大型基坑开挖施工数值模拟分析
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内衬 的同时 开挖 中 间 区域 土 方 ， 待 上层 内衬 混 凝 土 强
高 程为 ５ ． ０ ０ ｍ， 底 高 程 为 一３ ５ ． ０ ０～ 一４ ５ ． ０ ０ ｍ， 嵌 入
中风化 砂岩 约 ３ ． ０ ０ ｍ， 总 深度 ４ ０ ． ０ ０～ ５ ０ ． ０ ０ ｍ。 基 础施 工 中 ， 地连墙采 用 Ｃ ３ ５水 下 混 凝 土 ， 帽 梁
虑 混凝 土结 构 的收缩 、 徐变 ， 以确保基 坑 开挖 和基坑 结
构 的安 全 。
开挖 帽 梁施工 基槽 ， 当帽 梁施 工 完 毕并 达 到 ８ ０ ％设 计 强度 及基 坑 内顶 部软 土 层 加 固满 足要 求 后 ， 开始 进 行
基坑 土方 开挖 。圆形 地连 墙 内衬 壁 为从 上 到下不 等厚
系在 施 工 阶段 的 最 大 变 形 约 ４ ． １ ｍ ｍ， 属于很低的水平 ； 锚 碇 南 北 两侧 土 层 的 差 异 对体 系的 变形 、 内力影响 不
大 。 为 大 型基 坑 开挖 施 工 的研 究 与 应 用 提 供 了技 术 手 段 和 参 考 资料 。
关 键 词： 有 限 元 ；施 工数 值模 拟 ；变形 ；应 力 ；大 型 基 坑
大型基坑 开挖 施工数值模拟分析
乔 景 顺 ， 杨 德 磊 ， 郑 瑞 杰
（ １ ． 黄淮学院 建筑工程 学院， 河南 驻马店 ４ ６ ３ ０ ０ ０ ； ２ ． 中交 二 航 局 有 限公 司 ， 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ４ ０ ）
摘要 ： 大 型 基 坑 工 程 区域 一 般 地 质 情 况 复 杂 ， 基 坑 施 工安 全 面 临诸 多不 确 定 因素 ， 有 一 定 的施 工风 险 。 利 用 有
度 达到 ８ ０ ％设计 强 度后再 开 挖下 一 层 周边 土 方 ， 如 此 循 环直 至基底 。为方便 锚体 锚 固系统 施工 以及 加强 锚
体 混凝 土 的整体 性 ， 完 全采 用液 压铣槽 机 施工 ¨ 。
由于大 型基坑 工 程 区域 一般 地 质 情 况 复 杂 ， 基 坑 施 工安 全 面 临 诸 多 不 确 定 因 素 ， 有 一 定 的 施 工 风
第４ ４卷 第 ７期 ２ ０ １ Βιβλιοθήκη Baidu ３年 ４ 月
人 民 长 江
Ｙａ ｎ ｇ ｔ ｚ ｅ Ｒｉ ｖ ｅ ｒ
Ｖｏ １ ． ４４． Ｎｏ ． ７
Ａｐｒ ．， ２ ０１ ３
文章 编 号 ： １ ０ ０ １— ４ １ ７ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ７—０ ０ ４ １ — ０ ３
以及 内衬采 用 Ｃ ３ ０混 凝 土 ， 隔墙 采 用 Ｃ ２ ５混 凝 土 ， 垫 层、 底板、 填 芯均 采用 Ｃ ２ ５混 凝 土 。普 通 钢 筋 采 用 ＨＲ Ｂ ３ ３ ５ ， 钢筋 连接 接头 采用 机械 连接 方式 。帽梁 为地
连墙 压 顶 梁 ， 为 Ｃ ３ ０钢 筋 混 凝 土 弧 形 结 构 ， 顶 标 高 为 ＋ ５ ． ０ ｍ， 高３ ． ０ ｍ， 帽梁 总宽 度 ３ ｍ。地 连墙 施工 完成 强度 达 ８ ０ ％后 ， 分 段 拆 除导 墙 和部 分施 工 平 台 ， 分 段
１ 施 工 数 值 模 拟 模 型和 方 法
１ ． １ 有 限 元计 算 模 型
根 据支护体 系特点 并结合实 际施工 顺序 ， 采 用
的钢 筋 混凝 土环 形结 构 ， 内衬从 上 向下 依次 为 ： ９ ｍ 深 度 内厚 １ ． ０ ｍ， ９— ２ ４ ｍ深 度 内厚 １ ． ５ Ｉ ｎ ， ２ ４～ ４ ０ ｍ深
文 献 标 志码 ： Ａ 中 图法 分 类 号 ： Ｔ Ｕ ４ ７ ６
