监测数据分析及数值模拟孙梦尧1，陈保国1，秦善良2(1.中国地质大学(武汉)工程学院，湖北 武汉 430074;2.中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610081)摘要:共用围护结构的深基坑在开挖时会相互影响相互制约，也会对周边环境造成叠加影响。本文基于城际铁路前海站交通枢纽共墙深基坑工程，通过现场监测数据分析共墙深基坑在开挖阶段的围护结构变形特性及周边地表沉降规律，并根据现场监测数据对数值模型进行验证，再利用验证后的数值模型对同步开挖工序下共用地连墙的变形特性和地表沉降规律进行分析。结果表明:共墙深基坑非同步开挖时，共用围护墙会向先开挖的基坑侧偏移，坑边地表沉降也会因相邻基坑开挖而增加;同步开挖时，共用围护墙会向支撑刚度较小的基坑侧偏移，但偏移值远小于非同步开挖，地表沉降也明显减小，理想条件下可优先考虑同步开挖。关键词:深基坑;共墙;现场监测;变形特性;数值模拟中图分类号:TU753文献标识码:A文章编号:1673 8993(2023)02 0001 07doi:10.13402/j.gcjs.2023.02.015Field monitoring analysis and numerical simulation of excavation of deepfoundation pits with common wallSUN Mengyao1，CHEN Baoguo1，QIN Shanliang2(1.China University of Geosciences，Wuhan 430074，Hubei，China;2.Sinohydro Bureau7 Co.，Ltd.，Chengdu 610081，Sichuan，China)Abstract:The excavation of deep foundation pits with shared enclosure structures will influence each other andrestrict each other，and will also have superimposed impacts on the surrounding environment.Based on the project ofdeep foundation pits with common wall of the Qianhai station traffic hub of intercity railway，the deformationcharacteristics of the enclosure structure and the surrounding surface settlement law of the common wall deepfoundation pit during the excavation stage are analyzed through on-site monitoring data，and so the numerical model isverified.Then，the deformation characteristics and surface settlement law of the common ground connecting wall underthe simultaneous excavation process are analyzed using the verified numerical model.The results show that duringasynchronous excavation of deep foundation pits with common wall，the common retaining wall will shift to the side ofthe first excavated foundation pit，and the surface settlement of the pit side will also increase due to the excavation ofadjacent foundation pits;the shared retaining wall will be offset to the side of the foundation pit with less supportingstiffness，but the offset value is much smaller than that of asynchronous excavation，and the surface settlement is alsosignificantly reduced.Under ideal conditions，synchronous excavation can be given priority.Key words:deep foundation pit;common wall;field monitoring;deformation characteristic;numerical simulation共墙深基坑开挖过程中支护结构与土体的受力状态和变形特性比深基坑更为复杂1 2，两基坑连续开挖卸载对周边环境造成的叠加影响也更严重3 4。因此，近年来相邻深基坑开1工程建设第 55 卷第 2 期挖成为基坑工程中的热点问题5，众多学者对此展开了研究。杨其润等6 采用数值模拟对比分析了单个基坑与相邻基坑开挖的区别，得出了相邻基坑开挖时的受力变形特性。胡敏云等7 通过对现场监测数据分析，揭示了相邻基坑交叉施工条件下的结构变形特点。