深基坑施工支護(hù)對(duì)鄰近地鐵隧道影響模擬與分析

精選優(yōu)質(zhì)文檔傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔傾情為你奉上專(zhuān)心專(zhuān)注專(zhuān)業(yè)專(zhuān)心專(zhuān)注專(zhuān)業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔傾情為你奉上專(zhuān)心專(zhuān)注專(zhuān)業(yè)摘要目前隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，我國(guó)的各大城市正面臨著人口增多、住房緊張和交通堵塞等城市化現(xiàn)象。從交通和住房的角度上來(lái)看，各大城市在面對(duì)城市化現(xiàn)象的時(shí)候大多都采用常見(jiàn)的技術(shù)施工手段，比如推進(jìn)地鐵建設(shè)以解決交通擁擠問(wèn)題，加快高層商品住房的建設(shè)步伐來(lái)應(yīng)對(duì)住房緊張問(wèn)題，但是當(dāng)同時(shí)解決這兩大問(wèn)題時(shí)，就只能采取在地鐵建設(shè)的數(shù)公里范圍之內(nèi)完成高層住房工程的方法，由于基坑施工的原因，就會(huì)使得周邊的土體受到擾動(dòng)，這樣的情況會(huì)給地鐵的建設(shè)帶來(lái)十分嚴(yán)重的影響，因此，為了有效的解決這個(gè)問(wèn)題，需要專(zhuān)門(mén)研究基坑施工將會(huì)給附近的地鐵帶來(lái)什么樣的影響。本文以某臨近地鐵隧道的基坑開(kāi)挖項(xiàng)目作為背景。在基坑支護(hù)變形和受力分析計(jì)算的基礎(chǔ)上，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，并結(jié)合目前國(guó)內(nèi)的仿真數(shù)值模擬技術(shù)進(jìn)行分析研究。應(yīng)用先進(jìn)的數(shù)值模擬技術(shù)，對(duì)工程完成三維的數(shù)值模擬研究，主要結(jié)論如下：(1)對(duì)基坑支護(hù)變形與設(shè)計(jì)計(jì)算理論進(jìn)行分析和論述，提出基坑施工對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的危害及變形控制措施。對(duì)有限元數(shù)值模擬的基本理論進(jìn)行闡述，總結(jié)說(shuō)明建筑基坑三維數(shù)值模擬的基本步驟和方法。(2)依托實(shí)際工程，利用理正深基坑分析軟件。根據(jù)預(yù)先制定好的施工工況進(jìn)行計(jì)算分析，從而能夠知道支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形值，而后有針對(duì)性的對(duì)穩(wěn)定性、承受水壓力和抗隆起性進(jìn)行施工后的驗(yàn)算。驗(yàn)算結(jié)果顯示：這個(gè)區(qū)域基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)是滿足規(guī)定要求的，在施工時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)力和變形都在安全范圍內(nèi)，結(jié)合理正軟件進(jìn)行運(yùn)算，以及后面的有限元分析軟件對(duì)位移云圖的相互比較，證明有限元模型是正確的。(3)基坑開(kāi)挖對(duì)周邊的地鐵隧道造成一定的影響，例如水平移動(dòng)、豎向沉降，總的位移變化，而且還改變了隧道的受力狀態(tài)。由此可見(jiàn)，深基礎(chǔ)開(kāi)挖對(duì)地鐵隧道的安全產(chǎn)生影響。因?yàn)樗淼赖囊r砌底片基本和基坑開(kāi)挖的底面在同一水平高度，也就是說(shuō)，在第二道支撐與基坑底面之間的位置是隧道結(jié)構(gòu)。所以，在工況三和工況五情況下，隧道位移變化較大。(4)基坑在開(kāi)挖的過(guò)程中，會(huì)對(duì)周?chē)罔F隧道區(qū)間產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致對(duì)地鐵周邊的地基結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的位移，影響整個(gè)工程的安全性；同時(shí)，因?yàn)槟暇┑貐^(qū)的地下水確實(shí)比較多，所以在基坑施工的過(guò)程中，基坑內(nèi)的積水是影響地鐵的因素之一，基坑施工時(shí)要注意這樣的問(wèn)題出現(xiàn)。關(guān)鍵詞：基坑開(kāi)挖，有限元分析，地鐵隧道，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，基坑降水AbstractWiththerapiddevelopmentofsocietyandeconomy,majorcitiesinourcountryarefacingurbanizationphenomenasuchaspopulationincrease,housingshortageandtrafficjams.Fromtheperspectiveoftransportationandhousing,mostmajorcitiesusecommontechnicalconstructionmethodswhenfacingthephenomenonofurbanization,suchaspromotingsubwayconstructiontosolvetheproblemoftrafficcongestion,andspeedinguptheconstructionofhigh-risecommercialhousingtodealwithhousingshortagesHowever,whenthetwomajorproblemsaresolvedatthesametime,theonlywaytocompletethehigh-risehousingprojectwithinafewkilometersofthesubwayconstructionistocompletethesurroundingsoilduetothefoundationpitconstruction.Thesituationwillhaveaveryseriousimpactontheconstructionofthesubway.Therefore,inordertoeffectivelysolvethisproblem,itisnecessarytostudytheimpactoftheconstructionofthefoundationpitonthenearbysubway.Thisarticleisbasedonafoundationpitexcavationprojectnearasubwaytunnel.Basedontheanalysisandcalculationofthedeformationandforceofthefoundationpitsupport,theanalysisandresearcharecarriedoutaccordingtotheactualsituationoftheconstructionsiteandcombinedwiththecurrentdomesticsimulationandnumericalsimulationtechnology.Applyingadvancednumericalsimulationtechnologytocompletethethree-dimensionalnumericalsimulationresearchoftheproject,themainconclusionsareasfollows:(1)Analyzeanddiscussthedeformationanddesigncalculationtheoryoffoundationpitsupport,andproposethehazardsanddeformationcontrolmeasuresofthefoundationpitconstructiontothesubwaytunnelstructure.Thebasictheoryoffiniteelementnumericalsimulationiselaborated,andthebasicstepsandmethodsforthethree-dimensionalnumericalsimulationofbuildingfoundationpitsaresummarized.(2)Relyingontheactualproject,usetherationaldeeppitanalysissoftware.Calculateandanalyzeaccordingtothepre-establishedconstructionconditions,soastobeabletoknowtheinternalforceanddeformationvalueofthesupportstructure,andthenperformthepost-constructionverificationonthestability,thewithstandwaterpressureandtheresistancetoheave.Theverificationresultsshowthatthedesignofthefoundationpitsupportinthisareameetstherequirementsoftheregulations.Theinternalforcesandtheliquiditygeneratedduringtheconstructionarewithinthesafetyscope.ThecalculationsarecombinedwithRicohsoftwareandthefollowingfiniteelementanalysissoftwareisusedforthedisplacementcloudmap.Thepurposeofcomparingeachotheristoprovethatthefiniteelementmodeliscorrect.(3)Theexcavationofthefoundationpitwillcausecertaininfluencesonthesurroundingsubwaytunnels,suchashorizontalmovement,verticalsettlement,totaldisplacementchange,andalsochangethestressstateofthetunnel.Itcanbeseenthatthedeepfoundationexcavationhasanimpactonthesafetyofsubwaytunnels.Becausetheliningbaseofthetunnelissubstantiallyatthesamelevelasthebaseoftheexcavation,thatis,thepositionbetweenthesecondsupportandthebaseoftheexcavationisatunnelstructure.Therefore,underconditionsofthreeconditionsandfiveconditions,thetunneldisplacementchangesgreatly.(4)Intheprocessofexcavation,thefoundationpitwillstresssurroundingsubwaytunnelsections,resultinginacertaindisplacementofthefoundationstructurearoundthesubwayandaffectingthesafetyoftheentireproject;atthesametime,becausethegroundwaterinNanjingisindeedmoreTherefore,intheprocessoffoundationpitconstruction,wateraccumulationinthefoundationpitisoneofthefactorsaffectingthesubway.Attentionshouldbepaidtosuchproblemswhenthefoundationpitisconstructed.KeyWords:Foundationexcavation,finiteelementanalysis,subwaytunnel,monitoringdata,foundationpitprecipitation目錄

