圓形基坑施工監(jiān)測及數(shù)值模擬分析

（重慶交通大學土木工程學院， 重慶 400074）

0 引言

隨著城市建設的發(fā)展，人們對地下空間的開發(fā)利用日益增多，基坑工程的數(shù)量不斷增多，基坑工程向著更大，更深，施工更復雜發(fā)展。許多新的施工工藝，施工工藝用在了基坑施工中。各種新的支護形式不斷的出現(xiàn)在工程中，圓形支護就是其中一種基坑支護形式。為了確保基坑工程在施工過程中安全性，監(jiān)控量測技術(shù)在基坑工程中廣泛應用，通過監(jiān)測指導施工，通過監(jiān)測反饋設計，又通過監(jiān)測為基坑工程的理論研究提供數(shù)據(jù)，使施工更加安全。

本文通過對圓形泵房基坑的施工監(jiān)測和三維基坑數(shù)值模擬，分析圓形支護結(jié)構(gòu)的受力和位移變形情況。

1 工程概況

本泵房屬于某城市立交新建工程下穿通道工程的一部分泵房設計成圓形。泵房直徑為22米，深度為13米。圓形泵房周圍設置注漿孔帷幕，帷幕采用兩排注漿孔，梅花形布設，間距1米。泵房圍護結(jié)構(gòu)采用C30鋼筋混凝土護圈支護，不設支撐，泵房開挖時，混凝土護圈采用分層護壁，每開挖 1米就施工一米護圈，在平面上可以分段施工，最后形成拱圈結(jié)構(gòu)。上層混凝土護圈達到規(guī)定的強度后方能進行下部施工。

2 監(jiān)測內(nèi)容及監(jiān)測點布設

泵房開挖深度為10米，屬于深基坑，周圍地址條件較為復雜。泵房平面形狀呈圓形，拱效應非常明顯。為了泵房開挖施工的安全性，需要對圓形泵房施工進行施工監(jiān)控。及時反映在施工過程中圍護結(jié)構(gòu)的變形情況，保證施工過程中的安全。

根據(jù)設計要求和工程的實際情況，在圈梁上布設了 8個圍護結(jié)構(gòu)頂部水平位移和豎向位移監(jiān)測點。編號從BF1-BF2八個監(jiān)測點。在圍護結(jié)構(gòu)周圍布設了2個土體的深層水平位移（測斜）監(jiān)測點。編號從CX1-CX22個監(jiān)測點。泵房施工平面監(jiān)測點的布置圖見圖3-1.

圖3-1 泵房施工平面監(jiān)測點布置圖

3 數(shù)值模擬

本論文采用最新升級的三維巖土分析和隧道有限元軟件midas GTS NX對周邊環(huán)境進行數(shù)值模擬，最大程度地考慮巖土和周邊環(huán)境的復雜性。

3.1 模型建立

Midas GTS建模流程：定義模型概況→創(chuàng)建幾何模型→劃分網(wǎng)格→定義荷載和邊界→定義工況并分析→查看分析結(jié)果。泵房使用Mohr-Coulomb本構(gòu)模型。計算模型尺寸100m×100m×40m(X×Y×Z)。土層厚度及參數(shù)參考地勘報告。混凝土護圈采用C30混凝土，厚度1m，彈性模量 E = 20GPa，泊松比 ν = 0.20，重度γ= 25kN/m 3。圖4-1 計算模型網(wǎng)格劃分。

圖4-1 計算模型網(wǎng)格劃分

3.2 計算與監(jiān)測模型對比分析

3.2 .1 護圈支護結(jié)構(gòu)頂部位移對比分析

通過對泵房逐層開挖程序?qū)崿F(xiàn)了實際挖工況全過程的模擬,得到了護圈支護結(jié)構(gòu)三維數(shù)值計算結(jié)果。從數(shù)值模擬結(jié)果看，泵房開挖完工后，支護結(jié)構(gòu)的頂部豎向位移最大豎向位移 3.22mm。泵房開完完工后，實測的位移數(shù)據(jù)為 2.43mm。實測數(shù)據(jù)較模擬數(shù)值小了一點，兩者的數(shù)值變化都在控制范圍內(nèi)。

從圖 4-2知計算得到的側(cè)向位移曲線和實測側(cè)線位移曲線比較兩者側(cè)向位移的曲線形狀大致一致，趨勢相同最大位移值的位置點在相同的區(qū)域，最大側(cè)向位移值均出現(xiàn)在深度5米處。通過實測側(cè)向位移最大值為1.23mm.通過數(shù)值模擬最大值為2.18mm。數(shù)值變化都在控制值范圍內(nèi)。

圖4-2 圍護結(jié)構(gòu)側(cè)向位移實測值與模擬值

4 結(jié)論

本通過對采用護圈支護結(jié)構(gòu)的某圓形泵房的施工監(jiān)控和三維數(shù)值分析。得出以下結(jié)論。

（1）圓形護圈支護結(jié)構(gòu)的受力是比較合理的，從實測數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬數(shù)值對比分析知護圈的側(cè)向位移變化較小，在控制范圍值之內(nèi)。

（2）對于地質(zhì)條件比較復雜的基坑施工，三維的數(shù)值模擬和施工監(jiān)控相結(jié)合的方法是必要的。能更好的反映在施工過程中圍護結(jié)構(gòu)的位移變化，更好的保證施工過程中的安全，指導施工。

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