南 京 长 江第 四大桥 是 南 京市 城 市 总体 规划 中“ 五 桥一 隧 ” 过江 通道 之一 ， 位 于南 京长 江 二桥 下 游 １ ０ ｋ ｍ 处 。大 桥南锚 碇 基础 为 支 护 开 挖 深埋 扩 大基 础 ， 基 坑 采 用地 连 墙 支 护 结 构 体 系 ， 平 面形 状 为 “ 。 。” 形， 长 ８ ２ ． ０ ０ ｍ， 宽５ ９ ． ０ ０ ｍ， 由两个 外径 ５ ９ ｍ 的 圆 和一 道 隔
限元 对 基 坑 开挖 过 程 进 行 模 拟 分 析 ， 依据预 测结果确定施工预案 ， 及 时 采取 相 应 措 施 ， 确 保 基 坑 开挖 和基 坑 结
构 的安 全 。 以 南 京 市 长 江 第 四 大桥 南 锚 碇 基 础 工 程 为 例 ， 采 用 通 用有 限 元 软 件 Ｍｉ ｄ ａ ｓ —Ｇ Ｔ Ｓ对 工 程 进 行 了 三 维建模 ， 分 析 了施 ． Ｙ － 中地 连 墙 和 中 隔墙 的 变 形 和 应 力 。 结 果 表 明 ： 支护 体 系的 内力在 可 承 受 的 范 围 内 ； 支护 体
险， 因此 利用 有 限元 软件 对 大 桥 南 锚碇 深 基 坑 支 护 体
系 进行 了较 细致 的数 值 模 拟 分 析 ， 计 算 中模 拟 了坑 内
土体 开挖 与 内衬建 造 的 过 程 ， 并 考 虑 了锚 碇 南 北 侧 地 层 条件 的差 异及 坑 内地 下 水 随 开挖 降低 的过 程 ， 未 考
墙组 成 ， 壁厚 为 １ ． ５ ０ ｍ。圆心 距 ２ ３ ｍ， 外 围地 连墙 周 长２ ２ ７ ． ９ ６ ６ ｍ， 隔墙 地 连 墙 轴线 长 ５ ２ ． ７ ｍ。地 连墙 顶
ｍ， 内衬 竖 向按 ３ ｍ 高 度 分层 逆 筑 法施 工 。开 挖 前 进 行抽 水作 业 ， 基坑 共分 １ ３层 进行 土体 开挖 以及 内衬施 工 。开挖 严 格按设 计 工 况 分层 分 区进 行 ， 分 层 厚 度 同 内衬 分层 高 度 （ ３ ｍ ／ 层） ， 每层 平 面 上分 区进 行 ， 各 区 开 挖 的先 后 按照 内衬 分段 的施工 顺序 确定 。每层 先 开 挖 周边 ４ ｍ 区域 内土方 后 ， 立 即施工 内衬 体系 ， 在施 工
高 程为 ５ ． ０ ０ ｍ， 底 高 程 为 一３ ５ ． ０ ０～ 一４ ５ ． ０ ０ ｍ， 嵌 入
中风化 砂岩 约 ３ ． ０ ０ ｍ， 总 深度 ４ ０ ． ０ ０～ ５ ０ ． ０ ０ ｍ。 基 础施 工 中 ， 地连墙采 用 Ｃ ３ ５水 下 混 凝 土 ， 帽 梁
虑 混凝 土结 构 的收缩 、 徐变 ， 以确保基 坑 开挖 和基坑 结
构 的安 全 。
开挖 帽 梁施工 基槽 ， 当帽 梁施 工 完 毕并 达 到 ８ ０ ％设 计 强度 及基 坑 内顶 部软 土 层 加 固满 足要 求 后 ， 开始 进 行
基坑 土方 开挖 。圆形 地连 墙 内衬 壁 为从 上 到下不 等厚
系在 施 工 阶段 的 最 大 变 形 约 ４ ． １ ｍ ｍ， 属于很低的水平 ； 锚 碇 南 北 两侧 土 层 的 差 异 对体 系的 变形 、 内力影响 不
大 。 为 大 型基 坑 开挖 施 工 的研 究 与 应 用 提 供 了技 术 手 段 和 参 考 资料 。
关 键 词： 有 限 元 ；施 工数 值模 拟 ；变形 ；应 力 ；大 型 基 坑
大型基坑 开挖 施工数值模拟分析
乔 景 顺 ， 杨 德 磊 ， 郑 瑞 杰
（ １ ． 黄淮学院 建筑工程 学院， 河南 驻马店 ４ ６ ３ ０ ０ ０ ； ２ ． 中交 二 航 局 有 限公 司 ， 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ４ ０ ）
摘要 ： 大 型 基 坑 工 程 区域 一 般 地 质 情 况 复 杂 ， 基 坑 施 工安 全 面 临诸 多不 确 定 因素 ， 有 一 定 的施 工风 险 。 利 用 有
度 达到 ８ ０ ％设计 强 度后再 开 挖下 一 层 周边 土 方 ， 如 此 循 环直 至基底 。为方便 锚体 锚 固系统 施工 以及 加强 锚