TableofContentsSummaryIAbstractIICatalogIV1Introduction11.1Introduction11.2Currentresearchstatusathomeandabroad21.2.1Statusquoofresearchondeformationoffoundationpitsupport21.2.2Currentstatusofresearchontheimpactoffoundationpitexcavationontunnels31.3Thecontentofthispaper52Foundationpitsupportdeformationandcalculationtheory62.1Calculationofdeformationandfailureoffoundationpit62.1.1Introductiontothedesignandcalculationmethodoffoundationpitsupport62.1.2Deformationoffoundationpit62.1.3Destructionoffoundationpit92.2Analysisofforceanddeformationoffoundationpitsupportingstructure102.2.1Calculationmode102.2.2Analysisofworkingconditionsduringconstruction112.3PrinciplesofFiniteElementAnalysis122.3.1Basicfiniteelementequations122.3.2Modelfailurecriteria152.3.3Finiteelementsimulationanalysisofsoildeformation172.3.4Simulationofthebasicprocessofbuildingfoundationpitexcavation192.4Harmtosubwaytunnelstructurecausedbyfoundationpitconstructionanddeformationcontrolmeasures202.4.1Thehazardsoffoundationpitconstruction202.4.2Controlmeasuresforfoundationpitdeformation212.5Foundationpitsupportscheme233Engineeringgeologicalbackgroundandrationalstructureanalysis263.1Engineeringgeologicalconditions263.1.1ProjectOverview263.1.2Overviewofsitegeomorphology273.1.3Hydrogeologicalconditionsofthesite273.1.4Analysisanddeterminationofgeotechnicalengineeringcharacteristicsandgeotechnicalparameters273.2Analysisofdeepfoundationpitsupportingstructure293.2.1Analysisoftypicalsupportingstructures303.2.2Internalforcediagramofpartialexcavationconditions313.2.3Overallstabilityofdeepfoundationpit323.3Summaryofthischapter374Numericalsimulationanalysisofinfluenceoffoundationpitconstructiononsubwaytunnel394.1Establishmentof3DNumericalModel394.2Constitutiverelationshipofrockandsoil414.2.1Elastic-plasticmodelofsoil414.2.2Treatmentofpile-soilcontactelement434.2.3Finiteelementsimulationofdeepfoundationpitexcavation444.3Numericalsimulationandanalysisofdynamicconstructionprocessoffoundationpit454.4Modelcalculationandanalysis464.4.1Analysisofpiledisplacement474.4.2Pileinternalforceanalysis484.4.3Theinfluenceofpilestiffness504.4.4Theinfluenceofpile-soilelasticmodulus514.4.5Analysisofsurfacesettlement524.4.6Theimpactofgroundoverload534.4.7Deformationanalysis544.5Comparativeanalysis584.6ChapterSummary595Conclusionsandprospects605.1Conclusion605.2Outlook60Thanks62References631緒論1.1引言近些年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，城市化發(fā)展如火如荼的進(jìn)行，由于人口大多由農(nóng)村涌入城市中，加快了城市人口增長(zhǎng)的速度，城市的規(guī)模和體量不斷的被擴(kuò)大，由此引發(fā)一系列問(wèn)題，如人口劇增、環(huán)境污染、交通擁堵等等，為了緩解城市生活空間壓力，國(guó)家開(kāi)始向地下擴(kuò)展空間，地鐵逐漸成為城市的重要交通工具[1]?；邮侵傅乇硪韵禄A(chǔ)開(kāi)挖施工和建設(shè)的地下室。一些歐美國(guó)家在20世紀(jì)40年代首先提出了深基坑的概念[2]。一般深度土工開(kāi)挖H≥7m的基坑稱為深基坑。隨著城市挖掘地下空間的發(fā)展和高層建筑的出現(xiàn)，深基坑工程設(shè)計(jì)理論和計(jì)算方法不斷提高，施工技術(shù)日益科學(xué)化。但由于城市高層建筑和地下工程（如地下商場(chǎng)，地鐵，地下停車(chē)庫(kù)，地下倉(cāng)庫(kù)，地下民防等）一般都位于人口密集地區(qū)，施工環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，接近現(xiàn)有密集建筑物，地下管線，公路和地鐵等工程，使得開(kāi)挖現(xiàn)場(chǎng)非常緊湊。如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，施工不當(dāng)或防護(hù)措施不當(dāng)，這種狹窄的開(kāi)挖現(xiàn)場(chǎng)施工將不可避免地對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生不同程度的影響，地面沉降假如真的出現(xiàn)，那么就會(huì)給城市造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，如地下管道被破壞，建筑物損壞等。越來(lái)越復(fù)雜的工程環(huán)境，導(dǎo)致傳統(tǒng)的施工工藝和原有的強(qiáng)度控制設(shè)計(jì)理論已難以實(shí)現(xiàn)對(duì)周邊環(huán)境保護(hù)的要求[3]。迫使基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由傳統(tǒng)的強(qiáng)度控制向變形控制轉(zhuǎn)變。在滿足強(qiáng)度要求的基礎(chǔ)上，支護(hù)結(jié)構(gòu)也應(yīng)控制其變形，以避免基坑開(kāi)挖對(duì)周?chē)h(huán)境的影響。城市的土地一直是處于緊缺狀態(tài)，地鐵和基坑項(xiàng)目，出現(xiàn)了與現(xiàn)有地鐵隧道相鄰的深基坑，引發(fā)了新的工程問(wèn)題?，F(xiàn)有隧道變形和沉降的要求非常嚴(yán)格，深挖和挖掘?qū)ο噜彫F(xiàn)有隧道造成許多不利影響。由于挖掘卸載，當(dāng)?shù)赝寥阑娱_(kāi)挖將產(chǎn)生沉降，隧道位于土壤中，基坑開(kāi)挖將導(dǎo)致道路沉降的形成，如何控制隧道的沉降和變形是基坑開(kāi)挖過(guò)程中的一個(gè)難題[5]。北京金融信息大廈基坑開(kāi)挖深度15米，地鐵隧道位于基坑北側(cè)，且離基坑只有5米距離，近距離如果不充分考慮現(xiàn)有隧道挖掘的影響，必然會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)局面。根據(jù)項(xiàng)目背景，使用MidasGTS軟件進(jìn)行基坑開(kāi)挖模擬，深入挖掘?qū)ΜF(xiàn)有地鐵隧道影響的分析研究。在實(shí)際工程實(shí)踐中，數(shù)值模擬的結(jié)果可以為基坑的安全施工提供保證。本文在對(duì)基坑支護(hù)變形與計(jì)算理論論述的基礎(chǔ)上。依托南京能夠大廈的深基坑，在研究和分析過(guò)程中利用理正深基坑分析軟件。根據(jù)預(yù)先制定好的計(jì)劃，針對(duì)每個(gè)工況嚴(yán)格執(zhí)行施工計(jì)劃，通過(guò)科學(xué)的計(jì)算方法，對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形值進(jìn)行合理計(jì)算。同時(shí)結(jié)合目前國(guó)內(nèi)的仿真數(shù)值模擬技術(shù)進(jìn)行分析研究。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1基坑支護(hù)變形研究現(xiàn)狀早在40年代，Terzaghi和Peck等[6]人就提出了一個(gè)關(guān)于基坑挖方的理論，具體是指預(yù)估挖方的穩(wěn)定性與支撐的荷載大小的總應(yīng)力法，此法在被人不斷的沿用過(guò)程中修改。在90年代以后，隨著基坑支護(hù)設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn)的豐富，工程案例的增多，于是開(kāi)始編制一套專(zhuān)門(mén)的法規(guī)，即深基坑支護(hù)與設(shè)計(jì)施工法規(guī)。