陸龍龍LU Long-long；蘆文文LU Wen-wen

（山東公用建設集團有限公司，濟寧 272000）

0 引言

隨著城市建設的高速發(fā)展，為了滿足人們的使用需求，地下綜合管廊、地下管線的埋設逐漸增加。在基坑開挖的施工過程中，不可避免地會對周圍的管線設施造成影響，當管線受到影響產生的變形達到一定程度時，將會影響管線的正常運行，甚至會產生重大事故[1]。

國內外已經有許多學者對基坑開挖引起的臨近管線變形進行了研究，Zhang等[2]建立管道和基坑的三維模型，研究了基坑開挖下管道變形的變化規(guī)律和管線參數(shù)、基坑參數(shù)、土體參數(shù)和地下連續(xù)墻對管線應力、應變和變形的影響。Han等[3]基于有限元原理建立了管道-土體相互作用模型，對基坑開挖對管道的變形進行了分析，研究了平行距離、管道參數(shù)和基坑參數(shù)對管道變形的影響規(guī)律。黃沛等[4]通過現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，研究了地下連續(xù)墻施工和基坑分區(qū)開挖對鄰近管線的影響。焦寧等[5]通過基坑開挖的現(xiàn)場監(jiān)測和數(shù)值模擬，探究了土巖復合地層中深基坑開挖對鄰近管線變形的影響規(guī)律。饒文昌[6]通過建立有限元模型，對基坑開挖引起的臨近管道變形及受力響應進行了研究。郭延輝等[7]對現(xiàn)有基坑支護設計方案下基坑及其支護結構、管道受力和位移等進行分析，研究了深基坑開挖對臨近既有高壓天然氣管道的影響。黃斌等[8]研究提出并設計了在基坑開挖期間，深基坑內220kV電力管廊原位懸吊保護的安全穩(wěn)定應對控制措施，從而保證基坑和電力管廊的安全。吳崢等[9]通過建立三維有限元模型，分析了管線周圍土體注漿加固的作用，同時研究了改變管線與基坑的夾角引起管線豎向位移的變化規(guī)律。徐長節(jié)等[10]推導了砂土地層單井降水引起鄰近管線變形的解析解，深入分析了管線受力變形的影響參數(shù)。徐宏增等[11]研究了由狹長型的市政管廊基坑開挖引起鄰近管線沿長度方向的位移變化，探討了不同圍護結構形式下的基坑開挖對鄰近大直徑污水管線的影響規(guī)律。郜新軍等[12]分析了深基坑開挖過程中鄰近管線的位移變化規(guī)律并對其安全性進行了評價，提出了注漿法、微型樁法及二者聯(lián)合的3種管線加固措施，并對比分析了3種加固措施的加固效果。何小龍等[13]基于Pasternak彈性地基梁理論，引入管-土相互分離計算模型，推導了基坑開挖引起的鄰近管線變形計算解析解。

綜上所述，現(xiàn)有研究對于基坑施工引起的臨近管線變形的研究較為豐富，但針對基坑開挖引起的下方大直徑管線變形的研究較少。本文依托濟寧經濟開發(fā)區(qū)供熱管網(wǎng)工程，對基坑開挖引起的下方臨近管線豎向變形影響問題開展研究，通過建立三維有限元模型，分析施工全過程下基坑對下方臨近大直徑管線豎向變形的影響。

1 工程概況

本文依托濟寧經濟開發(fā)區(qū)供熱管網(wǎng)工程基坑進行研究。工程南起嘉合路南段，于鴻順在建工地東側分流，一條沿嘉合路向北至吉祥路北側，一條穿鴻順在建工地和神力鎖具有限公司，過嘉誠路后向北至吉祥路北側?；酉路接蠨N2000的污水管道穿過，基坑與管道正交，基坑底部距離管道約1m，污水管道軸線之間距離為4m。基坑深度5m，采用復合土釘墻支護開挖，墻面坡比為1:0.2。土釘采用18mm直徑鋼筋，長度10m，基坑典型剖面圖如圖1所示。

圖1 基坑典型剖面圖

由于基坑位于管線正上方，基坑內土體卸荷容易引起管線上浮。工程設計中考慮對污水管兩側3m、管頂0.5m范圍內進行注漿加固土體，加固土體28d無側限抗壓強度大于0.8MPa?；铀幍貙油馏w以黏土和粉土為主，各土層的物理力學參數(shù)如表1所示。

