摘要：随着我国城市地下空间开发利用的快速发展，特别是近年来超高层建筑及地下铁道事业的异军突起，深基坑施工研究越来越受到广泛的关注。传统的基坑分析法由于众多复杂因素的制约，往往考虑不周，不能详细直观的显示出支护措施与基坑变形之间的关系。所以，使用三维有限元模型分析成为当前较为前沿的方法。
1 工程概况
该地铁车站为地下二层岛式车站，标准段基坑深约16.3m，端头井基坑深度约17.9m，主体围护在30轴以西采用800mm地下连续墙围护，30轴以东采用1000mm地下连续墙围护，标准段主体围护深度约34.4m。桩基拟采用Φ800mm钻孔灌注桩，有效桩长为35m，车站采用明挖顺筑法施工，车站东端头有堆土。
由于计算范围内的土层分布较为复杂，为了计算的理想和高效，在整个计算过程中将地基土简化为8层。基坑开挖过程数值模拟过程中，所有土层参数均参考勘察报告选取，具体参数见下表1。
非加固区土层物理性质指标 表1
2 三维有限元模型建立
建立基坑开挖施工阶段的三维计算模型，模型尺寸基坑纵向取350m。土体采用实体单元，结构单元中，钢支撑、冠梁以及围凛采用直线单元进行设置，围护桩采用面单元设置。土体单元网格划分采用平面映射单元进行划分，围护结构单元采用直线以及平面扩展单元设置。边界条
件是两侧均无水平位移，底边则全部约束，围护墙底部约束转动。基坑周围土体施加
，东端头受到两堆土体荷载可以看为
。地下水位线为地表以下1米，考虑基坑内外抽水影响。
（1）基本假定
为使问题进一步简化，在本文有限元分析计算中作如下假定：
①同一种材料为均质、各向同性体，介质土的弹性性质可能各点不同，计算
时采用平均弹性模量；
②根据桩体实际抗弯刚度等效为具有相同刚度的地下连续墙，墙体厚度在节点处和标准段分别为：800mm和1000mm，墙深按图纸设计。
③地下等效连续墙底部节点视为相对土体不动点（可能有绝对位移），现状其六个自由度；
④由于施工中堆载，所以计算时考虑土体堆载的影响；
⑤基坑两边的超载，按最不利组合，又因为机动车动荷载引起的土体的激励反应频率是否在土体自振频率的1/3范围内未知，所以，将动荷载乘以放大系数，等效为静力荷载参与组合。
（2）模型建立
三维模型图模型图 基坑围护结构图
基坑平面图
基坑立面图
基坑外荷载图 基坑边界条件图
3 三维有限元计算结果
地下连续墙的变化结果
①第一层开挖
a、开挖第1层土并加上混凝土梁后连续墙X向变形情况：基坑东端头地下连续墙最大位移大概为1.1mm，基坑西端头地下连续墙最大位移大概为0.7mm。（正数表示向基坑里）
b、开挖第1层土并加上混凝土梁后连续墙Y向变形情况：河道回填加固区地下连续墙最大位移大概为3.1mm，非河道回填加固区（没土堆）地下连续墙最大位移大概为4.5mm，非河道回填加固区（有土堆）地下连续墙最大位移大概为5.4mm。（正数表示向基坑里）
第一层开挖后地连墙X位移图 第一层开挖后地连墙Y位移图
②第二层开挖
a、开挖第2层土并加上第一道钢支撑后连续墙X向变形情况：基坑东端头地下连续墙最大位移大概为5.7mm，基坑西端头地下连续墙最大位移大概为5.1mm。（正数表示向基坑里）
b、开挖第2层土并加上混凝土梁后连续墙Y向变形情况：河道回填加固区地下连续墙最大位移大概为9.1mm，非河道回填加固区（没土堆）地下连续墙最大位移大概为13.4mm，非河道回填加固区（有土堆）地下连续墙最大位移大概为14.1mm。（正数表示向基坑里）
第二层开挖后地连墙X位移 第二层开挖后地连墙Y位移图
