交叉施工基坑安全间距数值模拟研究

周培娇 杨章财

（1.浙江同济科技职业学院，浙江 杭州 311231；2.杭州运河集团建设管理有限公司，浙江 杭州 310015）

1 引言

基坑工程为地下工程施工创造条件，随着城市用地越来越紧张，两个或多个基坑存在交叉施工的情况（含同一项目分区、分时段开挖）尤为突出。学者们利用有限元软件通过改变基坑间距进行数值模拟，发现基坑间距d 与基坑深度h 之间存在一定的规律：当d＞4h 时，水平位移、竖向位移均出现变化，呈现以坑间土中心线对称的现象，此时，与不受交叉施工影响的独立基坑基本类似；当d＜2h时，水平位移、竖向位移和坑间隆起影响显著；当d 介于2～4h 之间时，安全间距存在差异。也有一些学者对邻近基坑同步施工后产生的影响进行了实测分析，研究显示，实际施工时，深层土体位移变化规律在单基坑和邻近的双基坑中差异较大。在实际工程中，基坑所在的土质有所不同，对其开挖时基坑支护后部出现影响区域，范围在基坑深度的2～4倍之间。在不同土质中，呈三角形分布的沉降包线存在于各土质下的墙后沉降影响区。不同土质的墙后影响区范围不同：砂土为2H、黏土为3H。此外，在进行数值模拟时发现，当两个基坑深度相同时，采用二维和三维模拟结果，随着基坑形状不同而出现偏差，基坑长宽比＜3 时，二维模拟结果偏大。

2 模型建立

采用Midas/GTS 数值模拟，通过比较前人做法，确定模型选用摩尔-库伦，假设土是理想弹塑性材料，围护和支撑体系为弹性体，墙和土体的变形保持位移协调，不考虑剪胀性，根据土层分布特点，设计参数见表1。

表1 土层参数取值表

尺寸均为长20m、宽20m、深10m，排桩支护，空间模型如图1 所示。

图1 空间建模图

3 工况设计

本文在前人研究基础上，对于基坑间距为d=2.5h 和d=2h 两种情况，取三个不同的施工时段，模拟并分析在不同开挖深度下，已建基坑受新挖基坑的影响，见表2。

表2 工况设计

4 当d=2h 时模拟结果与分析

既有基坑A 与正在开挖基坑B 为相邻基坑，A基坑中①和②位置分别处于同一深度的非临近侧和临近侧，A 基坑中③位于临近侧角点，A 基坑④位置处于基坑中心线上。当d=2h 时，分析B 基坑开挖对基坑A 中①和②两位置的侧向位移影响结果。如图3 所示，基坑A 中①和②位置侧向位移在深度方向有着先增后减的趋势，0.5h 位置处变形到达最大值；基坑A 位置①随着基坑B 施工，向基坑B 侧向位移发展，位置②出现坑壁土体回弹。当d=2h 时，分析B 基坑开挖对基坑A 中③和④两位置的侧向位移影响结果。如图4 所示，基坑变形具有空间效应，同时在0.5h 附近达到变形的最大值。位置④的侧壁位移可变形具协调性。

图3 基坑A 位置①和②侧向位移（d=2h）

图4 基坑A 位置③和④侧向位移（d=2h）

5 当d=2.5h 时模拟结果与分析

同样有既有基坑A 与正在开挖基坑B 为相邻基坑，间距从2h 扩大到2.5h，通过维数值模拟发现，两个间距下变形规律一致。为了更直观地得到既有基坑A 受正在开挖基坑B 的侧向位移的影响结果，对比分析了在基坑B 不同的开挖深度下，基坑A ①和②位置的最大侧向位移的结果。如图5、图6 所示，d=2h 和d=2.5h 两种间距下，有着相同的变化趋势。随着深度的增加，最大侧向位移值基本呈线性增加；两种工况下，最大侧向位移值相差较小。

图5 不同基坑间距基坑A 位置①最大位移

图6 不同基坑间距基坑A 位置②最大位移

6 结语

应用有限元数值模拟实际工程中相邻基坑进行开挖的工况，研究相邻基坑间的相互影响，由此得出结论：

（1）临近基坑非同步开挖，新开挖基坑对临近既有基坑影响不容忽视。已建基坑的临近侧和非临近侧出现不同的变化，新基坑的开挖会使已建基坑的非相临近坑壁侧向变形逐渐向新基坑方向发展，相邻侧坑壁土体会出现回弹，且基坑变形存在空间效应。

（2）基坑间距d=2～2.5h 时，临近基坑施工受开挖间距影响较小。