古海東[7]結(jié)合三維有限元數(shù)值和土拱效應(yīng)，建立了專(zhuān)門(mén)研究疏排樁的支護(hù)基坑內(nèi)力變形的計(jì)算模型，從而大大方便了工程計(jì)算模擬。具體來(lái)說(shuō)，就是先做了兩組研究疏排樁支護(hù)基坑的離心機(jī)模型試驗(yàn)，然后對(duì)梳排樁支護(hù)的基坑內(nèi)力和變形的適應(yīng)性進(jìn)行了有效計(jì)算，然后聯(lián)系疏排樁支護(hù)基坑對(duì)附近側(cè)土壓力進(jìn)行了理論計(jì)算，結(jié)合此種方式建立計(jì)算模型。陳曉平[8]建立了三維標(biāo)桿有限元分析模型，他以深基坑支護(hù)中的某一個(gè)支護(hù)能夠支撐一個(gè)區(qū)域土的共同特征為基礎(chǔ)；此模型有很強(qiáng)的實(shí)用性、有效性。因?yàn)橥ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該模型應(yīng)用方便、快捷，能夠?qū)χёo(hù)結(jié)構(gòu)的角效應(yīng)和空間效應(yīng)進(jìn)行科學(xué)闡述，還能夠經(jīng)過(guò)模型的計(jì)算直接得出設(shè)計(jì)時(shí)需要的相關(guān)信息，其發(fā)揮的作用很大。宋博[9]針對(duì)一些典型的深基坑，根據(jù)地基土的水平基床系數(shù)的修正桿系有限元法，提出了對(duì)深基坑的加固基坑內(nèi)力和變形的計(jì)算方法，通過(guò)計(jì)算可以知道在不同的施工參數(shù)和加固方案下，加固的效果和費(fèi)用也是截然不同的。張強(qiáng)勇[10]精心編制了彈性桿系有限元計(jì)算程序，在深圳市民廣場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)踐，利用此程序?qū)Υ笮偷幕訕跺^支護(hù)結(jié)構(gòu)做了設(shè)計(jì)和計(jì)算，從而得到了這個(gè)基坑的支護(hù)樁樁身的位移和彎矩在隨著開(kāi)挖逐漸變化的規(guī)律分布圖。王洪新[11]對(duì)深基坑進(jìn)行了深入研究，他利用目前對(duì)基坑設(shè)計(jì)的通用方法，不但研究了桿系-荷載-彈簧模型的安全系數(shù)，而且還對(duì)基坑尺寸效應(yīng)也做了深入研究，在考慮圓形基坑的基礎(chǔ)上，提出了桿系有限元算，據(jù)此針對(duì)圓形基坑的尺寸效應(yīng)和長(zhǎng)條形基坑土方在開(kāi)挖時(shí)的空間效應(yīng)做了研究，利用桿系有限元進(jìn)行了深入分析。曹文貴[12]關(guān)于建立基坑支護(hù)的優(yōu)化評(píng)價(jià)模型，在分析計(jì)算時(shí)用到了區(qū)間關(guān)聯(lián)分析法以及區(qū)間關(guān)聯(lián)進(jìn)度分析法，通過(guò)對(duì)比確定了最佳的方案。在這個(gè)過(guò)程中，其主要影響因素是評(píng)價(jià)指標(biāo)的層次性和模糊性特點(diǎn)。此法的好處是影響支護(hù)的各種因素以及評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)其層次性和模糊性特點(diǎn)進(jìn)行了闡述，缺點(diǎn)是需要做大量工作來(lái)確定區(qū)間屬性值，可見(jiàn)此法具有實(shí)用性。張躍進(jìn)[13]針對(duì)基坑施工技術(shù)，擬定了加固處理應(yīng)急方案和動(dòng)態(tài)預(yù)報(bào)技術(shù)，其依據(jù)既有監(jiān)測(cè)基坑變形的數(shù)據(jù)變化頻率、危害程度，也有底層附近的實(shí)際地質(zhì)環(huán)境狀況。主要描述了關(guān)于深基坑的施工監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)信息和應(yīng)急處理方法。馮俊福[14]為了研究基坑理論，在相鄰工況的互相影響狀況，針對(duì)基坑的變形預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)，為下一工況做充分的準(zhǔn)備，保證下一工程的安全、合理。在這個(gè)過(guò)程中，運(yùn)用動(dòng)態(tài)施工反演分析的思想，通過(guò)對(duì)基坑土體狀態(tài)的M值的確定，最大限度的模擬真實(shí)基坑工程的實(shí)際施工過(guò)程。基坑很早就在我國(guó)出現(xiàn)，古時(shí)候農(nóng)田改造，放坡開(kāi)挖，以及戰(zhàn)爭(zhēng)陷阱的木樁維護(hù)都是早期出現(xiàn)的基坑支護(hù)工程。隨著時(shí)代的發(fā)展，人類(lèi)的土木工程發(fā)展帶動(dòng)基坑支護(hù)技術(shù)的進(jìn)步。但是，基坑支護(hù)是一個(gè)比較難的土木工程話題，在施工時(shí)受到多方面的因素影響，如土體性質(zhì)、應(yīng)力變形等。但是現(xiàn)在社會(huì)，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，各種專(zhuān)業(yè)的力學(xué)為基坑工程提供了豐富的理論基礎(chǔ)，而各種先進(jìn)的工具儀器，為基坑工程的順利進(jìn)行提供了有效的保證，現(xiàn)在的基坑支護(hù)技術(shù)發(fā)展愈發(fā)完善[15]。地面上的建筑越建越高，地面下的大型建筑物也越來(lái)越多，這就使得基坑越挖越深，但是發(fā)展趨勢(shì)卻與實(shí)際情況之間存在著諸多矛盾，地面建筑集中、建筑場(chǎng)地受限、地下管線密集等等不利因素對(duì)基坑工程的發(fā)展提出了許多新問(wèn)題，這也使得經(jīng)典的巖土理論面臨著革新[16]。這期間是我國(guó)向國(guó)外學(xué)習(xí)的高峰期，設(shè)計(jì)單位、科研機(jī)構(gòu)都在吸收國(guó)外的先進(jìn)理論和技術(shù)，充實(shí)自身，并在此基礎(chǔ)上，積極開(kāi)展了國(guó)內(nèi)基坑工程的研究，主要的理論有：土的強(qiáng)度等級(jí)的確定，土壓力的計(jì)算方法，水土壓力分合算，支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則及方法，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的選型等等。應(yīng)用于在實(shí)驗(yàn)和實(shí)測(cè)分析中，不斷使用先進(jìn)儀器，計(jì)算機(jī)技術(shù)在一定程度上帶動(dòng)了研究的發(fā)展。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的種類(lèi)和形式越來(lái)越多，并大量應(yīng)用到工程中[17]。深基坑設(shè)計(jì)與施工的法規(guī)規(guī)范、指南應(yīng)運(yùn)而生，對(duì)我國(guó)的基坑施工經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)進(jìn)行了全面的歸納總結(jié)。為此，我國(guó)每年都會(huì)定期的舉辦基坑方面的學(xué)術(shù)研討會(huì)，通過(guò)各種交流、溝通、學(xué)習(xí)活動(dòng)拉近我國(guó)與世界先進(jìn)水平的差距。進(jìn)入21世紀(jì)以后，各種基坑設(shè)計(jì)新思路新方法被廣泛使用，融合復(fù)合技術(shù)也被越來(lái)越重視，并加以運(yùn)用[18]。不僅如此，對(duì)于基坑支護(hù)技術(shù)還出現(xiàn)了時(shí)空效應(yīng)理論。1.2.2基坑針對(duì)開(kāi)挖對(duì)隧道影響研究現(xiàn)狀針對(duì)深基坑會(huì)怎樣影響周邊地鐵隧道，學(xué)者們進(jìn)行了深入的分析研究：廣東省建筑科學(xué)研究院劉遠(yuǎn)亮[19]通過(guò)MIDAS/GTS三維數(shù)值模擬軟件作為分析手段，對(duì)基坑開(kāi)挖進(jìn)行了科學(xué)的分析計(jì)算，并進(jìn)行了仿真模擬。最后與在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了精確的對(duì)比，證明了此法在實(shí)踐中有指導(dǎo)作用。西南交通大學(xué)李輝[20]等以中心廣場(chǎng)南區(qū)超級(jí)坑附近現(xiàn)有施工的地鐵盾構(gòu)隧道為背景，進(jìn)行盾構(gòu)隧道縱向等效剛度模型基于盾構(gòu)隧道縱向變形分析，將曲率確定為接近效應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，采用了Abaqus，以改變形有盾構(gòu)隧道開(kāi)挖的盾構(gòu)和坑距的數(shù)值，來(lái)滿足坑底位于橫向方向，針對(duì)4種類(lèi)型的12種條件，通過(guò)三維數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)，在分析地表沉降變形的基礎(chǔ)上，對(duì)連續(xù)墻體水平變形與盾構(gòu)隧道變形二者之間的影響關(guān)系進(jìn)行了總結(jié)如下：第一、確定盾構(gòu)隧道的縱向變形曲率半徑。研究盾構(gòu)隧道像個(gè)等效模型，具有重要作用，它充分顯示了盾構(gòu)隧道的內(nèi)在力學(xué)變形與數(shù)學(xué)內(nèi)力之間的曲率和關(guān)系，這是體現(xiàn)盾構(gòu)隧道正常使用的關(guān)鍵指標(biāo)，表明盾構(gòu)隧道附近的基坑符合正常的要求，在安全范圍內(nèi)施工；第二、臨界狀態(tài)下，盾構(gòu)隧道段環(huán)形受到分別對(duì)應(yīng)于縱向變形曲率半徑的屏蔽隧道極限狀態(tài)下的直線導(dǎo)軌接頭受影響，區(qū)域強(qiáng)度和弱影響區(qū)域閾值區(qū)域影響，基于現(xiàn)有分區(qū)圖技術(shù)的盾構(gòu)隧道施工工程基礎(chǔ)值基礎(chǔ)上，建立的基坑技術(shù)基礎(chǔ)上的模擬分析，如如何進(jìn)行正確的施工并且提出相應(yīng)的對(duì)策，對(duì)工程的進(jìn)程具有重要的參考指導(dǎo)作用。石家莊鐵路大學(xué)卜建清[21]等基于中糧集團(tuán)深基坑建設(shè)，以毗鄰天津地鐵9號(hào)線大莊莊站至十一路站站隧道為例，并通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和數(shù)值模擬研究，采用信息監(jiān)測(cè)方法監(jiān)測(cè)地鐵隧道的水平和垂直位移。充分利用有限元軟件ANSYS，有計(jì)劃的針對(duì)地鐵的隧道、基坑、維護(hù)結(jié)構(gòu)建立相應(yīng)的模型，對(duì)基坑進(jìn)行仿真三維數(shù)據(jù)模擬，結(jié)合ANSYS中的“生死”單位，將土壤、水作為基坑開(kāi)挖時(shí)的模擬影響要素。然后將實(shí)驗(yàn)得到數(shù)據(jù)與實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行一一匹配，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)的發(fā)展趨勢(shì)基本一致。