陈湘桂，张雪松，黄林冲

(1．湖南省勘测设计院，湖南 长沙410014;2．广州番禺职业技术学院，广东广州511483;3．中山大学 工学院，广东 广州510275)

在狭窄的场地内开挖基坑群不仅会给支护设计带来很大困难，也会对临近建筑的安全使用及周边基坑的稳定性造成很大威胁［1－3］。本文针对广州动车基地三级检修库内1，2和3号基坑开挖对周边环境及自身的影响进行分析，结合数值模拟数据，分析和研究基坑施工中各种因素对相邻坑及建筑的影响作用，从而做到信息化施工，有效地保护周边环境。

1 工程概况

基坑工程位于广州动车基地已竣工的3级检修库内，为安装设备基础而建设。本项目由18个分离的基坑组成，每1组基坑均从两侧向中部开挖，各基坑均为矩形布置，每个基坑的开挖深度约9．2 m。本文研究的基坑群南侧紧靠已建的83股道既有基坑群，既有基坑群深度约5．8 m，对变形的要求也非常严格，位移过大后果非常严重。基坑群北侧紧邻已建管桩基础承台，其距管桩基础的承台最小距离不足2 m，施工空间狭小，对工程施工影响相当敏感，要求厂房的基础及83股道既有基坑群控制水平位移不大于10 mm，控制竖向位移不大于15 mm。因此，必须在施工过程中严格控制土体的变形，确保已建管桩基础的安全和正常使用。

2 有限元模型建立

本文使用MADIX二维有限元分析软件，通过模拟广州动车基地3级检修库内的1，2和3号基坑不同的开挖顺序对支护结构深层位移及地表沉降的影响情况。

2．1 开挖工况及参数设置

为了使得模拟结果更有实际意义，本次模拟中土体的各项参数均采用勘察报告中所提供的数据，其基坑分布如图1所示，通过模拟1，2和3号基坑顺序开挖;1，3和2号基坑依次顺序开挖;1和3号基坑先同时开挖再开挖2号基坑;2号基坑先开挖再同时开挖1和3号基坑这4种不同的开挖情况来对比分析。支护结构各项参数与设计图纸及实际施工过程中参数相同，土层的物理力学参数如表1所示。

图1 各基坑分布图Fig．1 Distribution of foundation pits

表1 土层物理力学参数Table 1 Physical and mechanical parameters of soil

2．2 模型的建立

建立的模型如图2所示。

图2 所有基坑开挖完成之后的计算模型Fig．2 Simulation model after all excavation

3 连续基坑开挖影响效应研究

3．1 不同开挖顺序对不同位置深层位移影响分析

通过调整1，2和3号基坑内土体的不同顺序，来达到对开挖顺序的调整，得出不同开挖顺序对支护结构侧向变形沿深度方向分布情况如图3所示。

有限元模拟得出的支护结构深层位移如图3所示，通过对3个基坑不同部位的数据对比分析可以得出:CX－5和CX－6的位移量大于CX－3和CX－2的位移量;CX－3和CX－2的位移量大于CX－1和CX－4的位移量，且最大位移都在7～7.5 m处。即:连续基坑开挖支护结构最大位移出现在外围基坑靠外边处，最小位移出现在外围基坑靠内边处，中间基坑的变形相对较小。

3．2 不同开挖顺序对相同位置深层位移影响分析

3．2．1 对外围基坑外边侧的影响

通过对不同开挖顺序造成的外围侧围护结构深层位移CX－5和CX－6的位移量进行对比分析，得出不同开挖顺序外围基坑外边侧支护结构侧向变形情况如图4所示。

图3 不同开挖顺序支护结构侧向变形沿深度方向分布图Fig．3 Lateral deformation distributions of supporting structure along the direction of depth with different excavation sequence

图4 不同开挖顺序外围基坑外边侧支护结构侧向变形Fig．4 Lateral deformation distributions of lateral supporting structure outside of foundation pit with different excavation sequence

由图4可见:不同的开挖顺序形成的外侧边基坑外边侧支护结构侧向变形曲线基本重合，说明不同的开挖顺序对外围基坑外边侧围护结构侧向变形基本没有影响。

3．2．2 对外围基坑内边侧的影响

通过对不同开挖顺序造成的外围侧围护结构深层位移CX－1和CX－4的模拟位移量进行对比分析，得出不同开挖顺序外围基坑内边侧支护结构侧向变形情况如图5所示。

图5 不同开挖顺序外围基坑内边侧支护结构侧向变形Fig．5 Lateral deformation distributions of medial supporting structure outside of foundation pit with different excavation sequence

结果表明:不同的开挖顺序形成的外侧边基坑内边侧支护结构侧向变形有一定的影响，其中先开挖两侧基坑时对内侧对外围基坑靠内侧支护结构影响最大［4］;依次顺序开挖后的外围基坑内侧围护结构也有一定的影响，其位移量都为缩小趋势。

3．2．3 对内部基坑围护结构影响分析

通过对不同开挖顺序造成的外围侧围护结构深层位移CX－2和CX－3的模拟位移量进行对比分析，得出不同开挖顺序内部基坑围护结构侧向变形情况如图6所示。

图6 不同开挖顺序内部基坑围护结构侧向变形Fig．6 Lateral deformation distributions of supporting structure inside of foundation pit with different excavation sequence

由图6可以看出:不同的开挖顺序形成的内部基坑支护结构侧向变形有一定的影响，其中先开挖两侧基坑时对内侧对外围基坑靠内侧支护结构影响最大，同时，依次顺序开挖后的内侧基坑靠先开挖远端的影响也较大，且为增大位移的作用。

