交通枢纽基坑群“坑中坑效应”机理分析与影响计算
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摘要： 本文介绍大型交通枢纽工程中“坑中坑效应”，并通过实例对其耦合叠加作用进行了数值模拟计算，得出了“坑中坑效应”下，围护结构及周边地表发生变形的规律。
Abstract： The paper described the "pit-pit effect" of a large transportation hub project， and by example， took the numerical simulation calculation of the coupling and overlay effect； at last， we concluded the regularity of deformation of retaining structure in and around the surface under "pit-pit effect".
关键词： 交通枢纽；坑中坑；数值计算
Key words： transportation hub；pit-pit；numerical calculation
中图分类号：TV551.4 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）18-0123-02
0 引言
在大型交通枢纽建设中，常见“坑中坑”的基坑形式，即由于基坑落深不同，需要在基坑内部再进行小坑的开挖，例如地铁车站基坑下需建设其它号地铁线。龚晓南[1]把坑中坑问题分为两种类型；吴铭炳[2]对软土地基坑中坑支护设计计算深度的取值进行了探讨。金立坚（2005）[3]等对坑中坑围护结构的检测数据进行了简单分析，认为随着深坑的开挖，深坑侧的土压力的增加使深浅坑之间的围护结构被动土压力增大的情况并没有出现。申明亮与廖少明[4]以坑中坑为研究对象，将其分为内坑与外坑，按内、外坑的相对位置关系将各区域进行了划分，提出了表现坑中坑特点的4个参数：内、外坑面积比m，内、外坑深度比h，坑趾系数U，内坑挡墙插入比α，并采用有限元软件ANSYS建立典型坑中坑数值模型，详细分析了坑中坑各参数m、h、U、α变化对大基坑应力场的影响，从中得到影响最大的参数，坑中坑最敏感的应力区等结论。还有一些相关文献主要介绍了坑中坑基坑的施工方法，围护结构的选择和现场实测资料[5][6]。目前对坑中坑的研究，绝大部分是对坑中坑的施工和围护进行简单陈述，并未涉及到坑中坑的计算理论和机理分析问题。
单个基坑开挖对坑外土体的影响区域划分如图1所示：
根据施工先后和跌加的原理，坑中坑情况下基坑的相互影响区域如下图（图2-4）几种情况：
其中，A-单个基坑开挖对周围土体的强影响区；
B-单个基坑开挖对周围土体的弱影响区；
C-单个基坑开挖对周围环境的无影响区；
D-相邻基坑B区相交的区域，定义为弱耦合区；
E-相邻基坑A区和B区相交的区域，定义为较强耦合；
G-基坑B区在与之邻近基坑开挖范围的区域；
H-基坑A区在与之邻近基坑开挖范围的区域；
F-相邻基坑A区和A区相交的区域，定义为强耦合区。
2 坑中坑的耦合叠加作用数值计算
以地铁某车站基坑与下穿区间基坑为例，地铁车站基坑（基坑A）和区间基坑（基坑B）相继开挖，区间基坑在地铁车站基坑下部，其基坑分布形态和剖面图如图5所示，耦合叠加作用影响范围如上图3所示。
同样，下部基坑的开挖也会对基坑A外墙产生很大的影响，而坑外的土体沉降同样存在二次叠加。
2.1 模型建立
由于大型基坑存通常形状不规则，选取两组监测点，对比围护结构交汇点的围护墙位移与非交汇处在车站区间开挖过程中的围护墙移，在模型中选取的监测点及围护结构交汇点的围护墙位移与非交汇处的墙移对比如图8。为简化计算，A基坑为17m，B基坑在A基坑的基础上开挖再开挖8m。
2.2 墙移
各监测点在不同施工阶段的位移如图9、图10所示：
根据围护结构水平位移曲线，结构交汇处的位移小于非交汇处的位移，这是由于结构交汇处形成稳定支架结构，往往变形很小，而在基坑的中间变形较大。主要变形发生在自然博物馆开挖过程中，区间的开挖会增大自然博物馆墙体的变形。
2.3 坑外地表沉降 针对各坑开挖过程地表变形的累计曲线进行研究，每步工况下的沉降曲线不断的累计叠加，选取本工程中的多个坑外地表沉降监测点，选取存在叠加的重点位置，测点如图11所示：
相关地表沉降监测点沉降监测数据如图12所示：
3 结论
从数据统计结果表明，受周围基坑开挖的影响，地表出现变形，开挖A基坑开挖时，地表变形迅速增大，造成的地表沉降量约占总沉降量的70%。
B基坑开挖会继续增大坑外地表变形，约占总变形量的15%，B基坑开挖还会改变沉降槽的形状，最大变形量由距离基坑20m变为距离基坑15m处，可见B基坑开挖对坑外土体的扰动较大，并且墙壁处土体也出现沉降。
参考文献：
[1]龚晓南.关于基坑工程的几点思考[J].土木工程学报，2005，38（9）： 99-102.
[2]吴铭炳，林大丰，戴一鸣等.坑中坑基坑支护设计与监测[J].岩土工程学报， 2006（28）（增刊）：1570-1572.
[3]金立坚，王志刚.“坑中坑”――高低跨深浅坑异形区间隧道的基坑施工技术[J].建筑施工，2005， 27（9）：5-7.
[4]申明亮，廖少明等.坑中坑基坑应力场的参数化分析[J].岩土工程学报，2010（32）（增刊）：187-191.
[5]周志强.广州海心沙地铁站坑中坑支护技术[J].施工技术，2011（40）：86-89.
[6]龚剑.上海环球金融中心主楼超大超深基础坑中坑围护施工技术[J].建筑施工，2006（28）：330-334.