本文摘要：【摘要】文章依托某一地铁工程，基于Midas-GTS/NX计算软件，分析基坑开挖时，钢支撑对地表土体以及基底土体的影响。研究表明:通过调整钢支撑位置，可以降低土体沉降，从而达到减少材料，节约成本的效果;基坑开挖后，地表土体沉降呈凹槽型;钢支撑对基底土体隆
【摘要】文章依托某一地铁工程，基于Midas-GTS/NX计算软件，分析基坑开挖时，钢支撑对地表土体以及基底土体的影响。研究表明:通过调整钢支撑位置，可以降低土体沉降，从而达到减少材料，节约成本的效果;基坑开挖后，地表土体沉降呈凹槽型;钢支撑对基底土体隆起的影响很小;设有三道钢支撑时，地表土体最大沉降值为4mm，设有两道钢支撑时，地表土体沉降值可以到4.07mm，两者接近，说明可以减少一道钢支撑进行施工。
【关键词】基坑开挖;钢支撑;土体沉降;土体隆起
随着经济快速发展，对交通要求逐步提高，地铁成为必要的一种交通方式。在地铁线路的修建中，会穿越既有建筑等[1]。基坑开挖过程中会对地表土体，建筑物产生影响，造成应力重分布或结构变形，因此对基坑开挖的研究分析是极其必要的。一些学者将数值模拟应用到基坑工程中[2-3]，将所得结果与现场情况进行对比得出结论。本文选用岩土工程计算软件Midas-GTS/NX模拟成都某地铁基坑开挖施工过程，为基坑开挖提供一定指导和借鉴[4-9]。
建筑论文范例：软土地区的砂层深基坑建筑施工方案
1工程概况
某地铁明挖暗埋段区间长330.8m，基坑宽度为11.8～15.8m，深度为10.9～13.9m，结构顶板覆土2.4～7.1m。
2数值计算模型
2.1数值模型
基坑开挖过程采用大型数值模拟软件MidasGTS/NX进行模拟，对基坑开挖过程建立不同工况。防止模型边界效应所造成的影响，模型的最终尺寸为长100m，高30m。模型分为6层土，分别为杂填土、素填土、黏土、全风化泥岩、强风化泥岩、中风化泥岩。模型中土体及结构材料采用各向同性，土体采用修正莫尔-库仑模型。
2.2计算假定
(1)基坑开挖施工期间，仅考虑正常使用工况，不考虑地震、人防等工况。(2)假定支护结构为线弹性材料。(3)假定基坑支护结构和土体之间符合变形协调原则。
(4)本计算分析的前提是施工严格按照设计及相关规范、规定操作流程，并处于正常良好控制的条件下。
2.3计算结果规定
本章节将对不同施工阶段下围护结构产生的变形计算结果进行分析。数值的正负符号规定如下:(1)竖向变形结果负值表示沉降，正值表示隆起。(2)横向水平变形结果正值表示指向轨道右侧，负值表示指向轨道左侧。
2.4计算步骤
(1)初始地应力分析，计算平衡，位移清零。(2)施工围护桩、及冠梁，计算平衡。(3)基坑开挖及支护。Step1:施作第一道横撑，并开挖至相应位置，计算平衡;Step2:施作第二道横撑，并开挖至相应位置，计算平衡;Step3:施作第三道横撑，并开挖至坑底，计算平衡。
2.5坑底隆起及基坑周边沉降分析
坑内土体开挖后，坑壁的法向约束逐层消除，打破了原有的初始应力平衡场，内力进行重分布，基坑周围地层发生沉降，且该沉降量伴随开挖深度的增大而增大，随着与基坑距离的加大而逐渐降低，直到较远处为零，而坑底则有明显的隆起。
2.5.1工况一
