相邻深基坑不同开挖方式对所夹地下综合管廊的影响分析.pdf
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1、168620238Building ConstructionSCIENTIFCRESEARCH究科研学相邻深基坑不同开挖方式对所夹地下综合管廊的影响分析崔天义张博2赵博生!孙晨光1.中铁建工集团第一建设有限公司北京100070;2.北京科技大学土木与资源工程学院北京100083摘要:依托邻近2 条地下综合管廊的相邻深基坑工程,建立了基坑开挖支护及地下综合管廊的三维有限元模型,研究了在同步和异步2 种开挖方式下,相邻基坑的开挖支护活动对其所夹地下综合管廊受力变形特性的影响。分析结果表明:基坑开挖引起管廊沉降增大,最大值发生在距离基坑侧最近的位置。相邻深基坑同步和异步不同开挖方式对所夹地下综合管廊
2、的最终沉降值影响较小,同步开挖方式下综合管廊沉降均值相对较大。相邻深基坑异步开挖使邻近先挖基坑地下综合管廊的水平位移呈现先增大后减小的变化,这种现象在同步开挖方式下未有体现。不同开挖方式下,综合管廊最终的水平位移变化规律基本类似。综合管廊工程竣工后,管廊顶板的Von-Mises应力和最大剪应力分布较为平均,靠近综合管廊交会处应力发生增大突变。相邻深基坑的不同开挖方式对所夹地下综合管廊的Von-Mises应力和最大剪应力的影响基本类似,基坑的开挖使管廊顶板的Von-Mises应力和最大剪应力都有增大,并导致在距离基坑侧最近位置处出现应力的峰值。相关的研究成果可为类似工程的设计施工提供借鉴经验。关
3、键词:相邻基坑;开挖方式;综合管廊;受力变形;数值模拟中图分类号:TU753文献标志码:A文章编号:1 0 0 4-1 0 0 1(2 0 2 3)0 8-1 6 8 6-0 5DOl:10.14144/ki.jzsg.2023.08.054Analysis of Impact of Different Excavation Methods on AdjacentDeepFoundation PitsonEmbeddedUndergroundComprehensiveUtilityTunnelCUI TianyilZHANG BoZHAO BoshenggSUNChenguang1.China
4、 Railway Construction Engineering Group No.1 Construction Co.,Ltd.,Beijing 100070,China;2.Department of Civil Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,ChinaAbstract:Based on the adjacent deep foundation pit engineering of two underground comprehensive utility tunnels,a
5、 3D finiteelement model of foundation pit excavation support and underground comprehensive utilty tunnel is established.The impactof excavation support activities of adjacent foundation pits on the stress and deformation characteristics of the undergroundcomprehensive utility tunnel under synchronou
6、s and asynchronous excavation methods is studied.The analysis resultsindicate that the excavation of foundation pit causes an increase in the settlement of underground comprehensive utility tunnel,with the maximum value occurring at the closest position to the side of foundation pit.The synchronous
7、and asynchronousexcavation methods of adjacent deep foundation pits have a relatively small impact on the final settlement value of embeddedunderground comprehensive utility tunnel,while the average settlement value of underground comprehensive utility tunnelis relatively large under synchronous exc
8、avation methods.The asynchronous excavation of adjacent deep foundation pitsresults in an increase and then decrease in the horizontal displacement of the underground comprehensive utility tunnel ofthe adjacent first excavated foundation pit,which is not reflected in the synchronous excavation metho
9、d.Under differentexcavation methods,the final horizontal displacement changes of underground comprehensive utility tunnel are basicallysimilar.After the completion of underground comprehensive utility tunnel project,the Von-Mises stress and the maximumshear stress of the roof of underground comprehe
