章 賽，張 迅

(杭州市富陽區(qū)水利水電工程監(jiān)管中心，浙江 杭州 311400 )

隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及基建水平的快速提高，水利工程的建設(shè)呈現(xiàn)出迅猛發(fā)展的態(tài)勢，相繼建成的三峽工程、錦屏水電站工程均表明我國水利工程建設(shè)已達(dá)到了世界先進(jìn)水平[1- 2]。水利工程與居民的生活息息相關(guān)，水電站、水庫等工程的建設(shè)極大程度上增加了居民生活的便利，并提高了居民生活質(zhì)量[3]。為節(jié)約土地資源、合理利用地形，隧洞的建設(shè)可提高輸水的效率，降低水資源損失，已被逐漸廣泛應(yīng)用于輸水工程建設(shè)中[4]。在浙江地區(qū)，華光潭水電站、杭州西區(qū)水廠均采用隧洞進(jìn)行輸水，這極大地提高了輸水效率[5- 6]。由于隧洞位于地下一定深度內(nèi)，在進(jìn)行相鄰建筑物基坑施工時極可能對既有水工隧洞造成一定影響，因此在進(jìn)行基坑開挖時，需采取一定的措施保護(hù)既有水工隧洞。

基坑開挖均會對周圍建筑物及土體造成一定的影響，尤其對隧洞工程等地下工程的影響顯著。Burford[7]研究了基坑開挖對隧洞變形影響，指出倫敦某基坑開挖27年后，周圍隧洞工程隆起變形達(dá)到了50mm左右，遠(yuǎn)高于允許值；郜新軍等[8]研究了基坑開挖狀態(tài)下對臨近管線工程的影響，并綜合分析了注漿法、微型樁法及二者聯(lián)合的三種加固措施的加固效果，指出基坑開挖深度越大，管線工程位移越高，同時二者聯(lián)合的方法為最優(yōu)加固措施；李福林[9]基于三維有限元分析對深基坑開挖對深層土體變形的影響進(jìn)行了研究，同樣指出隨著開挖深度的增加，土體變形增大；孫超等[10]研究了基坑開挖對周圍環(huán)境的影響，指出基坑開挖將導(dǎo)致建筑物發(fā)生不均勻沉降，對建筑物的影響顯著。

目前，對于基坑支護(hù)措施的研究主要集中在隔離墻、圍護(hù)樁等方面，其中隔離墻由于具有施工難度較低、支護(hù)效果較好的優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于基坑支護(hù)中[11- 12]。目前針對隔離樁支護(hù)穩(wěn)定方面的研究，已取得了一定的進(jìn)展[13]，但具體針對隔離墻措施對基坑開挖下的建筑物的保護(hù)作用的量化分析方面的研究較少，尤其對水工隧洞的影響的研究較少。因此，為了解隔離墻對于水工隧洞的保護(hù)作用，文章基于實(shí)測位移及Midas三維有限元分析軟件，分析施加隔離墻前后對隧洞不同方向位移的影響，并構(gòu)建隔離墻措施與水工隧洞的三維有限元分析模型，模擬隧洞位移變形，為隔離墻在基坑開挖施工中的應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

1 監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)及三維有限元模型構(gòu)建

隔離墻保護(hù)下基坑開挖對隧洞位移影響的模型的基本結(jié)構(gòu)組成部分如圖1所示。由圖1可知，隔離墻措施由地連墻及隔斷墻2部分組成，二者之間由直徑為1m的連系梁連接，水工隧洞直徑為6m，所在土層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)組成由上到下依次為0～2m的雜填土層、2～8m的粉土層、8～14m的粉質(zhì)黏土層、14～20m的粉細(xì)砂土層和20m以下的砂巖層，不同土層基本特性可見表1。在隧洞周圍布設(shè)位移監(jiān)測點(diǎn)，分析施加隔離墻前后對隧洞不同方向位移的影響。

表1 土層參數(shù)基本特性表

基于Midas三維有限元分析軟件構(gòu)架三維有限元分析模型，如圖2所示。圖2中與圖1中的結(jié)構(gòu)形式基本一致，基坑開挖的順序、深度、隔離墻的組成結(jié)構(gòu)及土層分布情況均一致?；谠撃Ｐ涂沙浞址治鍪┘痈綦x墻前后基坑開挖對隧洞位移的影響，可進(jìn)一步佐證實(shí)測值的研究結(jié)論。