3．3 后开挖基坑对先开挖坑支护结构变形研究

3．3．1 连续开挖对1号坑支护的变形研究

同过对比1，2和3号基坑顺序开挖过程中，数值模拟产生的数据绘制出CX－5和CX－1的围护结构深层位移(图7)来分析连续开挖对先开挖坑产生的增量。

图7 连续开挖1号基坑围护结构深层位移Fig．7 Deep deformation of supporting structure when foundation pits No．1 under continuous excavation

从图中可以看出:CX－1随着开挖的进行其位移量逐渐减小，而CX－5随着开挖的进行其位移量逐渐增大，即顺序开挖外围基坑外侧围护结构随着开挖的进行位移量逐渐增大，而外围基坑内侧围护结构随着开挖的进行位移量逐渐减小［5］。

同时对CX－1和CX－5位移增量挑选出来进行对比分析，得出位移增量情况如图8所示。

图8 连续开挖1号基坑围护结构深层位移增量Fig．8 Deep deformation increments of supporting structure when foundation pits No．1 under continuous excavation

从图中可以看出:CX－5的位移增量值小于CX－1的位移增量值，即顺序开挖外围基坑外侧围护结构随着开挖的进行位移量增大值小于外围基坑内侧围护结构随着开挖的进行位移量减少值，说明顺序开挖的过程中对内侧的影响较大。

3．3．2 1－3－2号基坑依次开挖对1号基坑支护变形研究

同过对比1，3和2号基坑顺序开挖过程中，数值模拟产生的数据绘制出CX－1的围护结构深层位移(图9)来分析连续开挖对先开挖坑产生的增量。

图9 1－3－2号基坑次序开挖1号基坑围护结构深层位移Fig．9 Deep deformation of supporting structure in foundation pits No．1 when the pits excavation sequence is 1－3－2

从图中可以看出:CX－1随着开挖的进行其位移量逐渐减小，而CX－5随着开挖的进行其位移量逐渐增大，即1，3和2号基坑顺序开挖外围基坑外侧围护结构随着开挖的进行位移量逐渐增大，而外围基坑内侧围护结构随着开挖的进行位移量逐渐减小。这与顺序开挖所得出的结论相符合。

同时对CX－1和CX－5位移增量挑选出来进行对比分析，得出位移增量情况如图10所示。

图10 1，3和2号基坑次序开挖1号基坑围护结构深层位移增量Fig．10 Deep deformation increments of supporting structure in foundation pits No．1 when the pits excavation sequence is 1－3－2

从图中可以看出:CX－5的位移增量值小于CX－1的位移增量值，即顺序开挖外围基坑外侧围护结构随着开挖的进行位移量增大值小于外围基坑内侧围护结构随着开挖的进行位移量减少值，说明顺序开挖的过程中对内侧的影响较大。与顺序开挖所得出的结论相符合。

图11 不同开挖次序1号基坑围护结构深层位移增量Fig．11 Deep deformation increments of supporting structure in foundation pits No．1 under different excavation sequences

通过图11可以看出:随着先开挖基坑的开挖完成，后开挖基坑对先开挖基坑有一定的影响，且离新近开挖区近的围护结构深层位移较大些，但不同的开挖顺序对位移增量的总值比较接近。

3．3．3 先开挖1和3号基坑对1和3号基坑内侧支护变形研究

先开挖1和3号基坑对1和3号基坑内侧支护的增量研究，通过对比先开挖1和3号基坑，后开挖2号基坑这一情况，2号基坑开挖过程对1和3号基坑产生的位移增量进行对比分析如图12所示。

图12 开挖1、3号基坑外围基坑内侧支护位移Fig．12 Deformation distributions of medial supporting structure under excavation of outside foundation pits No．1＆ 3

2号基坑开挖的过程中同时引起1和3号基坑靠近2号基坑侧围护结构变形减少，也就是说，随着2号基坑的开挖1和3号基坑的围护结构均有向2号基坑位移的趋势。

3．3．4 先开挖中间基坑对中间基坑支护位移变形研究

先开挖中间基坑对中间基坑支护位移的增量研究，通过对比先开挖2号基坑，然后同时开挖1和3号基坑这一情况，1和3号基坑开挖过程对2号基坑产生的位移增量进行对比分析，如图13所示。

从图13可以看出:先开挖两侧基坑后开挖中部基坑对基坑自身的影响要较明显一些，根据上述章节的分析，我们可以知道这种变化使得围护结构的位移减小的，对基坑是有利的。

图13 不同的开挖次序引起的支护结构深层位移增量Fig．13 Deep deformation increments of supporting structure under different excavation cases

3．4 不同的开挖顺序对周边地表沉降的影响分析

通过对比不同情况下，3个基坑均已开挖完成的情况下，引起的周边地表沉降的总的位移量来进行对比分析。同时由于工业厂房内空间的狭小性，3倍的开挖深度范围往往已经到厂房之外，所以外围沉降范围只分析到1倍开挖深度范围［6－8］。

图14 不同开挖次序对基坑周边地表沉降的影响Fig．14 Effect of the ground deformation surrounding the foundation pits under different excavation cases

通过图14中的沉降曲线图可以看出:最终沉降量基本相同，说明不同的开挖工况对地表沉降的最终变形量基本没有影响。

4 结论

(1)连续基坑开挖支护结构最大位移出现在外围基坑靠外边处，最小位移出现在外围基坑靠内边处，中间基坑的变形相对较小。

(2)先开挖两侧基坑后开挖中部基坑对基坑自身的影响要较明显一些，且其影响会使得基坑工程施工向偏于安全的方向发展。

(3)连续基坑开挖过程中易引起周边土体向正在开挖的基坑方向位移，而且有一定的累加作用。

(4)不同的开挖顺序对外围基坑外边侧围护结构侧向变形及地表沉降基本没有影响。

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