③第三层开挖
a、开挖第3层土并加上混凝土梁后连续墙X向变形情况：基坑东端头地下连续墙最大位移大概为9.7mm，基坑西端头地下连续墙最大位移大概为7.8mm。（正数表示向基坑里）
b、开挖第3层土并加上混凝土梁后连续墙Y向变形情况：河道回填加固区地下连续墙最大位移大概为11.2mm，非河道回填加固区（没土堆）地下连续墙最大位移大概为15.6mm，非河道回填加固区（有土堆）地下连续墙最大位移大概为16.7mm。（正数表示向基坑里）
第三层开挖后地连墙X位移图 第三层开挖后地连墙Y位移图
④第四层开挖
a、开挖第4层土并加上混凝土梁后连续墙X向变形情况：基坑东端头地下连续墙最大位移大概为14.7mm，基坑西端头地下连续墙最大位移大概为12.5mm。（正数表示向基坑里）
b、开挖第4层土并加上混凝土梁后连续墙Y向变形情况：河道回填加固区地下连续墙最大位移大概为17.1mm，非河道回填加固区（没土堆）地下连续墙最大位移大概为19.6mm，非河道回填加固区（有土堆）地下连续墙最大位移大概为20.8mm。（正数表示向基坑里）
第四层开挖后地连墙X位移 第四层开挖后地连墙Y位移图
⑤第五层开挖
a、开挖第5层土并加上混凝土梁后连续墙X向变形情况：基坑东端头地下连续墙最大位移大概为17.7mm，基坑西端头地下连续墙最大位移大概为15.6mm。（正数表示向基坑里）
b、Y向变形情况：河道回填加固区地下连续墙最大位移大概为21.1mm，非河道回填加固区（没土堆）地下连续墙最大位移大概为27.6mm，非河道回填加固区（有土堆）地下连续墙最大位移大概为29.2mm。（正数表示向基坑里）
第五层开挖后地连墙X位移图 第五层开挖后地连墙Y位移图
⑥第六层开挖
a、开挖第6层土并加上混凝土梁后连续墙X向变形情况：基坑东端头地下连续墙最大位移大概为22.1mm，基坑西端头地下连续墙最大位移大概为20.6mm。（正数表示向基坑里）
b、开挖第6层土并加上混凝土梁后连续墙Y向变形情况：河道回填加固区地下连续墙最大位移大概为23.9mm，非河道回填加固区（没土堆）地下连续墙最大位移大概为39.2mm，非河道回填加固区（有土堆）地下连续墙最大位移大概为40.3mm。（正数表示向基坑里）
第六层开挖后地连墙X位移图 第六层开挖后地连墙Y位移图
4 三维有限元分析结果
基坑地下连续墙位移变化比较
a、比较基坑东端头地下连续墙位移与基坑西端头地下连续墙位移：
b、比较基坑回填区地下连续墙、非回填区（无土堆）地下连续墙、非回填区（有土堆）地下连续墙：
5 结论
（1）由于基坑两端约束较大，所以两端的土体位移和连续墙位移也相对基坑中段较小；
（2）为了达到节约成本的目的，假定基坑周边部分区域可以进行堆载，经过有限元分析可知堆载对基坑地表沉降影响较为明显，但是对基坑土体测斜和连续墙测斜影响不是特别明显；
（3）通过模拟，可以看出地下连续墙在各个区域的位移情况，X方向最大位移22.1mm，Y方向40.3mm。
由以上模拟分析，较为直观的显示了不同区域，分层开挖过程中连续墙的位移情况，从而较好的指导围护结构的选择及后期的施工作业。
参考文献：
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论文作者:赵莹
论文发表刊物:《基层建设》2018年第19期
论文发表时间:2018/8/16
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