經(jīng)過(guò)分析、總結(jié)知道影響附近地鐵施工的較大因素之一就是基坑施工，主要在基坑開(kāi)挖對(duì)應(yīng)的地鐵區(qū)域，沿地下水位移向下垂直位移基坑，位移遠(yuǎn)大于水平位移。另同時(shí)，由于天津的地下水也是很多的，基坑對(duì)地鐵有一定影響，施工時(shí)也要多加重視。即使大量學(xué)者對(duì)基坑施工對(duì)隧道的影響做了深入的調(diào)研，可是，由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性，基坑施工支護(hù)的方法不統(tǒng)一，研究結(jié)果不盡一致。但是由于基坑施工導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)受損，最終導(dǎo)致地鐵隧道突水情況偶爾發(fā)生[22]。圖1.1鄭州一號(hào)線鄰近基坑施工造成地鐵隧道破壞圖1.3本文研究的內(nèi)容本文的研究對(duì)象是某臨近地鐵隧道的基坑工，論文查閱了大量關(guān)于基坑的文獻(xiàn)和資料，有效利用計(jì)算機(jī)軟件Midas/GTS有限元分析軟件對(duì)其進(jìn)行了分析。對(duì)隧道施工可能受到的影響，進(jìn)行了各種假設(shè)的仿真模擬，如基坑變形預(yù)測(cè)，隧道位移等等。針對(duì)基坑開(kāi)挖與周邊地鐵隧道的相互影響關(guān)系，做了詳細(xì)的調(diào)查計(jì)算和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告，并且都做了三維模擬實(shí)驗(yàn)。運(yùn)用科學(xué)手段，對(duì)基坑開(kāi)挖的方式及支護(hù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了可行性研究，保證了施工實(shí)踐的正常進(jìn)行，提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支持。研究的內(nèi)容有下面幾點(diǎn)：(1)了解與之相關(guān)聯(lián)的領(lǐng)域的研究狀況，認(rèn)真收集、歸納相關(guān)資料。(2)研究基坑估算理論，分析建模方法，確定模型劃分網(wǎng)格和模型邊界，得到模型物理力學(xué)參數(shù)以及單元格選取類(lèi)型。(3)研究基坑和隧道的位置關(guān)系，探討最適合的施工方法和基坑支護(hù)參數(shù)。通過(guò)二元有限元分析，分析基坑的開(kāi)挖對(duì)隧道的影響。2基坑支護(hù)變形與計(jì)算理論基坑工程不但要將其自身的基坑開(kāi)挖保持安全和穩(wěn)定，與此同時(shí)還要對(duì)圍巖層給予徹底控制，現(xiàn)在因?yàn)楦鞣N原因也正朝著大的深挖方向，但是往往導(dǎo)致大的變形。所以挖掘深基坑對(duì)周邊建筑物，地下管線，道路等市政設(shè)施都會(huì)造成嚴(yán)重影響，以至于說(shuō)這是一項(xiàng)非常復(fù)雜且風(fēng)險(xiǎn)較大的項(xiàng)目[23]。在城市建設(shè)過(guò)程中，必須嚴(yán)格對(duì)待基坑開(kāi)挖變形問(wèn)題，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)必須以基坑未開(kāi)挖時(shí)的原狀土強(qiáng)度作為參考進(jìn)行設(shè)計(jì)，運(yùn)用變形控制理論，使基坑變形分析成為基礎(chǔ)工程設(shè)計(jì)相當(dāng)有影響的一部分[24]。本節(jié)重點(diǎn)闡述基坑支護(hù)理論，能夠?yàn)楹竺娴膬?nèi)容提供便利。2.1基坑變形與破壞計(jì)算2.1.1基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與計(jì)算方法簡(jiǎn)介基坑支護(hù)工程設(shè)計(jì)應(yīng)因地制宜，充分了解基坑四周的環(huán)境條件和可能產(chǎn)生的不良影響，根據(jù)基坑深度及周邊建筑物的重要性進(jìn)行設(shè)計(jì)，其支護(hù)方案應(yīng)力求“技術(shù)可行、安全可靠、施工方便、經(jīng)濟(jì)合理”[26]?；又ёo(hù)設(shè)計(jì)計(jì)算大致分三類(lèi)：極限平衡法、彈性抗力法、平面有限元法[26]?；釉O(shè)計(jì)還應(yīng)充分利用基坑平面形狀的有利因素，達(dá)到既安全，又節(jié)省。（1）支護(hù)結(jié)構(gòu)水平荷載及抗力計(jì)算支護(hù)結(jié)構(gòu)的荷載一般包括：土壓力（靜土壓力、主動(dòng)土壓力、被動(dòng)土壓力）、水壓力、施工荷載、地基超載、結(jié)構(gòu)自重、支承預(yù)壓、溫度變化及周?chē)ㄖ飩?cè)向壓力[27]。水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值：支護(hù)結(jié)構(gòu)水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按當(dāng)?shù)乜煽拷?jīng)驗(yàn)確定，若無(wú)經(jīng)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)計(jì)算基坑土體荷載、地面外加施工荷載、基坑上部建構(gòu)筑物荷載等[28]。計(jì)算方法按《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》3.4的規(guī)定。水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值：基坑內(nèi)側(cè)底部土體水平抗力標(biāo)準(zhǔn)值按《建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程》3.5條規(guī)定計(jì)算。2.1.2基坑變形現(xiàn)象基坑開(kāi)挖變形主要是由于三部分互相影響形成的：分別是墻體變形、地面和地面建筑物沉降，基坑底部土體的隆起[29]。(1)墻體的變形①墻體水平變形基坑開(kāi)挖過(guò)程會(huì)直接造成擋土墻受力不均衡，周?chē)耐馏w的原始應(yīng)力就會(huì)被改變，導(dǎo)致?lián)跬翂Φ奈恢煤托螤罡淖儯疫€會(huì)有底層的變形伴隨。因?yàn)殚_(kāi)始施工時(shí)機(jī)械會(huì)施加作用力，擋土墻從原土壓力，坑內(nèi)外的主動(dòng)土壓力在墻體底部全部或部分土壓，造成土壓力不平衡和壁面變形。擋土墻和主動(dòng)土壓力區(qū)墻壁的變形和位移以及土體位移的被動(dòng)土壓力，活動(dòng)土壓力區(qū)的側(cè)壁受坑移動(dòng)[30]，使得剪切應(yīng)力后面的土層水平應(yīng)力減少，剪力增加，而且在挖掘機(jī)挖動(dòng)時(shí)會(huì)帶動(dòng)下面的土體水平移動(dòng)，增加了土體的水平應(yīng)力，形成塑性區(qū)域，還增加了坑底土體的剪切應(yīng)力，直接造成土體隆起和土體被側(cè)向擠壓。此時(shí)剛性墻體沒(méi)有支撐，則其（如水泥攪拌樁墻和吊樁墻）是最大位移方向的墻頂，以三角形的形狀出現(xiàn)[31]（圖2.1（a）），隨著挖掘的不斷深入，墻體的剛度與基坑位移三角形或平行剛體的水平相關(guān);但是對(duì)于柔性墻如果支撐是頂部的墻壁位移是恒定的或逐漸移動(dòng)到坑中，壁的腹部突出到凹坑（圖2.1（b）），壁的變形對(duì)側(cè)壁的土壤運(yùn)動(dòng)并且不僅引起地表沉降。塑料區(qū)的墻體擴(kuò)大，最后，不但導(dǎo)致?lián)跬翂Τ霈F(xiàn)移動(dòng)，而且還使坑底隆起程度越來(lái)越大，這就說(shuō)明了底層出現(xiàn)移動(dòng)的主要原因是墻壁變形。圖2.1墻體水平變形示意圖②墻體豎向變形實(shí)際來(lái)說(shuō)，大部分因?yàn)槠淙找嫔钊?，土體的應(yīng)力基本釋放，造成墻體不斷升高，進(jìn)而使工程的穩(wěn)定性帶來(lái)了極大的危害。尤其是一些處于特殊狀態(tài)的工程，所以圍護(hù)墻出現(xiàn)下沉?xí)r，地面就會(huì)下沉[32]。(2)基坑底部的隆起在實(shí)踐中，人們一般不會(huì)重視墻體豎向位移測(cè)量，在原始應(yīng)力狀態(tài)下因?yàn)樯惩恋膬?nèi)部發(fā)生局部的隆起，而這又是因?yàn)榛觾?nèi)部的土壤以垂直卸載的形式進(jìn)行彈性變化。所以在開(kāi)挖深度很小的情況下，處于垂直卸載狀態(tài)的沙土?xí)诰植康闹行牟课划a(chǎn)生隆起狀態(tài)（圖2.2（a）），當(dāng)然這也不會(huì)導(dǎo)致沙土兩側(cè)的擋土墻處于變形的趨勢(shì)。目前，整個(gè)施工在保持一定開(kāi)挖深度的情況下，可以保持在基坑處于相對(duì)較寬時(shí)，也可以完全塑性隆起，并逐漸從中間部分逐漸變?yōu)橹行⌒偷男问健?圖2.2(b))，可是，不管是長(zhǎng)條形基坑，還是比較狹窄的基坑，其形狀都是呈現(xiàn)兩邊小，而中間比較大的分布規(guī)律[33]。圖2-2基底的隆起變形示意圖(3)地表沉降針對(duì)基坑開(kāi)挖引起地表沉降的問(wèn)題，許多科學(xué)家都對(duì)此作出了深入研究，他們綜合多方面信息，采取多樣化手段，如模型實(shí)驗(yàn)、有限元計(jì)算軟件、實(shí)測(cè)資料等。創(chuàng)造性的提出沉降曲線[34]。例如皮特教授提出的正態(tài)分布沉降曲線、還有指數(shù)分布曲線，以及上海金業(yè)分布曲線等。這些都是眾多學(xué)者對(duì)基坑開(kāi)挖引起地表沉降所研究得到的成果。一般來(lái)說(shuō)，地表沉降曲線基本與沉降量的體積有密切關(guān)系。在具體的實(shí)踐中，可能因?yàn)槠渌蛩貢?huì)影響地表沉降曲線有較大差異變化。這些因素包括入土深度、地質(zhì)條件、施工方法、支撐的剛度、降水量等[35]。由此可見(jiàn)，在研究地表沉降曲線時(shí)，必須結(jié)合當(dāng)?shù)氐木唧w條件，綜合多方面信息進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)以往的研究表明，其分布形式大部分包含2種類(lèi)型，第一種，則是三角形[36]：三角形分布形式，目前是因?yàn)檎麄€(gè)墻體進(jìn)入土體的程度不能達(dá)到相應(yīng)的要求，所以墻體自然就會(huì)發(fā)生不確定的移動(dòng)現(xiàn)象，也就沒(méi)法避免的進(jìn)行自然沉降，如圖2.3(a)所示。另一種是拋物線形式，目前出現(xiàn)最多的現(xiàn)象是因?yàn)閴w底部的地層深度過(guò)于突出，而地表沉降也就發(fā)生在基坑的附近位置，如圖2.3(b)所示。圖2-3地表的沉降曲線形式在一般情況下，地層的性質(zhì)決定了沉降的范圍。保持對(duì)于墻的深度、基坑開(kāi)挖的深度、墻的深度、開(kāi)挖的施工方法等，需要予以技術(shù)支持[37]通常沉降范圍在（1?4）H。在基坑開(kāi)挖時(shí)，影響范圍的情況出現(xiàn)最多的是如圖2.4所示。