陈祉阳等8 研究了软土地区相邻深基坑开挖的影响规律，并结合监测数据与数值模拟提出了相应的防控措施。戴斌等9 采用数值模拟分析了相邻基坑围护墙墙背土压力的分布规律，提出了相邻基坑同步开挖的合理缓冲区取值范围。陶勇等10 通过对相邻深基坑不同开挖时序的模拟分析，提出了最有利于结构稳定的开挖方案。软土地层共墙深基坑的开挖方案直接影响到围护结构变形和周围地表沉降。目前的研究多集中在相隔一定间距的临近基坑群上，而对共墙深基坑的研究鲜有提及。本文基于深圳滨海软土区前海站交通枢纽工程，结合现场监测与数值模拟，对共墙深基坑开挖过程中围护结构变形特性和周围地表沉降规律进行分析，以期可为类似工程提供参考。1工程背景及监测方案1.1工程概况穗莞深城际前海站三期工程车站深基坑(以下简称“S3”)总长度为 314 m，标准段宽度为27.7 m，扩大端宽度为35 m。车站主体采用明挖法施工，开挖深度约为 29 m。围护结构采用1.2 m地下连续墙，内设6 道钢筋混凝土支撑。车站东侧紧邻前海国际 T3 建筑基坑(以下简称 T3)，基坑长度为 120 m，宽度为 93 m，开挖深度约为 28 m。围护结构采用 1.2 m 地下连续墙，内设 6 道钢筋混凝土环撑。车站基坑(S3)与建筑基坑(“T3”)共用地连墙围护结构，长度约为120 m，前3 道内支撑及第五道内支撑轴线处于同一高程，第四道及第六道支撑轴线高差分别为 500、910 mm。两基坑位置及基坑支护结构如图 1、2 所示。图 1基坑位置示意图 2支护结构简图mm1.2地质条件1.2.1工程地质区域范围内主要地貌单元位于海相冲积平原带，为海陆交互相沉积相地貌，局部区域进行了人工填海造地，区内地势平坦。自上而下地层依次为杂填土、素填土、人工填块石、淤泥质黏土、粉质黏土、中粗砂、全风化花岗岩、强风化和中风化花岗岩，地层分布不均，车站底板位于全、强、中风化花岗岩地层中。地层剖面如图 3 所示。22023 年第 2 期孙梦尧，等:共墙深基坑开挖监测数据分析及数值模拟图 3地层剖面1.2.2水文地质场地地表水主要为附近河流、塘、沟水;地下水主要为上层滞水和松散岩类孔隙潜水，上层滞水主要赋存于人工填块石层，孔隙潜水主要赋存于冲洪积中粗砂层中，富水性和透水性较好，下层基岩构造裂隙水，赋存于强、中等风化带。1.3开挖方案在 S2 车站基坑开工前，T3 建筑基坑已完成前 3 层土体开挖，在施作第三道支撑。后续两基坑开挖进度如表 1 所示。1.4监测方案为研究两基坑开挖过程中的相互影响规律及周边地表沉降规律，结合工程实际，选取以下监测内容进行分析:围护结构水平位移，对应测点 ZQT06 ZQT11、ZQT58 ZQT62;周边地表沉降，对应测点 DBC6 1 至 DBC11 3。相应测点布置如图 4 所示。主要监测仪器有全站仪、电子水准仪、测斜仪、振弦读数仪等，仪器具体参数如表2 所示。表 1施工进度对照表项目工况日期S2车站基坑第一层开挖完成2021 08 26第二层土方开挖2021 09 052021 09 09第三层土方开挖2021 09 272021 10 04第四层土方开挖2021 10 292021 11 05第五层土方开挖2021 11 162021 11 20第六层土方开挖2021 12 032021 12 09第七层土方开挖2022 1 132022 1 16T3建筑基坑第三层开挖完成2021 08 26第四层土方开挖2021 09 152021 10 17第五层土方开挖2021 11 132021 11 28第六层土方开挖2021 12 202022 02 16第七层土方开挖2022 03 052022 04 20图 4测点布置表 2监测仪器信息监测项目仪器名称仪器型号精度或性能指标报警值墙身位移全站仪TS16一级测斜仪CX 3E0.01 mm/500 mm28 mm地表沉降电子水准仪LS150.3 mm/km36 mm支撑轴力振弦读数仪VW 102A0.1 Hz、0.1(450 5 000 Hz)70%设计值3工程建设第 55 卷第 2 期2监测数据分析2.1围护结构位移选取共墙侧测点 ZQT62、ZQT60 及非共墙侧测点 ZQT08 各开挖工况后围护结构水平位移分析。其中正值代表墙体向 S3 基坑坑内位移。共墙侧两测点 ZQT60 和 ZQT62 处围护结构均向 T3 侧产生水平位移(图 5、6)，其中:ZQT60 测点墙体位移呈悬臂型，最大位移出现在墙体顶部;ZQT62 测点墙体位移为悬臂型与胀肚型相结合的混合型，顶部位移较大，但最大位移出现在墙体腹部。其原因有以下 3 点:1)在 S3 基坑开挖前，T3 基坑已完成上部 3 层土方开挖，后续直到第五层土方开挖，双方才基本同步;2)T3 基坑开挖时，S3 基坑坑内土体相当于 T3 单独开挖时的坑外土体，在主动土压力的作用下，墙体向 T3 基坑内侧位移;3)S3 在开挖过程中，随着坑内土体的卸载，其西侧墙外土压力通过内支撑传递在共墙上，墙体也会向 T3 侧发生位移;4)T3 基坑内支撑形式为环撑，其支撑刚度相比 S3 基坑较小，也会导致共用围护结构向 T3 侧位移。1开挖 1;2开挖 2;3开挖 3;4开挖 4;5开挖 5;6开挖 6;7开挖 7。图 5ZQT60 测点围护结构水平位移对比来看，ZQT60 测点的结构位移在各开挖阶段均大于 ZQT62 测点，开挖过程中 ZQT60测点最大位移为 26.98 mm，ZQT62 测点最大位移为18.34 mm，相差了47%。出现这种差异是因为 ZQT60 测点位于 T3 环撑的圆环处，ZQT62测点位于边缘桁架处，ZQT62 测点处的支撑刚度大于 ZQT60 测点，且 ZQT62 测点位于 T3 基坑边角，对结构变形有一定约束作用。1开挖 1;2