体 混凝 土 的整体 性 ， 完 全采 用液 压铣槽 机 施工 ¨ 。
由于大 型基坑 工 程 区域 一般 地 质 情 况 复 杂 ， 基 坑 施 工安 全 面 临 诸 多 不 确 定 因 素 ， 有 一 定 的 施 工 风
第４ ４卷 第 ７期 ２ ０ １ Βιβλιοθήκη Baidu ３年 ４ 月
人 民 长 江
Ｙａ ｎ ｇ ｔ ｚ ｅ Ｒｉ ｖ ｅ ｒ
Ｖｏ １ ． ４４． Ｎｏ ． ７
Ａｐｒ ．， ２ ０１ ３
文章 编 号 ： １ ０ ０ １— ４ １ ７ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ７—０ ０ ４ １ — ０ ３
以及 内衬采 用 Ｃ ３ ０混 凝 土 ， 隔墙 采 用 Ｃ ２ ５混 凝 土 ， 垫 层、 底板、 填 芯均 采用 Ｃ ２ ５混 凝 土 。普 通 钢 筋 采 用 ＨＲ Ｂ ３ ３ ５ ， 钢筋 连接 接头 采用 机械 连接 方式 。帽梁 为地
连墙 压 顶 梁 ， 为 Ｃ ３ ０钢 筋 混 凝 土 弧 形 结 构 ， 顶 标 高 为 ＋ ５ ． ０ ｍ， 高３ ． ０ ｍ， 帽梁 总宽 度 ３ ｍ。地 连墙 施工 完成 强度 达 ８ ０ ％后 ， 分 段 拆 除导 墙 和部 分施 工 平 台 ， 分 段
１ 施 工 数 值 模 拟 模 型和 方 法
１ ． １ 有 限 元计 算 模 型
根 据支护体 系特点 并结合实 际施工 顺序 ， 采 用
的钢 筋 混凝 土环 形结 构 ， 内衬从 上 向下 依次 为 ： ９ ｍ 深 度 内厚 １ ． ０ ｍ， ９— ２ ４ ｍ深 度 内厚 １ ． ５ Ｉ ｎ ， ２ ４～ ４ ０ ｍ深
文 献 标 志码 ： Ａ 中 图法 分 类 号 ： Ｔ Ｕ ４ ７ ６
南 京 长 江第 四大桥 是 南 京市 城 市 总体 规划 中“ 五 桥一 隧 ” 过江 通道 之一 ， 位 于南 京长 江 二桥 下 游 １ ０ ｋ ｍ 处 。大 桥南锚 碇 基础 为 支 护 开 挖 深埋 扩 大基 础 ， 基 坑 采 用地 连 墙 支 护 结 构 体 系 ， 平 面形 状 为 “ 。 。” 形， 长 ８ ２ ． ０ ０ ｍ， 宽５ ９ ． ０ ０ ｍ， 由两个 外径 ５ ９ ｍ 的 圆 和一 道 隔
限元 对 基 坑 开挖 过 程 进 行 模 拟 分 析 ， 依据预 测结果确定施工预案 ， 及 时 采取 相 应 措 施 ， 确 保 基 坑 开挖 和基 坑 结
构 的安 全 。 以 南 京 市 长 江 第 四 大桥 南 锚 碇 基 础 工 程 为 例 ， 采 用 通 用有 限 元 软 件 Ｍｉ ｄ ａ ｓ —Ｇ Ｔ Ｓ对 工 程 进 行 了 三 维建模 ， 分 析 了施 ． Ｙ － 中地 连 墙 和 中 隔墙 的 变 形 和 应 力 。 结 果 表 明 ： 支护 体 系的 内力在 可 承 受 的 范 围 内 ； 支护 体
险， 因此 利用 有 限元 软件 对 大 桥 南 锚碇 深 基 坑 支 护 体
系 进行 了较 细致 的数 值 模 拟 分 析 ， 计 算 中模 拟 了坑 内
土体 开挖 与 内衬建 造 的 过 程 ， 并 考 虑 了锚 碇 南 北 侧 地 层 条件 的差 异及 坑 内地 下 水 随 开挖 降低 的过 程 ， 未 考
墙组 成 ， 壁厚 为 １ ． ５ ０ ｍ。圆心 距 ２ ３ ｍ， 外 围地 连墙 周 长２ ２ ７ ． ９ ６ ６ ｍ， 隔墙 地 连 墙 轴线 长 ５ ２ ． ７ ｍ。地 连墙 顶
ｍ， 内衬 竖 向按 ３ ｍ 高 度 分层 逆 筑 法施 工 。开 挖 前 进 行抽 水作 业 ， 基坑 共分 １ ３层 进行 土体 开挖 以及 内衬施 工 。开挖 严 格按设 计 工 况 分层 分 区进 行 ， 分 层 厚 度 同 内衬 分层 高 度 （ ３ ｍ ／ 层） ， 每层 平 面 上分 区进 行 ， 各 区 开 挖 的先 后 按照 内衬 分段 的施工 顺序 确定 。每层 先 开 挖 周边 ４ ｍ 区域 内土方 后 ， 立 即施工 内衬 体系 ， 在施 工