摘 要：结合广州市某电力隧道顶管法施工工作竖井的具体情况，通过三维数值分析模拟施工过程的变形和实际监测结果的对比，分析产生差异的原因，并为信息化施工提供依据。
关键词：竖井；变形监测；数值分析
基坑开挖以前，土体处于稳定状态，基坑开挖后局部地层大幅度减载引起了地层应力状态的改变。基坑应力状态的改变，也就意味着基坑位移的产生，为了使基坑开挖后土体保持原来的稳定状态，必须对基坑进行支护。为了准确估计由于基坑开挖引起的土体和支护系统的变形，一方面依赖于成功地应用有限元等现代化的分析计算工具和土体计算参数的正确性，另一方面依赖于有效的施工监测。
1、工程概述
广州市某输电工程电缆隧道，隧道拱顶覆盖厚度5.5m～8.9m，其纵坡设计不小于3‰。根据电缆隧道的施工工期安排，利用5个工作井对本电缆隧道进行施工。
本文仅对其中一个工作井，4号井进行分析。4号井的尺寸为10×10×10m。根据《广州地区建筑基坑支护技术规定》（GJB02—98），竖井为深基坑工程，基坑支护结构安全等级为一级。
4号井周围的覆盖层为残积土层，透水性差，是相对隔水层；中风化带岩石裂隙不发育，局部发育的裂隙也由泥质充填，地下水贮存条件较差，富水性不大。
4号井0～3m为残积层，呈褐红色、紫红色、紫灰色、灰白色等，主要由粉质粘土组成，局部夹有粉土、粘土。粉质粘土主要为可塑，局部为坚硬和硬塑。3～20m为岩石中化带，主要由泥质粉砂岩、粉砂质泥岩组成。
2、FLAC-3D数值分析
FLAC是可以完成“拉格朗日分析”的“显式有限差分程序”，它采用的混合离散法来模拟材料的塑性破坏和塑性流动。这种方法比有限元通常采用的“离散集成法”更为准确、合理。
2.1模型尺寸
竖井的尺寸为10×10×10m，支护形式采用300厚C30钢筋混凝土连续墙，在2.5m处设置一道300×500的钢筋混凝土梁作为内撑，以提高基坑的整体性。分层开挖每2.5m一层，边开挖边支护。5m处根据竖井的变形情况，加临时钢支撑。考虑到测斜管1、3两侧的施工堆土和车辆行驶等荷载的影响，在这两侧离基坑1m处分别加范围10m×5m，大小50Kpa的均布荷载。根据水文状况可知，地下水对4号井基坑影响不大，此处不考虑地下水平的影响。
由于基坑结构的对称性，建模分析时，只建立1/4模型，即5×5×10m。考虑到基坑的影响范围，土体模型尺寸20×20×10m。
图1 基坑平面尺寸及测斜管布置图 图2 Flac-3D模型
根据勘察报告中的土工试验值和《广州地区建筑基坑支护技术规定》（GJB02—98）中的附录B，这两种土的物理力学参数见表1。
表1 土的物理力学参数
土层层厚（m）天然重度（kN/m3）体积模量（Mpa）剪切模量（Mpa）粘聚力（kpa）内摩擦（〇）
状粉质粘土3.0190031.42015
泥质粉砂岩1724000.5×1030.3×1031×10335
2.2结果对比分析
图3-6分别为 CX1和CX2实际测量和软件分析的变形图，限于篇幅原因，不具体列出CX3和CX4的数据。从图中可知：
1、CX1和CX2变形曲线基本一致，但CX1的变形值，特别是在可塑状粉质粘土层，明显大于CX2的变形值。原因是在施工过程中靠近CX1侧为堆土区，最高堆土高度有时达2m，因此CX1侧为基坑变形最大的一侧，实际的测量数值和软件分析结果，也体现了这一现象。所以在施工过程中，一定要严格限制基坑周围的堆载量。
2、软件分析表明在各个开挖阶段，中风化泥质粉砂岩层基本处于弹性阶段，而可塑状粉质粘土层从开挖到2.5m深开始，土体就进入到了塑性阶段。实际测量的结果，虽然与软件分析结果有一定出入，但也基本相符合。
图3 CX1实际侧移图 图4 CX1 FALC-3D侧移图
图5 CX2实际侧移图 图6 CX2 FALC-3D侧移图
3、从开挖第一阶段结束，CX1和CX2顶部就达到了较大的位移，而在后面各个开挖阶段，侧移并没有按找相应的比例增大，这也表明钢筋混凝土剪力墙支护对限制基坑位移起到了明显的作用。
4、实际测量最大侧移在CX1的顶部，为25mm；而软件分析的最大侧移为24mm，在CX1离地面1.5m的位置。一方面是由于模型参数参数的选取问题，更重要的是本构模型的自身的问题，这尚需进一步研究。
3、结语
本文仅对顶管竖井开挖阶段各个阶段进行对比、分析，可以看出，三维数值模拟分析与实际监测的结果总体变化基本趋于一致。从变形情况来看，顶管竖井的支护初步设计是可行的，通过实际监测，充分运用了信息化施工，随时掌握基坑和周围建筑物的状态，对于施工中遇到的问题进行相应的调整，有效的保证了基坑与周围建筑物的安全，具有较高的经济效益和社会效益。
推荐访问： 竖井 数值 施工 分析 工作
