基于ABAQUS的某地下綜合管廊明挖基坑變形研究

朱熙珊 楊嚴祿

（1.長江大學，湖北 荊州 434020；2.武漢博宏建設有限公司，湖北 武漢 430000）

隨著城市經(jīng)濟的快速發(fā)展、城市規(guī)模的擴大、以及城市化進程的不斷加深，導致城市空間擁擠、交通堵塞、環(huán)境污染、生態(tài)失調(diào)、基礎設施不足等城市綜合問題日益突出，影響著城市化的進程以及社會經(jīng)濟的正常運行。研究人員為了解決這個問題，大力發(fā)展建設“共同溝”，即所謂的地下綜合管廊。地下綜合管廊就是“地下城市管道綜合走廊”，即將兩種以上的城市管線集中設置于同一人工空間中，所形成的一種現(xiàn)代化、集約化的城市基礎設施。

1 有限元模型的建立

1.1 工程概況

武漢市某城市干線綜合管廊，全長約5.6km,全程采用雙艙斷面，主體結(jié)構(gòu)為現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu)。管廊試驗段長180m，典型斷面尺寸8.6m×7m,基坑開挖深度約7m。經(jīng)過專家多次論證，對基本方案的技術(shù)、經(jīng)濟、工期要求比較，本工程試驗段選定長螺旋成孔灌注樁對基坑進行支護。

1.2 基坑建模過程

考慮到基坑兩側(cè)呈對稱分布，故只選取一側(cè)建立平面模型，可以有效提高計算效率，并根據(jù)基坑的實際平面尺寸進行建模。為了更好的模擬真實情況，需要對邊界條件進行定義，使其某一部分固定或位移值給定。在對模型靜態(tài)分析中，需要避免會導致計算不收斂的剛體位移。因此，在分析之前，需要對模型施加足夠的邊界條件。根據(jù)地勘報告提供的地質(zhì)資料，輸入模擬過程所需各土層的力學參數(shù)。

2 ABAQUS模擬所得基坑變形結(jié)果分析

通過ABAQUS建模，得到的基坑豎向位移云圖見圖1。

圖1 基坑豎直方向位移云圖

由圖1可知，基坑的豎向位移從邊坡頂向基坑內(nèi)側(cè)和豎直方向呈現(xiàn)出圓弧狀的層狀分布，且位移值逐漸遞減。最大沉降量集中分布于邊坡底面和坡頂垂分面所形成的近似矩形區(qū)域，且由基坑一側(cè)向外，相鄰兩個豎向位移云圖分界面上移，表明離基坑越遠，受基坑開挖影響產(chǎn)生的附近地面沉降量越小?；娱_挖影響范圍為坡頂向外延伸15m左右，和基坑監(jiān)測要求的范圍非常吻合。最大沉降量約為21mm，處于邊坡外側(cè)正下方，最小沉降量位于基坑底所在平面，不足2mm，最大最小沉降量相差很大，地表沉降變形更加明顯。

3 ABAQUS模擬結(jié)果和現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)對比研究

有限元分析調(diào)取了該基坑工程8月6日至8月30日的現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)，以三天為一小段，將ABAQUS模擬的結(jié)果和現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)作對比，繪制模擬和實際的基坑沉降變形隨時間變化的曲線圖，如圖2所示：

圖2 基坑豎向位移實際監(jiān)測值與模擬計算值對比

基坑邊坡頂土體豎向位移的理論模擬值與實際監(jiān)測值的曲線整體變化趨勢基本一致，整個過程中實際監(jiān)測值恒大于理論模擬值。開挖之初，二者非常接近，隨著基坑不斷開挖，理論值明顯小于實際監(jiān)測值，兩者保持3mm以內(nèi)的差值，直到開挖完成前6天左右，差值急劇擴大至5mm之多。出現(xiàn)上述現(xiàn)象是因為在用ABAQUS進行數(shù)值模擬時，缺少對實際工況下時間效應的考量。在基坑的實際施工過程中，在所受荷載作用保持恒定的狀況下，基坑的變形會隨時間的增加不斷增大。在進行有限元分析時，對于基坑的開挖，均未考慮時間效應，故忽略了其影響作用，但兩者的誤差在允許范圍之內(nèi)。

4 結(jié)語

本文借助ABAQUS軟件對武漢市某地下綜合管廊工程試驗段明挖基坑展開數(shù)值模擬，研究基坑在開挖過程中的沉降變形規(guī)律，并將數(shù)模結(jié)果和現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)作對比，結(jié)論如下：

基坑的沉降變形主要集中產(chǎn)生于邊坡坡頂?shù)姆ㄆ矫媾c邊坡坡底處所在水平面圍成的矩形區(qū)域內(nèi)，區(qū)域?qū)捈s為15m,和基坑監(jiān)測方案所規(guī)定的監(jiān)測范圍非常接近，側(cè)面印證了數(shù)模的正確性。實際監(jiān)測所得最大沉降量為26mm,超出理論模擬值5mm左右。差值較大的原因是在進行數(shù)值模擬時，基坑開挖過程中仍然受到無法量化用于數(shù)模的因素影響，此外，不可避免地受監(jiān)測方法、監(jiān)測儀器精度、監(jiān)測人員綜合素質(zhì)等因素的干擾，但誤差仍處于允許范圍之內(nèi)，能從宏觀上反映出基坑開挖過程中豎向位移的變化規(guī)律。