10、nsive utility tunnel are evenly distributed,and the stress near the intersectionof underground comprehensive utility tunnels increases abruptly.The impact of different excavation methods of adjacentdeep foundation pits on the Von-Mises stress and maximum shear stress of underground comprehensive uti
11、lity tunnel isbasically similar.The excavation of the foundation pit increases the Von-Mises stress and maximum Shear stress of the roof ofunderground comprehensive utility tunnel,and results in the peak stress at the nearest position to the foundation pit side.Therelevant research results can provi
12、de reference experience for the design and construction of similar projects.Keywords:adjacent foundation pit:excavation method;comprehensive utility tunnel;force deformation;numerical simulation作者简介:崔天义(1 9 9 6 一),男,本科,助理工程师。通信地址:北京市丰台区造甲村1 1 1 号中铁建工北京分公司(1 0 0 0 7 0)。电子邮箱:1 2 5 4 4 0 1 8 7 4 收稿日期:2
13、 0 2 3-0 5-1 5随着社会发展的不断加速,城市用地越来越紧张,导致建(构)筑物密集分布,基坑工程施工与邻近既有建(构)筑物间的相互影响成为不可避免的问题。随着大面积的土地开发,2 个或多个相邻基坑同时或交替施工的情形也时有出现,邻近基坑不同的开挖方式对基坑自身的稳建筑施工第4 5 卷第8 期1687崔天义、张博、赵博生、孙晨光:林相邻深基坑不同开挖方式对所夹地下综合管廊的影响分析定性以及周边建(构)筑物受力变形的影响也存在一定的差异 2 。因此,合理的邻近基坑工程的开挖方式,可使基坑间的相互影响最小,确保基坑和周边建(构)筑物的安全稳定。相邻基坑同期进行开挖将产生复杂的应力分布,使基
14、坑之间的土体在多种力作用下的变形特性也较为复杂。目前对邻近基坑开挖的研究主要通过数值模拟结合实测数据展开。丁智等3 通过对邻近基坑工程的地表沉降、混凝土支撑轴力、深层土体位移等进行施工监测,发现单基坑施工与双基坑施工时深层土体位移、内支撑轴力等的变化规律有明显区别。沈健 4 通过数值模拟手段,研究了多个距离相近的基坑开挖的相互影响问题,并提出了合理的基坑开挖方式。高明尚等 5 采用有限元软件建立了邻近基坑开挖模型,并对不同施工顺序的基坑水平变形的影响进行了分析研究。林巧 6 通过有限元分析及施工现场监测结合,研究了软土地区深大基坑同步开挖的施工技术。戴斌等 7 采用数值模拟方法,研究了上海软土
15、区相邻基坑同步开挖的相互影响,提出了相邻基坑同步开挖合理的缓冲区宽度范围。俞强 8 通过建立三维有限元数值模型,系统分析了相邻深基坑非同步开挖下支护结构及周边环境的受力、变形特征。相邻基坑的开挖会对支护结构的受力以及周围土体变形产生叠加的影响,不同开挖方式下的影响程度也不同,并且随着开挖深度的增加,基坑自身的稳定性及其对周围建(构)筑物的影响也更加错综复杂。因此,对不同开挖方式下相邻基坑的稳定性以及对周边环境的影响的研究尤为重要。本文依托北京市通州区某紧邻地下综合管廊的2 个相邻深基坑工程,通过建立三维数值分析模型,研究了相邻深基坑在不同开挖方式下的整体稳定性以及所夹综合管廊受力变形的影响。1
16、工程概况依托实际工程展开研究,工程项目位于北京市通州区北京城市副中心地区,属于中国人民大学校区建设工程西区(基坑1)和南区(基坑2)两相邻基坑基本属于同时开挖,中间隔有明德街综合管廊和畅和西路综合管廊,如图1 所示。2 个基坑距离管廊都比较近,基坑1(西区)放坡上口线距离明德街综合管廊最近处1 2.4 m。因此,施工时需考虑基坑的开挖降水过程以及2 个相邻基坑同时开挖对管廊的变形影响。工程场地范围内,地层主要为人工填土层黏性土、粉土及砂土层,地层参数如表1 所示。基坑1 和基坑2 的最大开挖深度分别为1 4.1 5 m和1 5.2 5 m,均位于地下水位下面,采用降水井进行降水处理。2 个基坑
17、主要采用土钉墙十桩锚支护形式,部分断面采用复合土钉墙、放坡十土钉墙支护。基坑2畅和西路综合管廊明德街综合管廊二基坑1图1 两相邻基坑及管廊位置示意表1 土层的物理力学指标容重/内摩擦角/黏聚力/弹性模量/土层层厚/m泊松比(kN/m)kPakPa素填土318.010.05.00.3072.000粉细砂719.526.02.00.34162.000细砂3820.229.000.3599.360细砂4620.231.000.3593 600细砂5820.231.000.3588 200粉质黏土520.018.824.50.32180.000细砂7620.231.000.3586.4002数值模型计
18、算2.1模型大小及网格划分结合西区基坑及南区基坑实际施工作业红线,西区基坑施工作业空间约为1 0 6 7 5 m,周长约为4 1 0 m,南区基坑施工作业空间约为2 4 8 8 1 m,周长约为6 3 6 m,且两基坑均为长大深基坑,稳定性受多种因素影响。尤其是西区深基坑,形状极不规则,开挖过程对周边环境影响较为复杂。故将模型尺寸设计为650m550m43m,如图2 所示,以消除模型边界效应的影响,最大程度还原基坑开挖过程中明德街综合管廊与畅和西路综合管廊变形特性,探索相邻深基坑在不同开挖方式下对所夹地下综合管廊的影响规律。明德街综合管廊畅和西路综合管廊人大西区基坑人大南区基坑图2基坑网格划分
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