1 工程概況

1.1 工程背景

擬建工程位于上海浦東新區(qū)，四周以市政道路為主，基坑南側(cè)另有一地塊進(jìn)行施工，與本地塊最小距離僅8 m。

背景工程占地面積15 000 m2，開(kāi)挖深度11～12 m，共3 道支撐，圍護(hù)采用厚800 mm地下連續(xù)墻，墻深26 m。采用分區(qū)施工方法進(jìn)行基坑開(kāi)挖（圖1）。1區(qū)基坑出±0.00 m后再進(jìn)行2區(qū)基坑施工。

相鄰工程占地面積55 000 m2，開(kāi)挖深度28 m，共5 道支撐，圍護(hù)采用厚1 200 mm地下連續(xù)墻，墻深53 m。采用順逆結(jié)合方法進(jìn)行施工（圖2），即A1、A2、A3為順作法，其余逆作法施工。2 個(gè)工程之間另建有雨水泵房。

1.2 計(jì)算分析對(duì)象

由于2 個(gè)工程項(xiàng)目同時(shí)開(kāi)挖，且基坑圍護(hù)最小間距為8 m，不到基坑1 倍的開(kāi)挖深度，2 個(gè)基坑開(kāi)挖極有可能會(huì)產(chǎn)生相互影響，故本次數(shù)值模擬需要重點(diǎn)計(jì)算的對(duì)象為背景工程南側(cè)和相鄰工程北側(cè)兩面圍護(hù)的水平變形。

2 有限元數(shù)值模擬

2.1 有限元分析模型

2.1.1 有限元模型簡(jiǎn)化

圖1 背景工程分區(qū)開(kāi)挖示意

圖2 相鄰工程分區(qū)開(kāi)挖示意

采用通用有限元分析軟件Midas-gts進(jìn)行基坑開(kāi)挖過(guò)程的有限元數(shù)值模擬。對(duì)計(jì)算剖面簡(jiǎn)化分析，建立三維有限元模型進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，主要簡(jiǎn)化如下[1-4]：

1）相鄰工程的簡(jiǎn)化：由于相鄰工程開(kāi)挖面積較大，模擬中全部建入模型將會(huì)導(dǎo)致模型過(guò)于龐大，考慮到本次模擬重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象為2 個(gè)基坑之間的兩面圍護(hù)。本次對(duì)相鄰基坑的模擬僅為A2區(qū)域和周邊逆作區(qū)，對(duì)A1、A3區(qū)域不進(jìn)行建模數(shù)值分析。

2）初始應(yīng)力場(chǎng)的模擬：根據(jù)地勘資料，考慮不同的土體分層重度，計(jì)算基坑開(kāi)挖前土體初始應(yīng)力場(chǎng)分布。

3）連續(xù)介質(zhì)的模擬：有限元數(shù)值計(jì)算中土體采用Mohr-Coulomb彈塑性模型，圍護(hù)結(jié)構(gòu)、地下結(jié)構(gòu)采用線(xiàn)彈性模型。

4）基坑開(kāi)挖過(guò)程的模擬：通過(guò)有限元軟件的“單元生死”模擬基坑工程圍護(hù)結(jié)構(gòu)和各層土體的分層開(kāi)挖以及各層水平支撐的施工過(guò)程，根據(jù)施工工況模擬基坑開(kāi)挖到基底的全過(guò)程。

2.1.2 有限元幾何模型

現(xiàn)對(duì)有限元計(jì)算所需的尺寸說(shuō)明如下：根據(jù)以往的工程經(jīng)驗(yàn)及有限元計(jì)算結(jié)果，基坑開(kāi)挖影響寬度約為開(kāi)挖深度的3 倍，影響深度約為它的3～4 倍，背景工程開(kāi)挖深度約為它的12 m，故綜合考慮基坑開(kāi)挖施工對(duì)周?chē)鷰r土體的影響，確定計(jì)算模型背景工程?hào)|側(cè)、西側(cè)兩邊向外延伸45 m。由于背景工程北側(cè)、相鄰工程南側(cè)非本次模擬關(guān)注對(duì)象，故模擬中向外延伸20～30 m?？紤]到相鄰工程開(kāi)挖深度為28 m，本次模擬中深度方向?yàn)?00 m。

