盾构井围护结构变形监测与数值模拟

摘要：以广州市轨道交通十三号线一期工程夏园站～南岗站区间设置的盾构井兼轨排井深基坑为研究对象，制定了深基坑围护结构变形监测方案，并且分析不同工况下围护结构水平位移随地连墙埋深变化规律。采用有限差分软件FLAC3D对基坑开挖过程进行数值模拟，对比分析监测数据和围护结构计算结果，同时对围护结构进行优化分析。分析结果表明：地连墙加支撑和环框梁组成的围护体系，能很好限制围护结构变形，实际监测数据证明了数值模拟及参数选取的合理性。支撑位置的变化对围护结构变形控制起重要作用，增大地连墙埋深可以减小围护结构水平位移。

Abstract： Taking the deep foundation pit of shield well and track panel well in the section between Xiayuan Station and Nangang Station of Guangzhou Rail Transit Line 13 Phase I project as the research object， the deformation monitoring scheme of supporting structure of deep foundation pit was formulated， and the variation law of horizontal displacement of supporting structure with the buried depth of diaphragm wall under different working conditions was analyzed. The finite difference software FLAC3D was used to simulate the excavation process of the foundation pit. The monitoring data and the calculation results of the retaining structure were compared and analyzed. At the same time， the optimization analysis of the retaining structure was carried out. The analysis results show that： the supporting frame and the ring frame beam are very good to limit the deformation of the supporting structure. The rationality of numerical simulation and parameter selection is proved by the actual monitoring data. The change of supporting position plays an important role in the deformation control of supporting structure and increasing the buried depth of ground connection can reduce the horizontal displacement of supporting structure.

关键词：深基坑;围护结构;监测;数值模拟

Key words： deep excavation;supporting structure;monitor;numerical simulation

中图分类号：TV551.4                                    文献标识码：A                                  文章編号：1006-4311（2020）22-0104-04

0  引言

随着地铁的大规模建设，深基坑工程不断出现，基坑的稳定性便成为基坑工程主要考虑问题。深基坑围护结构变形是导致基坑事故的重要原因，国内外学者对深基坑施工过程变形规律进行了大量研究[1-3]。但由于基坑工程地质条件的复杂性，以及基坑计算方法和参数选取没有统一规定，基坑围护结构稳定性已成为设计和施工主要关注问题。基坑施工过程现场监测和数值模拟是研究基坑围护结构变形规律的主要方法[4-6]，本文以盾构井深基坑为背景，制定监测布置方案，并采用数值模拟方法计算，将监测数据和计算结果对比分析，分析深基坑施工过程中围护结构变形规律，并且对围护结构进行优化分析，为类似深基坑工程提供参考借鉴。

1  工程概况

本工程为广州市轨道交通十三号线一期工程夏园站～南岗站区间设置的盾构井兼轨排井基坑，基坑位于广海路与黄埔东路交口西北侧，起始里程YDK49+813.705，终点里程为YDK49+875.106，盾构井为长61.4m，宽25.5m的长方形，主体结构为单层箱型框架，防水为结构全外包形式。基坑范围内埋设众多管线，盾构井北侧有一个4层居民楼，其他建筑物距离较远，附近为交通干线黄埔东路，交通繁忙。本盾构井基坑所处地貌形态为珠江三角洲冲积平原地貌，地形相对平缓，一般标高在7.75～8.74m之间。地层上部为人工杂填土，下部依次为淤泥质粉细砂、粉质粘土、含砾砂岩和泥质粉砂岩，会有砂土地震液化不良地质作用。地下水位较浅，标高平均为6.7m，雨季水位明显上升，冬季有所下降，变化幅度在1.00～2.50m之间，地下水具有弱腐蚀性。

地连墙入土深度也是影响围护结构的关键参数，原设计入土深10m，现在选取四种不同工况，入土深度分别为6m、8m、12m和14m。将四种不同工况下连续墙水平位移和原设计工况进行对比，对比曲线如图6所示。

由图6可知，地连墙不同入土深度下，围护结构侧移变形规律基本一致。入土深度减小到6m和8m时，最大侧移明显增大。入土深6m时，最大侧移7.88mm，比原设计的6.8mm增大15.88%。入土8m时，最大侧移7.24mm，比原设计增大6.47%，最大水平位移值均在20mm允许范围内。入土深度增大到12m时，最大侧移6.65mm，减小了2.21%。入土深14m时，最大侧移6.57mm，减小了3.38%。因此，原设计地连墙入土深度满足基坑稳定性要求，减小地连墙入土深度会导致侧移增大，增大入土深度对控制地连墙水平位移作用很小。

5  结论

①以广州市轨道交通十三号线一期工程夏园站～南岗站区间设置的盾构井兼轨排井基坑为背景，制定了深基坑围护结构监测项目和监测方案，并采用软件对基坑开挖过程进行数值模拟分析。

②对比分析实际监测数据和数值计算结果，监测数据小于限制要求，说明围护结构设计合理。监测数据和计算结果显示，基坑围护结构变形规律基本一致，说明数值模型建立和参数选取合理恰当。数值模拟可以预测基坑围护结构变形规律，并且用于指导基坑设计和施工。

③通过对基坑围护结构优化分析，发现改变支撑位置对围護结构变形有重要影响。地下连续墙入土深度也对围护结构变形有明显作用，但单纯的增大入土深度并不能有效减小侧移，还会增加造价成本。

参考文献：

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[4]万志辉，刘红艳，步艳洁.深基坑围护结构变形监测与数值模拟分析[J].施工技术，2015，07：83-86.

[5]郭景全，李文华.深基坑开挖施工监测技术[J].筑路机械与施工机械化，2015，12：73-76.

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作者简介：万匡迪（1999-），河北滦县人，石家庄铁道大学土木工程专业在读。