圖1 計算模型剖面圖

圖2 三維有限元計算網(wǎng)絡(luò)圖

2 結(jié)果與分析

2.1 施加隔離墻前后對隧洞周圍土體保護(hù)作用分析

圖3為施加隔離墻前后對水工隧洞周圍土體的影響。其中，圖3(a)為對不同埋深土地橫向位移的影響，圖3(b)為對不同橫向距離土體縱向沉降位移的影響。圖3(a)顯示，不同措施下土體橫向位移的分布規(guī)律基本一致，隨著土層埋深的增加，橫向位移均呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，施加隔離墻后不同土體埋深范圍內(nèi)的橫向位移分布更加均勻，最大橫向位移均發(fā)生在埋深15m左右的范圍內(nèi)，施加隔離墻前后的土體最大橫向位移分別為5.42mm和3.83mm，施加隔離墻后土體位移平均降低了26.4%，表明隔離墻的施加可明顯降低土體橫向位移，對土體起到保護(hù)作用。圖3(b)顯示，隨著橫向距離的增加，豎向沉降值呈現(xiàn)先增加后降低最后區(qū)域平穩(wěn)的趨勢，施加隔離墻后的平穩(wěn)沉降值為1.36mm，而未施加措施的平穩(wěn)沉降值為1.49mm。施加隔離墻前后的最大沉降值均出現(xiàn)在橫向距離為12m附近，最大沉降值分別為2.38mm和1.98mm，因此，隔離墻措施的施加可明顯降低土體橫向和豎向位移，對土體有明顯的保護(hù)作用。

圖3 施加隔離墻前后對隧洞周圍土體影響

2.2 施加隔離墻前后對隧洞保護(hù)作用分析

圖4為施加隔離墻前后對水工隧洞的影響。其中，圖4(a)為對隧洞水平位移的影響，圖3(b)為對隧洞豎向位移的影響。圖4(a)顯示，施加隔離墻后隧洞不同位置的水平位移均低于未施加情況，其中隧洞左側(cè)位移要明顯高于右側(cè)，這可能是由于隧洞左側(cè)區(qū)域更靠近基坑開挖工程的緣故，隧洞頂部和底部的位移基本對稱，可保證隧洞的正常運(yùn)行。圖4(b)顯示，未施加隔離墻的隧洞監(jiān)測點(diǎn)，隧道左右兩側(cè)和底部z向位移均明顯大于施加隔離墻工況，說明施加隔離墻后隧洞整體穩(wěn)定，而未施加隔離墻隧洞整體下沉較為明顯。因此，施加隔離墻同樣對隧洞結(jié)構(gòu)有著明顯的保護(hù)作用。

圖4 施加隔離墻前后對隧洞主體結(jié)構(gòu)影響

2.3 施加隔離墻前有限元模型位移三維云圖分析

圖5為施加隔離墻前后隧洞-接坑-土體三維有限元模型水平位移的三維云圖。由圖5可以看出，不同工況下不同位置橫向位移分布存在一定的差異，其中，基坑底角部位置的橫向位移最大，且基坑2個底角部呈對稱分布，在相同位置施加隔離墻后的橫向向位移明顯小于未施加隔離墻工況，施加隔離墻后隧洞周圍位移分布取值明顯低于未施加隔離墻工況，位移分別為3.33mm和4.31mm，這表明施加隔離墻均可降低橫向位移的數(shù)值，對隧洞和基坑附近土體在水平方向均具有一定的保護(hù)作用，同時驗(yàn)證了上述結(jié)論。

圖5 施加隔離墻前后模型橫向位移分布

圖6為施加隔離墻前后隧洞表面豎向位移的三維云圖。由圖6可以看出，不同工況的豎向位移分布規(guī)律均呈現(xiàn)為隧洞頂部位置最大，且呈對稱分布，施加隔離墻后隧洞豎向位移小于未施加隔離墻工況，最大豎向位移值分別為2.00、2.33mm，這表明施加隔離墻可降低隧洞表面豎向位移的數(shù)值，對隧洞和基坑附近土體在豎向沉降方向具有一定的保護(hù)作用。

圖6 施加隔離墻前后隧洞表面豎向位移分布

3 結(jié)論

(1)隔離墻的施加對基坑開挖范圍內(nèi)的土體具有一定的保護(hù)作用，施加隔離墻可明顯降低土地的橫向和豎向位移。

(2)隔離墻的施加對隧洞結(jié)構(gòu)具有一定的保護(hù)作用，施加隔離墻后隧洞不同位置的水平位移均低于未施加情況，施加隔離墻后隧洞整體穩(wěn)定，而未施加隔離墻隧洞整體下沉較為明顯。

(3)通過分析模型三維云圖可知，隔離墻的施加對整體結(jié)構(gòu)的橫向位移和豎向位移均有一定的降低作用，對基坑開挖下的土體和隧洞可明顯起到保護(hù)作用。

(4)文章形象地表征了隔離墻對基坑開挖下土體和隧洞的保護(hù)作用，表明隔離墻措施的保護(hù)效果較好，在今后的研究中，可基于不同長度隔離墻對土體和隧洞保護(hù)作用分析，得出隔離墻最優(yōu)長度的施工方案，進(jìn)一步為隔離墻應(yīng)用提供基礎(chǔ)。