開挖進尺對豎井開挖影響研究

彭小光

（深圳市利源水務設計咨詢有限公司 廣東深圳 518000）

1 工程概況

1.1 豎井周邊建筑場地

某豎井位于某市沿江東路某酒店和某大橋交匯地帶，北側為沿江東路，西側為某酒店，東側為某大橋，南側為水源充沛的某河流。豎井基坑為開挖直徑13.6m圓形井，開挖深度為40.2m。圓井底部通過礦山隧道與盾構隧道相連，作為盾構區間到達井。

1.2 建筑場地地質及支護結構概況

如表1所示為建筑場地各土層及支護結構設計計算指標情況表。

表1 建筑場地各土層及其設計計算指標情況

2 建立模型

2.1 模型尺寸及邊界確定

依據豎井的影響范圍、深度、支護形式來確定模型的整體尺寸為150m×150m×120m，圓井的設計尺寸為φ8.5m，開挖深度為40.2m。本模型根據實際工程情況設置共有五層土，每層土的土層參數以及厚度見表1，其中地下水位標高為-3.5m，整體模型見圖1所示。

圖1 三維有限元數值模型

2.2 本構模型的確定及網格劃分

為保證計算結果精度，劃分網格前先對各個構件進行單元尺寸播種，對離圓井的較近土體進行線性梯度播種，使重點分析部分網格密集，遠離圓井及支護結構的土體網格相對稀疏，以在保證計算精度的同時，提高計算效率，節省計算時間；對于實體采用混合網格對模型單元進行劃分，計算單元數為101254個，為大型計算分析模型。其中將各天然土層、管棚預注漿加固區、超前小導管預注漿加固區及旋噴樁等效加固區設置3D單元，抽水泵站底板、側墻及支護結構中的初期支護等效成2D板單元，錨桿設置成1D單元，注漿加固區通過改變土層屬性來改變。

3 不同開挖進尺對豎井開挖影響研究

3.1 不同開挖進尺對豎井地面沉降影響研究

分別模擬砂層開挖進尺分別采取0.5m、1m、1.5m、2m的情況。本工程中因為砂層的滲水比較嚴重，對豎井開挖影響比較大，故本小節只對砂層開挖完成后地表沉降及圍護結構水平位移進行對比分析。如圖2所示為不同開挖進尺下距離豎井邊緣距離地表沉降的變化情況。

圖2 不同開挖進尺厚度地表沉降變化曲線

如圖2所示，不同的開挖進尺作用下，地表沉降值隨著距離豎井邊緣距離變先減小后增大，隨著開挖進尺的增大，地表沉降值不斷增大，當開挖進尺為0.5m時，地表沉降值最小，為-1.71mm；當開挖進尺為1.0m時，地表沉降值較0.5m的開挖進尺增加35%；當開挖進尺為1.5m時，地表沉降值較0.5m的開挖進尺增加76%；當開挖進尺為2.0m時，地表沉降值較0.5m的開挖進尺增加162%。

3.2 不同開挖進尺對豎井圍護結構變形影響研究

如圖3所示，隨著開挖進尺的增大，圍護結構水平位移不斷增大，當開挖進尺為0.5m時，水平位移值最??；當開挖進尺為1.0m時，圍護結構水平位移值較0.5m的開挖進尺增加31.1%；當開挖進尺為1.5m時，水平位移值較0.5m的開挖進尺增加57.7%；當開挖進尺為2.0m時，地表沉降值較0.5m的開挖進尺增加111.1%。

圖3 不同開挖進尺厚度圍護結構水平位移變化情況

4 結論

從以上曲線圖趨勢可知，必須嚴格控制好開挖進尺才能保證豎井的開挖安全。針對豎井開挖工程，當開挖進尺為0.5m時，豎井開挖較為安全，但工期拖得較長，施工較為保守，而采用開挖進尺1m進行開挖時，最大沉降值為2.35mm，水平位移值為5.9mm，屬于在較為安全值，而開挖及進尺為1.5m及2m時地表沉降值及水平位移值較大，豎井開挖過程中存在一定安全隱患，故從工期及節約成本考慮采用開挖進尺長度為1m。