一旦程度過(guò)大的變形。在基坑開(kāi)挖時(shí)發(fā)生，那么基坑的穩(wěn)定性就會(huì)受到嚴(yán)重的影響。圖2-4基坑開(kāi)挖的影響范圍砂土和軟粘土的影響；（b）軟粘土?xí)r的影響范圍（進(jìn)入土壤的情況處于較好的狀態(tài)）；（c）軟粘土?xí)r的影響范圍（圍護(hù)墻入土在軟弱地層的情況）2.1.3基坑破壞現(xiàn)象在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，難免會(huì)出現(xiàn)各種錯(cuò)誤，由此造成基坑的不穩(wěn)定性常常遇到。一般來(lái)說(shuō)，引起基坑的失效原因有兩個(gè)方面：一方面是地基的強(qiáng)度不足；另一方面是基坑的剛度或者強(qiáng)度不夠，基坑的強(qiáng)度如墻體，支撐的強(qiáng)度也不滿足要求。其破壞的表現(xiàn)形式有一下幾點(diǎn)：(1)放坡開(kāi)挖基坑在放坡開(kāi)挖基坑的時(shí)候，坡度設(shè)計(jì)比較陡，雨水會(huì)通過(guò)管道滲漏。雨水滲入到土地中會(huì)導(dǎo)致土體的抗剪強(qiáng)度大大減少，直接造成兩側(cè)發(fā)生坑邊坡土體滑坡[38]。(2)無(wú)支撐剛性擋土墻基坑剛性擋土墻是由水泥土混合樁和噴射灌漿樁組成的一種基坑支護(hù)形式：①因?yàn)閴Ρ诘恼w深度并不是很高，而且因?yàn)閴ν恋牧Χ忍?，同時(shí)剪切強(qiáng)度也不是處于最好的狀態(tài)等，所以就會(huì)不可避免的致墻體和周?chē)馏w全部滑坡的破壞[39]；②為整個(gè)基坑周?chē)臉痘推渌寥酪蔡幱谡９ぷ鞯臓顟B(tài)，所以盡量保證基坑完成必要的裝載工作，比如也可以使用重型施工機(jī)械去應(yīng)對(duì)因?yàn)榉钦＿\(yùn)動(dòng)而造成的墻體所受壓力增加，或由于樁基設(shè)計(jì)的反側(cè)翻的安全系數(shù)不夠高，導(dǎo)致倒塌的現(xiàn)象發(fā)生；如果工程的正常防滑安全系數(shù)的預(yù)算不夠，或者由于施工地區(qū)的基坑土體強(qiáng)度也不夠高的情況下，墻體也可能會(huì)發(fā)生變形行為或整體的非正常的剛性運(yùn)動(dòng)[40];③如果面對(duì)壓力墻體的剪切強(qiáng)度不夠高的話，加上在設(shè)計(jì)時(shí)，沒(méi)有注意墻體自身的抗剪強(qiáng)度過(guò)小。墻體無(wú)法承受過(guò)大的剪切力，就會(huì)導(dǎo)致墻體自身形態(tài)發(fā)生破壞[41]。(3)無(wú)支撐柔性圍護(hù)墻圍護(hù)基坑具有柔性的墻體相當(dāng)于很好的防護(hù)系統(tǒng)，其中包括由鋼板構(gòu)建的樁基，由鋼筋混凝。土澆筑的墻體，同時(shí)也保持連續(xù)的狀態(tài)，而在另一方面的主要失效模式如下：當(dāng)整個(gè)被擋墻體的剛度處于較小的狀態(tài)時(shí)，會(huì)自然而然的導(dǎo)致墻體后部的地面變形仍然保持較大的形式，以至于危及整個(gè)樁基周?chē)牡叵鹿芫€，建筑物和內(nèi)部結(jié)構(gòu)等[42];當(dāng)整個(gè)被擋墻體的剛度不能保持較好的施工形態(tài)時(shí)，使得埋在深層和嵌入到土層中的墻體時(shí)因?yàn)橄鄳?yīng)沙土壓力的作用將會(huì)導(dǎo)致墻體的斷裂[43]。2.2基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)受力變形分析由于能夠正常保持工程的建設(shè)進(jìn)度，所以施工者要避免過(guò)度的挖掘行為，而且相對(duì)的支撐構(gòu)架也要能跟的上工程的進(jìn)度，但是目前的施工不僅缺少很多必要的擋土墻支撐，而且參與施工的部分單位也不能完全按照?qǐng)D紙去進(jìn)行施工，所以就會(huì)導(dǎo)致?lián)跬翂Ξa(chǎn)生不必要的斷裂，而且因?yàn)橹屋S向力太大，產(chǎn)生不必要的變形破壞和危險(xiǎn)[44]。2.2.1計(jì)算模式要通過(guò)有限元法對(duì)圖2.5所示的樁體結(jié)構(gòu)的模式和原理進(jìn)行必要的計(jì)算，其主要原理是圍繞中心位置的彈性基梁自然旋轉(zhuǎn)90度，然后使得彈簧上方的開(kāi)挖面能夠正常的順應(yīng)到非工作結(jié)構(gòu)。從正常的施工來(lái)看，該計(jì)算模式的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)由完整的墻體進(jìn)行支撐，而另一方面工程的結(jié)構(gòu)同時(shí)受到沙土壓力的支撐。根據(jù)本計(jì)算模式的原理，簡(jiǎn)化計(jì)算模型的思路，把復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化。可以把墻體分割，將單元格簡(jiǎn)化為單元格上的節(jié)點(diǎn)，通過(guò)研究節(jié)點(diǎn)的集中力，對(duì)土體彈簧的載荷部分的分析與原理相似，并對(duì)最接近的土體單元進(jìn)行了分類(lèi)，然后分析了集中荷載的簡(jiǎn)化操作和彈性支撐力下的節(jié)點(diǎn)，使用有限元負(fù)荷分析和擋土墻穩(wěn)定性研究的相關(guān)原理和計(jì)算方法。分析過(guò)程可以描述如下：首先，充分利用協(xié)調(diào)和支撐結(jié)構(gòu)的作用，建立彈線形態(tài)模型，將土體結(jié)構(gòu)和支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入分析，也可以利用變形原理做分析，這樣支撐結(jié)構(gòu)的分析結(jié)果會(huì)比較準(zhǔn)確[45]。圖2-5深基坑有限元計(jì)算模式2.2.2施工過(guò)程工況分析工況分析如下：(1)在觀測(cè)支撐支護(hù)部分的數(shù)據(jù)情況時(shí)，沒(méi)有出現(xiàn)超過(guò)預(yù)警值的數(shù)據(jù)，需要觀測(cè)的數(shù)據(jù)有平位移觀測(cè)、支稱力觀測(cè)、土體側(cè)向變形觀測(cè)、地面沉降等[46]。(2)進(jìn)行水位的時(shí)間觀測(cè)，具體的觀測(cè)時(shí)間段是在基坑開(kāi)挖之前，基坑的支護(hù)系統(tǒng)完工以后，這段時(shí)間內(nèi)基坑的水位變化超過(guò)了預(yù)警值，那么就可以大致斷定漏水的位置在基坑止水幕的大致方位[47]。(3)周?chē)ㄖ锍两涤^測(cè)，在施工過(guò)程中，每7天對(duì)周?chē)慕ㄖ镞M(jìn)行沉降觀測(cè)，因?yàn)橹車(chē)慕ㄖ镆呀?jīng)進(jìn)入穩(wěn)定沉降狀態(tài)，在基坑開(kāi)挖的過(guò)程中觀測(cè)房屋的沉降是否超過(guò)了預(yù)警值，如超過(guò)了立即停止施工并制定防治措施[48]。根據(jù)實(shí)際施工過(guò)程中開(kāi)挖的進(jìn)度，根據(jù)基坑開(kāi)挖的施工條件，確定支護(hù)結(jié)構(gòu)開(kāi)挖過(guò)程中受力的計(jì)算方法，并繪制相應(yīng)的簡(jiǎn)化圖如圖2.6所示。圖2-6考慮開(kāi)挖過(guò)程的結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖在開(kāi)挖地鐵深基坑的標(biāo)準(zhǔn)段期間，施工開(kāi)挖工況根據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖進(jìn)行有效劃分，開(kāi)挖方式運(yùn)用盆式開(kāi)挖，結(jié)構(gòu)計(jì)算圖紙用黑色粗線表示安裝鋼支撐，黑點(diǎn)表示未安裝鋼支撐，如圖2.7所示。圖2-7開(kāi)挖過(guò)程工況劃分2.3有限元分析原理2.3.1有限元基本方程（1)單元選擇和位移模式現(xiàn)如今，等參單元因?yàn)榫珳?zhǔn)度相對(duì)比較高，在平面有限元數(shù)值當(dāng)中應(yīng)用的相對(duì)比較高，然而在實(shí)際過(guò)程當(dāng)中，通常給予四結(jié)點(diǎn)等參單元或者八結(jié)點(diǎn)的等參單元，下面為了闡明位移模式，運(yùn)用八節(jié)點(diǎn)等參單元來(lái)進(jìn)行說(shuō)明，如圖2.8所示。圖2-8八節(jié)點(diǎn)等參元的位移模式對(duì)于八結(jié)點(diǎn)的等參元，完全可以用二次多項(xiàng)式來(lái)說(shuō)明其位移模式，形函數(shù)N可以表示任一點(diǎn)的局部坐標(biāo)，能夠表明成為以下形式：(2.1)(2.2)在上式中可以得知坐標(biāo)值，，在單元內(nèi)，一點(diǎn)的位移都能夠表達(dá)成：(2.3)(2)幾何方程按照單元的位移模式，平面問(wèn)題的幾何方程表示：(2.4)式中：為單元應(yīng)變矢量；為單元位移矢量；為單元應(yīng)變矩陣。(2.5)（3)本構(gòu)方程先把式（2-4）代入上式，按照單元本構(gòu)方程，可以得到(2.6)式中：為應(yīng)力矢量；[D]為彈性矩陣。針對(duì)平面的應(yīng)變問(wèn)題，(2.7)可以使用體積模量B和剪切模量G表示彈性矩陣[D]，并且彈性矩陣[D]與泊松比v和彈性模量E的關(guān)系可以用以下公式表達(dá)：(2.8)（4）單元?jiǎng)偠染仃嚫鶕?jù)虛功原理，可得：(2.9)式中：為單元結(jié)點(diǎn)力列陣；為單元?jiǎng)偠染仃嚒?2.10)式中：為單元厚度，在平面應(yīng)變問(wèn)題中，取（5）整體剛度矩陣根據(jù)全部結(jié)點(diǎn)的平衡條件來(lái)講，即：(2.11)代入公式（2.9）得：(2.12)即：(2.13)式中：為整體剛度矩陣，由各單元擴(kuò)大后疊加而成；為整體荷載向量，由各單元擴(kuò)大后疊加而成；ne為單元總數(shù)。(6)等效結(jié)點(diǎn)力單元上的體力、面力以及集中荷載三者的等效結(jié)點(diǎn)荷載合成單元等效結(jié)點(diǎn)荷載，也就是：(2.14)式中：，為集中荷載矩陣；，為體力矩陣；，為面力矩陣。2.3.2模型破壞準(zhǔn)則因?yàn)槠涞谋旧順?gòu)成特點(diǎn)是非線性的，結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)顆粒狀的離散結(jié)構(gòu)，因此當(dāng)土體受到其他外部力量時(shí)，其表現(xiàn)就會(huì)是非線性特點(diǎn)[49]。因此，要深入研究其非線性特點(diǎn)，具體來(lái)說(shuō)，研究?jī)?nèi)容有屈服準(zhǔn)則、流動(dòng)準(zhǔn)則以及土體的破壞準(zhǔn)則等等，土體受到外力時(shí)其自身的變化過(guò)程是，一開(kāi)始受力土體就會(huì)表現(xiàn)出來(lái)一個(gè)非線性的應(yīng)變曲線，同時(shí)外部力量負(fù)荷不斷增大，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大過(guò)其自身可以接受的范圍，則就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)流動(dòng)以及屈服的現(xiàn)象，這種特征一直會(huì)持續(xù)的下去，最終土體被破壞才會(huì)結(jié)束。