基坑开挖的进程中，地表土体会产生相应的沉降，沉降曲线分布为抛物线状;地表的整体变形规律是在靠近基坑处发生最大的竖向变形，计算的最大沉降值为4mm，随着距离坑边越来越远，沉降变形则慢慢减小，最终趋于稳定，总体的沉降量并不大，能够满足基坑设计中关于地面最大沉降的控制要求;随着基坑开挖深度加大，坑底回弹量和回弹范围逐渐增大，坑底最大回弹量为30.8mm;随着基坑开挖深度的加大，坑周土体的垂直沉降变形亦逐步增大，且影响范围也越来越远，距离坑边达开挖深度2倍范围的地表也能受到施工带来的影响，故在基坑施工过程中，一定要密切注意基坑周边可能要发生最大沉降的区域，必要时可进行监测预警，防止工程事故的发生。
2.5.2工况二
基坑地表土体会产生相应的沉降，沉降曲线分布为抛物线状的“凹槽型”;地表的整体变形规律是在靠近基坑处发生最大的竖向变形，设有两道钢支撑的基坑开挖后，计算的最大沉降值为7.25mm，随着距离坑边越来越远，沉降变形则慢慢减小，最终趋于稳定，总体的沉降量并不大，能够满足基坑设计中关于地面最大沉降的控制要求;随着基坑开挖深度加大。坑底回弹量和回弹范围逐渐增大，坑底最大回弹量为30.7mm;距离坑边达开挖深度2倍范围的地表也能受到施工带来的影响，故在基坑施工过程中，一定要密切注意基坑周边可能要发生最大沉降的区域，必要时可进行监测预警，防止工程事故的发生。
2.5.3工况三
土体沉降最大值为4.21mm，基坑底部隆起31.3mm。
2.5.4工况四土体沉降最大值为4.07mm，基坑底部隆起31.6mm。2.7.5工况五，土体沉降最大值为4.41mm，基坑底部隆起31.3mm。
通过进行分析比较可知:(1)地表土体沉降呈凹槽形，随着基坑开挖逐步推进，坑周土体沉降也逐渐增大。(2)基坑开挖完成后，设有三道支撑情况坑周最大沉降约为4mm，基底土体隆起最大值为30.9mm;设有两道支撑情况坑周最大沉降约为7.25mm，基底土体隆起最大值为30.7mm。(3)去掉第三道支撑，基坑开挖完成后，随着第二道支撑位置的变化，地表土体沉降以及基底土体隆起均发生变化，当第二道钢支撑位置下移4m时，地表土体沉降最小，为4.07mm。(4)在相同钢支撑数条件下，可以通过调整钢支撑位置，降低土体沉降，达到与原设计相同效果，从而降低施工成本。
3结论
本文采用Midas-GTS/NX计算软件研究了地铁基坑开挖时地表土体的沉降以及基底土体隆起情况，通过模拟计算不同钢支撑条件下，基坑地表土体及基底土体变形结果得出如下结论:
(1)随着基坑开挖深入，坑周土体沉降逐渐增大。(2)可以通过调整钢支撑位置，达到节约资源，节省施工成本的效果。(3)设有三道钢支撑时，基坑地表土体最大沉降为4mm，基底土体最大隆起为30.9mm;设有两道钢支撑时，基坑地表土体最大沉降的最小值为4.07mm，基底土体最大隆起的最小值为30.7mm。
(4)基底土体隆起变化明显，说明基底土体隆起与钢支撑的位置变化无明显关系，应通过控制其他因素减小基底土体的隆起。本文只研究了钢支撑对基坑开挖的影响，未考虑其他因素如混凝土支撑、围护桩结构、冠梁等对其开挖的影响等，将来将对这些方面进行主要研究。
参考文献：
[1]白海峰，徐成成.地铁车站深基坑开挖及围护结构变形模拟分析[J].大连交通大学学报，2019.
[2]黄清云，张克，兰国冠，等.桩土耦合接触的基坑支护数值模拟[J].厦门理工学院学报，2019，27(5):78-85.
[3]Chang，CY，Duncan，JM.ANALYSISOFSOILMOVEMENTAROUNDADEEPEXCAVATION[J].JournalofSoilMechanics&FoundationsDiv，1970，96(5):1655-1681.
作者：刘大双
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