表1 土層的物理力學參數(shù)

2 數(shù)值模型分析

2.1 模型建立

利用MIDAS GTS NX軟件建立基坑三維模型，模型尺寸為40m×40m×25m，基坑的數(shù)值模型如圖2所示。模型邊界條件為四周限制水平位移，底部設置固定約束。土體采用摩爾庫倫模型，土釘墻的錨桿和支護結構分別采用桁架單元和板單元模擬，使用彈性模型，各結構單元的力學參數(shù)如表2所示。

圖2 數(shù)值模型圖

表2 結構單元物理力學參數(shù)

2.2 管線位移

設基坑開挖部分與管線中線的距離為L，圖2為基坑下方管線的豎向變形圖，可以發(fā)現(xiàn)隨著基坑開挖部分與下方管線距離的減小，管線上方的土體荷載逐漸減小，管線的豎向變形逐漸增加，最終管線的豎向變形表現(xiàn)為中間大、兩側小的近似正態(tài)分布曲線，峰值出現(xiàn)在基坑的中心下方。在基坑開挖過程中，在距離管道較遠時，管道變形極小，隨著開挖距離的增加，開挖部分距離管道的距離越近，管道變形的增長速率越快。

圖3 基坑下方管線的豎向變形圖

2.3 管線豎向變形影響因素

基坑開挖深度對管線豎向變形的影響如圖4所示，可以發(fā)現(xiàn)，當管線埋深不變時，基坑不同開挖深度引起的管線豎向變形規(guī)律一致，隨著基坑開挖深度的增加，管線的豎向變形量隨之增加，且在基坑開挖深度增加的初始階段，管線變形量增加較大。

圖4 基坑開挖深度對管線豎向變形的影響

基坑開挖時管線埋深對管線豎向變形的影響如圖5所示，可以發(fā)現(xiàn)，當基坑開挖深度不變時，管線不同埋深對管線豎向變形規(guī)律無影響，隨著管線埋深的增加，管線的豎向變形量逐漸減小，變化幅度較為均勻。

圖5 管線埋深對管線豎向變形的影響

為了確定管線與基坑夾角對管線豎向變形的影響，本文分別對管線軸線與基坑中線之間不同夾角角度條件下管線的豎向變形進行了計算，管線軸線與基坑中線夾角角度對管線豎向變形的影響如圖6所示。當夾角為0°時，管線的豎向變形最大，然后隨著夾角角度的增大，管線豎向變形量逐漸減小，當夾角為90°時，管線的豎向變形最小。且在0°～30°時管線豎向變形值減小速度較慢，30°～90°時管線豎向變形值減小速度變大。在選定實際工程方案時，應盡量使用管線軸線與基坑中線之間夾角角度較大的方案，這樣可以有效減小管線的豎向變形。

圖6 管線與基坑夾角對管線最大豎向變形的影響

3 結論

本文依托濟寧經濟開發(fā)區(qū)供熱管網(wǎng)工程，對基坑開挖引起的下方臨近管線豎向變形影響問題開展研究。采用Midas GTS有限元分析軟件對基坑施工過程進行動態(tài)模擬，分析施工全過程下基坑對下方臨近管線豎向變形的影響。

①隨著基坑開挖部分與下方管線距離的減小，管線上方的土體荷載逐漸減小，管線的豎向變形逐漸增加，最終管線的豎向變形表現(xiàn)為中間大、兩側小的近似正態(tài)分布曲線，峰值出現(xiàn)在基坑的中心下方。

②在基坑開挖過程中，在距離管道較遠時，管道變形極小，隨著開挖距離的增加，開挖部分距離管道的距離越近，管道變形的增長速率越快。隨著基坑開挖深度的增加，管線的豎向變形量隨之增加。隨著管線埋深的增加，管線的豎向變形量逐漸減小。

③當管線軸線與基坑中線之間夾角為0°時，管線的豎向變形最大，然后隨著夾角角度的增大，管線豎向變形量逐漸減小，當夾角為90°時，管線的豎向變形最小。且在0°～30°時管線豎向變形值減小速度較慢，30°～90°時管線豎向變形值減小速度變大。在選定實際工程方案時，應盡量使用管線軸線與基坑中線之間夾角角度較大的方案，這樣可以有效減小管線的豎向變形。