（1）土體破壞計(jì)算當(dāng)土體受到的力到達(dá)一定極限，土體就會(huì)被破壞，這時(shí)候的形變和未破壞的形變完全不同，因此破壞準(zhǔn)則就在這時(shí)出現(xiàn)，它是判斷土體是否被破壞的標(biāo)準(zhǔn)[50]。土體被破壞的關(guān)鍵是其應(yīng)力狀態(tài)，因此可以把土體的破壞準(zhǔn)則表達(dá)成：(2.15)式中：是應(yīng)力分量的某種函數(shù)值，叫做破壞函數(shù)；是試驗(yàn)確定的常數(shù)。已經(jīng)有相關(guān)研究人員提出相關(guān)的準(zhǔn)則，其中包含以下幾個(gè)方面前：1）摩爾－庫(kù)侖理論現(xiàn)如今，應(yīng)用最為廣泛的就是這一理論，其破壞準(zhǔn)則為：(2.16)其表明破壞與中應(yīng)力沒(méi)有任何關(guān)系，在主應(yīng)力破壞空間當(dāng)中是平行于軸的一個(gè)面，與此同時(shí)投影在軸和軸構(gòu)成的平面內(nèi)。一旦理論無(wú)法確定，則成為六個(gè)面，在主應(yīng)力空間內(nèi)構(gòu)成不等角的六角錐面。2）屈雷斯卡（Tresca）準(zhǔn)則這一準(zhǔn)則是假定最大剪應(yīng)力達(dá)到某一數(shù)值時(shí)破壞，即(2.17)3）米塞斯（Mises）準(zhǔn)則該準(zhǔn)則認(rèn)為偏應(yīng)力q達(dá)到一定數(shù)值時(shí)破壞，它在主應(yīng)力空間為圓柱面，即(2.18)米塞斯破壞準(zhǔn)則認(rèn)為：(2.19)其中和為試驗(yàn)常數(shù)，為第二偏應(yīng)力不變量。廣義屈雷斯卡（Tresca）準(zhǔn)則和廣義米賽斯準(zhǔn)則關(guān)系如圖2.9所示。圖2-9廣義屈雷斯卡（Tresca）準(zhǔn)則和廣義米賽斯準(zhǔn)則的關(guān)系（2）屈服計(jì)算土體在受到外力情況的時(shí)候，其受力的變化過(guò)程是這樣的，一開(kāi)始土體表現(xiàn)出彈性關(guān)系。但是，當(dāng)外力的作用超過(guò)土體的極限承受能力時(shí)，就會(huì)由彈性變形轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃?，此時(shí)土體的最大應(yīng)力的強(qiáng)度叫做屈服強(qiáng)度[51]。伴隨著側(cè)向壓力的增加，屈服強(qiáng)度也會(huì)隨著增大，而且理想彈性塑性是因?yàn)樗苄孕袨楸患俣ǖ摹Ｍ瑫r(shí)，對(duì)于與Drucker—Pager屈服準(zhǔn)則相符的土體，還能夠思考土體的體積膨脹是因?yàn)槠淝淖冊(cè)斐傻?。關(guān)于屈服準(zhǔn)則的等效應(yīng)力表達(dá)式是：(2.20)其中，，平均應(yīng)力或靜水壓力；為偏差應(yīng)力；為材料常數(shù)，其值用土體的內(nèi)摩擦角表示為；為Mises屈服準(zhǔn)則中的，描述屈服應(yīng)力隨方向變化的矩陣；土體的屈服參數(shù)定義為：(2.21)由式（2.20）和（2.21）可以得出Drucker—Pager屈服準(zhǔn)則的表達(dá)式如下：(2.22)當(dāng)材料參數(shù)和給定后，其屈服面是一個(gè)圓錐面，此圓錐面與六角形的Mohr—Coulomb屈服面相切。（3）塑性應(yīng)變分析流動(dòng)準(zhǔn)則不僅能夠與反映屈服單元的當(dāng)前應(yīng)力狀態(tài)和土單元下一步塑性應(yīng)變?cè)隽康南嗷リP(guān)系，還能夠用來(lái)闡述當(dāng)土體發(fā)生屈服時(shí)其塑性應(yīng)變的方向是怎樣的[52]，即，單個(gè)塑性應(yīng)變的分量隨著屈服的變化能夠被流動(dòng)準(zhǔn)則完美的定義，現(xiàn)在用塑性勢(shì)函數(shù)g來(lái)表示：(2.23)其中：為非負(fù)的比例因子，取決于應(yīng)力狀態(tài)和加載歷史，g為塑性勢(shì)函數(shù)，是關(guān)于應(yīng)力的函數(shù)。2.3.3土體變形的有限元模擬分析在運(yùn)用有限元軟件進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，對(duì)于土體與地下結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系進(jìn)行分析，不但要根據(jù)其特性，而且要分別對(duì)其采用非線性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，更要對(duì)地下結(jié)構(gòu)與土體接觸表面給予特殊的重視。兩種極端簡(jiǎn)化的假定理論分別可得[53]：（1）假如接觸的面十分粗糙，則能夠說(shuō)明土體與結(jié)構(gòu)之間滑動(dòng)的概率為零；（2）倘若基礎(chǔ)面比較光滑，那就不會(huì)有剪切應(yīng)力，也就是說(shuō)土體與結(jié)構(gòu)之間沒(méi)有可以阻止滑動(dòng)的應(yīng)力。很明顯，以上的理論是在理想化的狀態(tài)下做出的假定。與實(shí)際情況不符。在特定的條件下，對(duì)材料的二維單元兼設(shè)置的接觸面單元，在受力前后的變化如圖2.10所示。圖2.10（a）表示接觸面單元法向受拉應(yīng)力，，使兩邊二維單元在接觸面上互相脫開(kāi)；圖2.10（b）表示，接觸應(yīng)力為壓應(yīng)力，則兩邊二維單元互相嵌入。圖2.10（c）表示接觸面上，受剪，使兩邊二維單元錯(cuò)開(kāi)。2.10（d）圖表示受和共同作用的結(jié)果。本文采用特殊的接觸單元，對(duì)接觸面受力特性進(jìn)行了全面合理的反映，利用古德曼接觸面單元進(jìn)行表達(dá)，如圖2.11所示的單元模型，接觸面由兩個(gè)接觸面單元組成，分別是ij和mr，其長(zhǎng)度均為1。兩個(gè)接觸面單元沒(méi)有厚度，也就是說(shuō)完全吻合，但有長(zhǎng)度。帶為t，是垂直于xz平面的量，也是一維單元，一般有力聯(lián)系的地方在結(jié)點(diǎn)處，而結(jié)點(diǎn)是在接觸面單元和與之相鄰的接觸面單元或者二維單元之間。每個(gè)單元上結(jié)點(diǎn)有四個(gè)分別是i、j、m、r，坐標(biāo)原點(diǎn)被放在單元形心上，單元兩邊是土體和結(jié)構(gòu)材料。圖2-10接觸面單元受力變形情況圖2-11接觸面單元在結(jié)點(diǎn)力作用下，兩片接觸面間的彈簧受內(nèi)剪應(yīng)力、正應(yīng)力，即內(nèi)應(yīng)力為：(2.24)在兩片接觸面之間產(chǎn)生相對(duì)的水平位移差、垂直位移差，即相對(duì)位移為：(2.25)式中角標(biāo)s表示切向，n表示法向。在線性彈性假定下，應(yīng)力與相對(duì)位移(變形)成正比，其關(guān)系式為：(2.26)(2.27)和分別為接觸面單元的切向和法向的單位長(zhǎng)度勁度系數(shù)，由試驗(yàn)決定。對(duì)彈性材料為常量，若材料具有非線性特性，則它們?yōu)樽兞?。利用線性位移這種模式，結(jié)點(diǎn)位移是被多個(gè)方向的結(jié)點(diǎn)位移表示的，這些方向是每一片接觸面上的力沿著長(zhǎng)度的方向。通常只有在結(jié)構(gòu)與土體的界面處來(lái)設(shè)置接觸單元，才能夠精確的模擬結(jié)構(gòu)與土體的綜合作用[54]。本文利用有限元分析軟件ANSYS，以土體表面的接觸面為準(zhǔn)，針對(duì)接觸面實(shí)現(xiàn)土體與結(jié)構(gòu)接觸面的狀態(tài)進(jìn)行了非線性的仿真模擬。2.3.4建筑基坑開(kāi)挖基本過(guò)程模擬（1）初始狀態(tài)的確定在非線性的分析計(jì)算中，應(yīng)力狀態(tài)起關(guān)鍵決定作用，所包含的彈性常數(shù)由其決定[55]。因此，在加載荷載前首先確定初始應(yīng)力狀態(tài)，它不僅對(duì)初次加荷載有影響，而且還會(huì)對(duì)后面每一級(jí)荷載均會(huì)受到其影響。但是在實(shí)踐中，根本無(wú)法確定土體的初始應(yīng)力狀態(tài)，因此會(huì)取近似值，用土體的自重應(yīng)力代替，(2.28)z表示土體表面到單元形心的深度，而需要考慮土體表面是傾斜還是水平。假如發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)面是水平的，那么τ=0，則上下相鄰單元的平均值為。假如發(fā)現(xiàn)接觸面是豎向的，則τ=0，則左右相鄰單元的平均值就等于法向應(yīng)力。（2）邊界條件及計(jì)算范圍在進(jìn)行二維有限元分析時(shí)，只有當(dāng)施工條件、介質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)形式、荷載分布都是對(duì)稱分布時(shí)，研究對(duì)象可以直接選取對(duì)稱軸一側(cè)對(duì)其進(jìn)行分析[56]。（3）單元?jiǎng)澐旨斑x取在進(jìn)行二維有限元分析計(jì)算時(shí)，將結(jié)構(gòu)劃分為4個(gè)或者8個(gè)界定單元，在劃分土體時(shí)，可將其分為4或者8個(gè)節(jié)點(diǎn)等參單元；因?yàn)橥馏w和結(jié)構(gòu)之間的相互作用，會(huì)使得二者之間發(fā)生相對(duì)錯(cuò)動(dòng)，因此，模擬時(shí)利用二者之間的接觸面進(jìn)行。（4）初始應(yīng)力的計(jì)算初始應(yīng)力是由于自然狀態(tài)下產(chǎn)生的，因此也叫地應(yīng)力，其產(chǎn)生的原理是地質(zhì)構(gòu)造作用和巖石土體的自身重量二者相互作用的結(jié)果[57]。在開(kāi)挖底層時(shí)，有時(shí)候計(jì)算表面的深度函數(shù)時(shí)可以直接用初始應(yīng)力代替，這時(shí)候必須滿足條件，水平地面無(wú)限大，剪應(yīng)力無(wú)論是在垂直面還是在水平面都沒(méi)有。2.4基坑施工對(duì)地鐵隧道結(jié)構(gòu)的危害及變形控制措施2.4.1基坑施工的危害建筑物在使用時(shí)，首先滿足的條件就是承載力要求和材料的強(qiáng)度、剛度等要求，巖土工程施工時(shí)，必然會(huì)對(duì)附近地下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生應(yīng)力和變形。同時(shí)，新的工程如隧道等也會(huì)對(duì)舊的、已經(jīng)存在的建筑工程產(chǎn)生各種不良影響[58]。造成這種影響的主要原因是新建的項(xiàng)目會(huì)對(duì)巖土體的承載力進(jìn)再分配，從而導(dǎo)致巖土周?chē)膽?yīng)力變化，施工過(guò)程中，大型機(jī)械一次性做的功很大，也有可能對(duì)巖土體的應(yīng)力產(chǎn)生影響。因此，就城市地鐵隧道而言，整個(gè)過(guò)程地下結(jié)構(gòu)引起的變化十分復(fù)雜，內(nèi)力和應(yīng)力分布特點(diǎn)也十分的繁瑣，在建設(shè)時(shí)，投入大，不管發(fā)生任何的事故，都會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人民的生命財(cái)產(chǎn)受到威脅。