彭小光

（深圳市利源水务设计咨询有限公司 广东深圳 518000）

1 工程概况

1.1 竖井周边建筑场地

某竖井位于某市沿江东路某酒店和某大桥交汇地带，北侧为沿江东路，西侧为某酒店，东侧为某大桥，南侧为水源充沛的某河流。竖井基坑为开挖直径13.6m圆形井，开挖深度为40.2m。圆井底部通过矿山隧道与盾构隧道相连，作为盾构区间到达井。

1.2 建筑场地地质及支护结构概况

如表1所示为建筑场地各土层及支护结构设计计算指标情况表。

表1 建筑场地各土层及其设计计算指标情况

2 建立模型

2.1 模型尺寸及边界确定

依据竖井的影响范围、深度、支护形式来确定模型的整体尺寸为150m×150m×120m，圆井的设计尺寸为φ8.5m，开挖深度为40.2m。本模型根据实际工程情况设置共有五层土，每层土的土层参数以及厚度见表1，其中地下水位标高为-3.5m，整体模型见图1所示。

图1 三维有限元数值模型

2.2 本构模型的确定及网格划分

为保证计算结果精度，划分网格前先对各个构件进行单元尺寸播种，对离圆井的较近土体进行线性梯度播种，使重点分析部分网格密集，远离圆井及支护结构的土体网格相对稀疏，以在保证计算精度的同时，提高计算效率，节省计算时间；对于实体采用混合网格对模型单元进行划分，计算单元数为101254个，为大型计算分析模型。其中将各天然土层、管棚预注浆加固区、超前小导管预注浆加固区及旋喷桩等效加固区设置3D单元，抽水泵站底板、侧墙及支护结构中的初期支护等效成2D板单元，锚杆设置成1D单元，注浆加固区通过改变土层属性来改变。

3 不同开挖进尺对竖井开挖影响研究

3.1 不同开挖进尺对竖井地面沉降影响研究

分别模拟砂层开挖进尺分别采取0.5m、1m、1.5m、2m的情况。本工程中因为砂层的渗水比较严重，对竖井开挖影响比较大，故本小节只对砂层开挖完成后地表沉降及围护结构水平位移进行对比分析。如图2所示为不同开挖进尺下距离竖井边缘距离地表沉降的变化情况。

图2 不同开挖进尺厚度地表沉降变化曲线

如图2所示，不同的开挖进尺作用下，地表沉降值随着距离竖井边缘距离变先减小后增大，随着开挖进尺的增大，地表沉降值不断增大，当开挖进尺为0.5m时，地表沉降值最小，为-1.71mm；当开挖进尺为1.0m时，地表沉降值较0.5m的开挖进尺增加35%；当开挖进尺为1.5m时，地表沉降值较0.5m的开挖进尺增加76%；当开挖进尺为2.0m时，地表沉降值较0.5m的开挖进尺增加162%。

3.2 不同开挖进尺对竖井围护结构变形影响研究

如图3所示，随着开挖进尺的增大，围护结构水平位移不断增大，当开挖进尺为0.5m时，水平位移值最小；当开挖进尺为1.0m时，围护结构水平位移值较0.5m的开挖进尺增加31.1%；当开挖进尺为1.5m时，水平位移值较0.5m的开挖进尺增加57.7%；当开挖进尺为2.0m时，地表沉降值较0.5m的开挖进尺增加111.1%。

图3 不同开挖进尺厚度围护结构水平位移变化情况

4 结论

从以上曲线图趋势可知，必须严格控制好开挖进尺才能保证竖井的开挖安全。针对竖井开挖工程，当开挖进尺为0.5m时，竖井开挖较为安全，但工期拖得较长，施工较为保守，而采用开挖进尺1m进行开挖时，最大沉降值为2.35mm，水平位移值为5.9mm，属于在较为安全值，而开挖及进尺为1.5m及2m时地表沉降值及水平位移值较大，竖井开挖过程中存在一定安全隐患，故从工期及节约成本考虑采用开挖进尺长度为1m。