2.1.3 有限元材料模型

本次計(jì)算中采用實(shí)體單元模擬巖土體，采用板單位來(lái)模擬地下連續(xù)墻和結(jié)構(gòu)板，采用梁?jiǎn)卧M支撐。數(shù)值分析中均采用Mohr-Coulumb本構(gòu)模型對(duì)場(chǎng)地巖土體進(jìn)行模擬。根據(jù)勘測(cè)報(bào)告，對(duì)各種土體物理力學(xué)參數(shù)進(jìn)行取值。

2.1.4 有限元邊界條件

本模型采用標(biāo)準(zhǔn)邊界形式，即計(jì)算模型底部節(jié)點(diǎn)限制其水平向和豎向位移為0，四周面限制水平面（X、Y方向）位移為0，上表面為自由面。

2.2 有限元網(wǎng)格模型

土體采用8 個(gè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)體單元作為基本單元類(lèi)型，本基坑開(kāi)挖工程的有限元網(wǎng)格模型如圖3所示。

2.3 工況分析

本次模擬采用彈塑性計(jì)算，分步施工。根據(jù)實(shí)際工程施工部署，2 個(gè)基坑采用對(duì)稱(chēng)開(kāi)挖進(jìn)行施工，步序?yàn)椋撼跏嫉貞?yīng)力場(chǎng)計(jì)算→地下連續(xù)墻施工→背景工程1區(qū)、相鄰工程A2順作區(qū)加第1道支撐，開(kāi)挖土體至第2層支撐→背景工程1區(qū)、相鄰工程A2順作區(qū)加第2道支撐，開(kāi)挖土體至第3層支撐→背景工程1區(qū)基坑開(kāi)挖至坑底、相鄰工程A2順作區(qū)加第3道支撐→背景工程1區(qū)大底板施工，相鄰工程A2順作區(qū)土體開(kāi)挖至第4層支撐→背景工程1區(qū)基坑回做結(jié)構(gòu)，相鄰工程A2順作區(qū)土體開(kāi)挖至第5層支撐，加第4道支撐→背景工程1區(qū)做到地表，相鄰工程A2順作區(qū)開(kāi)挖到坑底，加第5道支撐。初始地應(yīng)力場(chǎng)見(jiàn)圖4。

圖3 基坑開(kāi)挖整體模型

圖4 初始地應(yīng)力場(chǎng)

3 計(jì)算結(jié)果分析

由于施工工序較多，限于篇幅本次分析僅對(duì)2 個(gè)重要工序節(jié)點(diǎn)進(jìn)行模擬結(jié)果分析。

3.1 工序一

開(kāi)挖背景工程1區(qū)基坑至坑底，背景工程南側(cè)及相鄰工程北側(cè)的圍護(hù)變形見(jiàn)圖5、圖6。

圖5 工序一背景工程南側(cè)圍護(hù)變形

圖6 工序一相鄰工程北側(cè)圍護(hù)變形

由圖5、圖6可知，當(dāng)背景工程1區(qū)基坑開(kāi)挖到坑底時(shí)，兩面地下連續(xù)墻均會(huì)向更深一側(cè)基坑發(fā)生水平位移。背景工程南側(cè)圍護(hù)最大水平位移6.3 mm，相鄰工程北側(cè)圍護(hù)最大水平位移11 mm。

3.2 工序二

開(kāi)挖相鄰工程A2順作區(qū)基坑至坑底，背景工程南側(cè)及相鄰工程北側(cè)的圍護(hù)變形見(jiàn)圖7、圖8。

圖7 工序二背景工程南側(cè)圍護(hù)變形

圖8 工序二相鄰工程北側(cè)圍護(hù)變形

由圖7、圖8可知，當(dāng)相鄰工程A2順作區(qū)基坑開(kāi)挖到坑底時(shí)，坑間圍護(hù)水平變形更大。背景工程南側(cè)圍護(hù)最大水平位移11 mm，相鄰工程北側(cè)圍護(hù)最大水平位移22 mm。

4 結(jié)語(yǔ)

匯總數(shù)值模擬結(jié)果，可以得到如下結(jié)論[5,6]：

1）深度不一的基坑近距離同時(shí)施工時(shí)，2 個(gè)基坑圍護(hù)均會(huì)向開(kāi)挖深度更深的基坑方向發(fā)生水平位移。相對(duì)而言，深基坑本身圍護(hù)變形量更大。

2）當(dāng)淺基坑施工完成后，由于受到深基坑施工影響，仍會(huì)發(fā)生一定的疊加位移，最終位移量可以達(dá)到原先位移量2 倍左右。故在施工完畢后仍然需要進(jìn)行日常監(jiān)測(cè)以確保基坑安全。