地鐵隧道和地下工程施工完畢后，巖土體結(jié)構(gòu)有原先的狀態(tài)會(huì)隨著工程的進(jìn)行逐漸變化，一直到工程結(jié)束，土體內(nèi)部會(huì)形成新的內(nèi)力和應(yīng)力平衡，重新達(dá)到穩(wěn)定的狀態(tài)，但是由于原狀土和建筑用材料的剛度不同，而且深基坑在施工過(guò)程中會(huì)對(duì)周邊土體產(chǎn)生擾動(dòng)，造成周邊的土體形狀的不協(xié)調(diào)形變[59]。在隧道挖掘過(guò)程中，一般會(huì)出現(xiàn)地下隧道與建筑物的差異性變形，這是因?yàn)殚_(kāi)挖深度越來(lái)越深，負(fù)荷脫落土體的位移和形變?cè)絹?lái)越明顯，結(jié)構(gòu)變形越來(lái)越大，并且有逐漸向外擴(kuò)張的趨勢(shì)。在進(jìn)行隧道挖掘施工過(guò)程中，會(huì)對(duì)周邊環(huán)境結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響表現(xiàn)在：減少結(jié)構(gòu)變形和地面沉降變形，降低管道斷裂對(duì)周邊建筑物的影響和復(fù)雜的社會(huì)影響，基坑邊坡崩塌，地下水位下降，地下室隆起變形，在深基坑施工中，包括樁基和地下連續(xù)墻和基坑開(kāi)挖施工等，勢(shì)必導(dǎo)致底土卸載反彈，支護(hù)結(jié)構(gòu)土壤的側(cè)向運(yùn)動(dòng)，地下水位變化地面沉降在坑外，明顯影響到使用地鐵安全功能，甚至使地鐵隧道附近地鐵隧道施加的應(yīng)力對(duì)相鄰地鐵隧道造成嚴(yán)重傷害[60]。綜上所述，基坑開(kāi)挖對(duì)現(xiàn)有地鐵結(jié)構(gòu)的影響主要有以下幾種可能的變化：（1）在基坑開(kāi)挖時(shí)，基坑的在進(jìn)行維護(hù)結(jié)構(gòu)施工時(shí)，必定會(huì)使周?chē)馏w造成側(cè)向位移，但是在實(shí)際操作中，隧道結(jié)構(gòu)的材料和周?chē)馏w的材料的差異導(dǎo)致沉降也會(huì)不均勻，這就會(huì)給工程的施工造成一定的負(fù)面影響。（2）在地鐵結(jié)構(gòu)的勘探當(dāng)中，相鄰的土壤大部分已趨于穩(wěn)定，當(dāng)挖掘過(guò)程當(dāng)中，除了以上在地鐵結(jié)構(gòu)的勘探中，周?chē)耐寥酪呀?jīng)基本穩(wěn)定，當(dāng)附近基坑正在挖掘時(shí)，除了上述土體發(fā)生卸荷效應(yīng)，整個(gè)基坑開(kāi)挖過(guò)程也會(huì)造成周?chē)寥赖乃蓜?dòng)，使得周?chē)馏w的承載力下降。（3）基坑開(kāi)挖過(guò)程中可能導(dǎo)致坑外地下水位的變化，所以可能導(dǎo)致地下水位下降，使該地區(qū)的隧道上有效應(yīng)力增加，導(dǎo)致在隧道內(nèi)部的結(jié)構(gòu)變形和應(yīng)力變化。（4）由于地下開(kāi)挖引起的大量土體隆起，導(dǎo)致基坑內(nèi)地鐵結(jié)構(gòu)不斷反彈。2.4.2基坑變形的控制措施（1）在實(shí)際施工進(jìn)程中，根據(jù)地理位置、工程要求選擇最合適的圍護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)于工程的順利進(jìn)行，有著至關(guān)重要的作用，選擇什么樣的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)一定要從各個(gè)方面的誘因進(jìn)行考慮，其中包含相鄰環(huán)境對(duì)其的要求、地質(zhì)情況、工程功能、經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件等綜合考慮，每種方法都有優(yōu)點(diǎn)，也會(huì)有其不足之處，在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)，《基坑工程手冊(cè)》進(jìn)行有效選取。（2）選定合理的支撐結(jié)構(gòu)體系。在選擇支撐體系時(shí)，要綜合多方面的因素進(jìn)行合理選取，如周?chē)沫h(huán)境、地理位置以及地質(zhì)條件等，因地制宜，在密集的市區(qū)進(jìn)行基坑開(kāi)挖時(shí)，根據(jù)其地質(zhì)條件的優(yōu)良性能進(jìn)行選擇，優(yōu)良的土體可以優(yōu)選打設(shè)錨桿的方法等[61]。（3）施加預(yù)應(yīng)力減少基坑的變形在進(jìn)行邊坡加固時(shí)，一般有兩種方式，一種是錨桿，另一種是支撐，通過(guò)對(duì)其施加預(yù)應(yīng)力來(lái)控制變形的錨桿支護(hù)。錨桿是通過(guò)拉力來(lái)調(diào)動(dòng)土體的深淺的作用，通過(guò)拉力為支護(hù)結(jié)構(gòu)提供水平力，按照其周?chē)南嚓P(guān)特征，選取一個(gè)相對(duì)應(yīng)的類(lèi)型，目前用得最多的是粘結(jié)性錨桿，其主要作用是通過(guò)粘結(jié)邊緣材料，進(jìn)而使錨固得到保證，在一系列的土體當(dāng)中應(yīng)用相對(duì)較為廣泛，同時(shí)還不會(huì)受到土體的限制，并且可以與多種支護(hù)類(lèi)型進(jìn)行配套使用。而預(yù)應(yīng)力錨桿的作用主要是通過(guò)對(duì)其錨桿上施加的壓力實(shí)現(xiàn)的，這種錨桿使用會(huì)受到壓力極限值的限定，壓力超過(guò)極限值，其錨固作用就會(huì)減小甚至失效[62]。另一種方法是鋼支撐，在鋼支撐上施加預(yù)應(yīng)力的優(yōu)勢(shì)明顯，能夠?qū)χ苓厜w進(jìn)行一定的壓實(shí)，從而提高了墻體的強(qiáng)度，減少基坑的變形。在施加預(yù)應(yīng)力時(shí)需要注意，如果預(yù)應(yīng)力過(guò)大，可能會(huì)造成支撐所受的壓力變成拉力，支撐失去效果；但是預(yù)應(yīng)力太小的話，墻體的變形很難通過(guò)支撐控制的。計(jì)算得出，在預(yù)應(yīng)力施加的過(guò)程當(dāng)中，其大小已經(jīng)在軸力的70%以上，之后在不斷增加也對(duì)其的幫助并不是非常大，然而一旦相對(duì)比較小的話，也會(huì)使其具體效果明顯降低。所以，一般在施工時(shí)施加的預(yù)應(yīng)力大小大致可以恢復(fù)到以往的狀態(tài)，實(shí)際數(shù)值在這一情況之下所計(jì)算出來(lái)的占總體的十分之五到十分之九，而對(duì)于上層的支撐，施加的預(yù)應(yīng)力應(yīng)該盡量小，下層的盡量大[63]。（4）選擇合理的內(nèi)支撐或錨桿的豎向間距在具體施工過(guò)程當(dāng)中，其豎向當(dāng)中的間距一定要明顯的減少，這一措施能夠取得良好的效果，不但能夠使墻體的剛度明顯增加，而且還會(huì)減少支護(hù)時(shí)間，更能夠促進(jìn)墻體背面分布的壓力更加均勻。通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)苤?，第一道支撐一般不?huì)靠近坑下，這樣做的目的是盡量減小墻頂?shù)乃轿灰?，一般情況下，第一道支護(hù)盡量小于土體的自立高度。在最下面的支撐結(jié)構(gòu)應(yīng)該緊靠最下面，此種情況在軟黏土層中應(yīng)該特別注意。另外，為了減少地表沉降和墻體的水平位移，第一道支撐的位置盡可能的往下面安置，這能夠大大提高基坑的穩(wěn)定性。在軟土地區(qū)，第一道支撐要注意，首先，第一道支撐要在地表下1.0~2.5厘米當(dāng)中給予安全設(shè)置，之后是支撐盡量不斷的向上，之后每一道之間的距離在2.5-4.5厘米，其次是支撐盡可能的向上，然后每道支撐的間距在2.5~4.5m之間。另外要注意的是最后一道支撐應(yīng)該最大限度的降低支撐的布置位置。（5）頭道支撐目的就是為了能夠其位移明顯減少，具體來(lái)說(shuō)就是為避免產(chǎn)生大的水平位移，要科學(xué)、合理的規(guī)劃頭道支撐的具體位置和施工的時(shí)間。（6）為了起到控制水平位移最好的效果，數(shù)道支撐的排列方式應(yīng)該是上疏下密。在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，要合理選擇最合適、最經(jīng)濟(jì)的支撐數(shù)量，過(guò)多或者過(guò)少都會(huì)產(chǎn)生不良影響，如基坑不穩(wěn)定，變形等相關(guān)問(wèn)題。（7）對(duì)基坑底部或被動(dòng)區(qū)土體進(jìn)行加固。根據(jù)被動(dòng)區(qū)域，為了提高土體的強(qiáng)度以及被動(dòng)土壓力，需要對(duì)被動(dòng)受力區(qū)進(jìn)行加固，這樣不僅能夠減少土體的滲透系數(shù)，對(duì)基坑的防水有一定作用，而且還能夠使其抗隆起的能力進(jìn)一步增加，所以，對(duì)這一區(qū)域給予有效加固能夠使其的變形和地表沉降明顯減少，基坑變形主要受加固方案和效果影響，具體來(lái)說(shuō)，加固這一方案指的是其實(shí)際做法、深度、形狀以及寬度等，通過(guò)嚴(yán)格的計(jì)算，其可以明確得出深度在0.2H的時(shí)候，地表沉降減少30%，而深度再繼續(xù)增加，對(duì)于減少沉降的影響就微乎其微了。（8）在施工時(shí)，注意圍護(hù)墻體的入土深度應(yīng)該保證最小，反之就會(huì)導(dǎo)致“踢腳”事情出現(xiàn)，導(dǎo)致其最下面的位移進(jìn)一步增加，然而一定要注意的就是，其深度在0.9-1.0H以上的時(shí)候，其深度還會(huì)進(jìn)一步增加對(duì)基坑的穩(wěn)定性和變形的控制作用變得越來(lái)越小，但是如果支撐系統(tǒng)的道數(shù)密集，并且剛度很大的基坑結(jié)構(gòu)，繼續(xù)增加深度，對(duì)于穩(wěn)定性和變形的控制作用也會(huì)相應(yīng)的增加。通常情況下，盡早假設(shè)支撐結(jié)構(gòu)就會(huì)避免基坑的整體性失穩(wěn)，也可以避免因?yàn)橛绊懽冃?。故而在?shí)踐中，會(huì)盡可能的減少入土深度，具體操作時(shí)是根據(jù)整體穩(wěn)定性和避免管涌的條件精確計(jì)算出需要入土的最小深度。2.5基坑支護(hù)方案基坑支護(hù)種類(lèi)很多，常用到的支護(hù)有：樁排支護(hù)、水泥樁支護(hù)、地下連續(xù)墻支護(hù)、錨桿支護(hù)、擋墻支護(hù)、深層攪拌鋼板樁支護(hù)、放坡支護(hù)、深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)、鉆孔灌注樁支護(hù)等的類(lèi)型如表2.1所示。表2-1深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的類(lèi)型支護(hù)結(jié)構(gòu)水泥擋土墻深層攪拌水泥土樁高壓旋噴樁排樁和板墻式板樁式鋼板樁鋼筋混凝土板樁型鋼橫檔板樁排式鉆孔灌注樁挖空灌注樁板墻式現(xiàn)澆地下連續(xù)墻預(yù)制裝配式地下連續(xù)墻邊坡穩(wěn)定式土釘墻錨噴網(wǎng)逆作拱墻式放坡下面主要介紹幾種主要而且比較常用的基坑支護(hù)類(lèi)型：（1）深層攪拌水泥樁支護(hù)這種基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的主要用料是水泥，充分利用水泥的固化作用，使用機(jī)械深層攪拌機(jī)，將水泥和軟土劑混合均勻攪拌，最終會(huì)形成水泥柱狀和擋土墻狀的兩種支護(hù)結(jié)構(gòu)，此方法的優(yōu)點(diǎn)是不僅可以擋土和止水，而且還能夠降低污染，具有減震無(wú)噪音。但此方法也有不足之處就是支護(hù)的長(zhǎng)度和厚度都過(guò)大，使用條件單一，甚至可能對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生不好的影響。（2）鋼板樁的支護(hù)鋼板樁的支護(hù)在我國(guó)被廣泛應(yīng)用已經(jīng)很長(zhǎng)時(shí)間了，其特點(diǎn)是使用簡(jiǎn)單。并且鋼板樁支護(hù)具有多種形式，不僅有H、Z、U型支護(hù)，而且還有組合型、直線型、冷壓薄板型等多種形式。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，鋼板樁支護(hù)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)通常是與外拉錨墊板或者是內(nèi)支撐的型鋼來(lái)組合在一起使用，由于鋼板支護(hù)樁耐久性強(qiáng)，能夠反復(fù)使用，節(jié)省材料，施工的時(shí)間較短，能夠適應(yīng)各種應(yīng)急工程，因?yàn)檫@些優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)被大部分地區(qū)普遍使用。但是鋼板支護(hù)也有其缺點(diǎn)，那就是除了需要的成本比較大外，還無(wú)法擋水以及阻隔微小土粒。由于長(zhǎng)期浸水容易生銹，導(dǎo)致鋼材強(qiáng)度下降，因此有水的地方在做鋼板樁支護(hù)時(shí)需要做隔水處理，鋼板的抗壓性能小，受到壓力容易變形，因此在實(shí)際操作中要慎重考慮，運(yùn)用鋼板支護(hù)的優(yōu)勢(shì)，避免鋼板支護(hù)的不足。（3）地下連續(xù)墻的支護(hù)地下連續(xù)墻支護(hù)在我國(guó)的建筑過(guò)程中被廣泛應(yīng)用，尤其在建筑物密集的地方運(yùn)用的更多，它最凸出的優(yōu)點(diǎn)就是不僅對(duì)周邊建筑物的基礎(chǔ)沒(méi)有影響，而且還有能夠承受很強(qiáng)的側(cè)壓力，在基坑開(kāi)完以后，它自身的變形很小、地面沉降也很小。因此在建筑中用的最多。（4）土釘墻支護(hù)土釘墻支護(hù)形式主要應(yīng)用于邊坡支護(hù)，例如山體開(kāi)挖，修建公路兩側(cè)的山體等地方，往往能夠在較大的邊坡上做支護(hù)結(jié)構(gòu)。土釘群、被加固的土體以及混凝土面板三者共同組成這種支護(hù)形式，它事故土釘和土體的復(fù)合版，形成了與重力墻類(lèi)同的擋土墻，由于這些特性，它能夠更好的保護(hù)開(kāi)挖面的穩(wěn)定性，土釘之間的鋼筋網(wǎng)具有很強(qiáng)的彈性，能夠有效的抵御土釘之間的形變，而噴射的混凝土層面不僅可以防水，而且能夠防止土粒流動(dòng)，土釘則吸收了錨桿的優(yōu)勢(shì)，具有很強(qiáng)的拉力，能夠很好的吸附在開(kāi)挖的土體面上。具體來(lái)說(shuō)，土釘墻支護(hù)具有以下的特點(diǎn)：①施工完畢后形成復(fù)合體，具有很好的整體穩(wěn)定性，承載力很好；②施工設(shè)備簡(jiǎn)單，施工過(guò)程方便，工程的資金投入少；③工作空間小，占地少，能夠與適應(yīng)較小的空間施工；④支護(hù)結(jié)構(gòu)變形小，噪音小，對(duì)附近環(huán)境幾乎沒(méi)有影響。（5）噴錨網(wǎng)支護(hù)這種支護(hù)方法在施工時(shí)及時(shí)、快速，而且占用系統(tǒng)空間小，能夠?qū)崿F(xiàn)邊挖邊支護(hù)，緊跟工程的進(jìn)度進(jìn)行支護(hù)。在進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)，將土的壓力均分給多個(gè)錨桿，錨桿密集組成錨桿群，將土的壓力均攤到每一根錨桿上，在密集的錨桿同時(shí)受到拉力，這樣就能夠把土加固成為能夠自己支撐的穩(wěn)定土體。穩(wěn)定性驗(yàn)算實(shí)質(zhì)是根據(jù)錨桿和鋼筋土體作為重力式擋土墻，而支撐邊的外邊緣沒(méi)有施加錨固土體的側(cè)壓力。能夠有效保證邊坡的穩(wěn)定性。噴錨網(wǎng)支護(hù)和傳統(tǒng)的支護(hù)方法相比，其成本低，經(jīng)濟(jì)效益高，邊坡穩(wěn)定性好。因此應(yīng)用也十分廣泛。3工程地質(zhì)背景及理正結(jié)構(gòu)分析3.1工程地質(zhì)條件3.1.1工程概況此建筑項(xiàng)目共有十九層，其中地上十六層，地下三層，本工程以筏板作為基礎(chǔ)，建筑±0.000等同于當(dāng)?shù)爻墙ǜ叱?2.650m。基坑形狀是方形尺寸，南北距離某大學(xué)50m，東西有44m，整個(gè)周長(zhǎng)180m。此項(xiàng)目的基坑旁邊有地鐵二號(hào)線地鐵站，隧道的底標(biāo)高是-15.23m，頂標(biāo)高為-9.23m，標(biāo)高差為6m。地下室的底板面標(biāo)高是-14.40m，此工程的基坑支護(hù)的地下連續(xù)墻外邊線和隧道外壁的凈距離1111.5m，設(shè)計(jì)的標(biāo)高是-15.00～15.50m，因此，地鐵隧道底面埋深和基坑開(kāi)挖的深度差不多一致。在進(jìn)行基坑支護(hù)時(shí)，采用的支護(hù)結(jié)構(gòu)是由十二道鋼筋混凝土內(nèi)支撐再結(jié)合地下連續(xù)墻共同做的支護(hù)結(jié)構(gòu)。另外，連續(xù)墻外利用柵格式攪拌樁進(jìn)行加固處理，這些攪拌樁的具體數(shù)量和規(guī)格是7排直徑550間距400的柵格布置的。在施工時(shí)，攪拌樁攪拌攪拌到無(wú)法再繼續(xù)攪動(dòng)才會(huì)停止。同樣，其他的側(cè)面支護(hù)結(jié)構(gòu)采用800厚的地下連續(xù)墻加上十二道鋼筋混凝土的內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)，同時(shí)地下連續(xù)墻還可作為地下室的外墻如圖3.1所示。圖3-1基坑支護(hù)與地鐵區(qū)間關(guān)系剖面圖在基坑開(kāi)挖時(shí)，施工過(guò)程可能會(huì)對(duì)隧道產(chǎn)生不利影響。具體來(lái)說(shuō)，基坑施工過(guò)程中會(huì)對(duì)南面的地鐵一號(hào)線之間的隧道形成結(jié)構(gòu)變化等影響，對(duì)此進(jìn)行分析研究，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際工程狀況，包括巖土地質(zhì)條件等，針對(duì)基坑支撐保護(hù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路，施工工況的綜合分析，對(duì)基坑對(duì)隧道的影響進(jìn)行科學(xué)合理的評(píng)價(jià)，用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明隧道結(jié)構(gòu)將會(huì)受到什么樣的影響，應(yīng)用本章所提到的MidasGTS軟件，以決定網(wǎng)格劃分的方便與否決定了一個(gè)數(shù)值模擬軟件的優(yōu)劣，GTS能夠大大的簡(jiǎn)化用戶的工作量，例如可以自動(dòng)快速的劃分網(wǎng)格，從而減少用戶自己劃分網(wǎng)格的時(shí)間，加快了工作進(jìn)度，改善工作進(jìn)程。在整個(gè)GTS軟件的使用過(guò)程中，可以通過(guò)導(dǎo)入三維地形圖資料，利用軟件可以直生成三維模型。這樣不僅能夠模擬地形分布，而且還大大節(jié)省建模的時(shí)間。在此軟件中，有專(zhuān)門(mén)的工作樹(shù)能夠覆蓋各式各樣的信息，包括網(wǎng)格組、荷載、邊界、幾何曲線等信息，這樣就可以使用戶在應(yīng)用過(guò)程中非常方便快捷，同時(shí)用戶在對(duì)模型進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)簡(jiǎn)單快捷。這是因?yàn)?，一方面這個(gè)基坑有明確的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系，而連續(xù)墻和內(nèi)部的多個(gè)支點(diǎn)共同構(gòu)成支護(hù)結(jié)構(gòu)；在場(chǎng)地方面，有很深的軟塑性泥層，地層的上部差。由于地鐵距離基坑距離很近，最近的地方只有11m。因此，為了對(duì)基坑支護(hù)對(duì)附近地鐵隧道究竟產(chǎn)生多大的影響進(jìn)行深入研究，采用有限元軟件對(duì)基坑支護(hù)過(guò)程進(jìn)行模擬分析，從而得出科學(xué)的數(shù)據(jù)，以此來(lái)論證基坑施工對(duì)地鐵隧道的變形影響，最終進(jìn)行了科學(xué)有效的安全性評(píng)估。3.1.2場(chǎng)地地貌概況這次研究的場(chǎng)地標(biāo)高在12.59-12.73m之間，這個(gè)場(chǎng)地是長(zhǎng)江三角洲沖擊平原，水文地質(zhì)條件典型。通過(guò)查找相關(guān)資料，得知這個(gè)場(chǎng)地沒(méi)有垂直斷裂通過(guò)，但是距離場(chǎng)地附近有斷裂通過(guò)，通過(guò)評(píng)估判斷，對(duì)本次研究影響不大，可以忽略不計(jì)。地質(zhì)條件典型主要體現(xiàn)巖性的破碎程度和裂隙是怎樣發(fā)育變得。3.1.3場(chǎng)地水文地質(zhì)條件通過(guò)調(diào)查得知，本場(chǎng)區(qū)的地下水情況是第四系上層孔隙水和下部基巖的裂隙水構(gòu)成。經(jīng)過(guò)鉆探測(cè)得地下水位深度在1.3m左右，誤差在正負(fù)0.5m。地層上部土質(zhì)結(jié)構(gòu)多孔松散，可以有效積水，再往下是積水層，其構(gòu)成是淤泥、粉質(zhì)粘土，二者的透水性都比較差，能夠把水阻擋在一側(cè)；最下面的巖石，在鉆探過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，巖石有漏水現(xiàn)象，而且本地的基巖裂隙發(fā)育完全，因此能夠得出結(jié)論就是此地一定含有裂隙水。3.1.4巖土工程特征和巖土參數(shù)的分析確定經(jīng)過(guò)對(duì)底層的鉆探實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)此地的地層形成類(lèi)型不同，可以劃分為第四系人工填土、殘積層(Q4el)、沖積層(Q4al)等，地層的從新的到就的地層變化趨勢(shì)如下圖：（1）人工填土層大部分為雜填土，大多數(shù)伴有碎石塊等相關(guān)成分組成，在場(chǎng)區(qū)雜填土的分布比較均勻連續(xù)，分布厚度比較密實(shí)，分布的厚度在2.50-3.20m，平均厚度為2.94m。（2）沖積層