天津文化中心工程地连墙渗漏水风险数值分析

摘要：本文针对天津市的软土地区深基坑工程实例，利用有限元模拟实际施工过程，对支护体系进行了二维非线性有限元分析，研究地连墙渗漏水三种工况下，基坑自身破坏及对周边环境的影响，从而对这类基坑风险进行定量的分级。

关键词：风险源事故数值模拟

中图分类号：TV697.3+2文献标识码： A 文章编号：

1.工程概况

天津文化中心Z1线基坑主体结构长约215.0m，宽约22.0m，结构底板标高为-15.70m；拟采用明挖法施工。车站标准段基坑开挖深度平均约23.51m，端头井基坑开挖深度约25.71m，地连墙深度55m。

2. 地连墙渗漏水有限元模型

计算模型(图1)的范围确定为地下连续墙外侧115m，地表以下取80m。地下连续墙采用弹性面单元模拟，弹性模量取22.5GPa，泊松比取0.20，重度取24kN/m3。模型的上表面为自由边界，两侧边界水平位移受到约束，下边界约束所有位移自由度。物理模型两侧施加初始水头边界(总水头值79.0m)，对于隧道失水采用节点压力水头为0.0m模拟。初始地下水位埋深按1m考虑。土层材料为弹塑性材料，塑性屈服准则采用选用摩尔-库仑模型。

图1 有限元计算模型 图2 负一层基坑漏水的竖向位移图

3. 模拟计算结果

计算考虑挖至负一层时地连墙发生漏水、挖至负二层时发生漏水、挖至负三层时发生漏水三种工况。三种工况下引起的地层竖向位移云图见图2~4。

图3 负二层基坑漏水的竖向位移图 图4 负三层基坑漏水的竖向位移图

失水过程中的渗流—应力耦合分析表明，随着地下水的流失，自由水面连续下降。根据施工的具体情况，失水降落漏斗的主要影响半径约为五倍基坑宽度，大约为80m。地层中的地下水位下降后，由于孔隙水压力转化为土颗粒骨架的有效应力，同时渗透力的作用也会使土颗粒骨架的有效应力增加，从而导致地层压密，引起地表沉降。随着地下水的流失，地表沉降逐渐变大。

图5 三种工况下地表沉降曲线 图6 地表沉降随漏水位置变化曲线

从图5可以看出隧道开挖和失水引起的地表沉降影响范围为80m，基本在5倍基坑宽度范围内。在5倍基坑宽度以外，由于失水引起的地表沉降很小。基坑挖至负一层时地连墙发生渗漏，最大地表沉降为6mm。基坑挖至负二层时地连墙发生渗漏，最大地表沉降为20mm。基坑挖至负三层时地连墙发生渗漏，最大地表沉降为63mm。从图6中可以看出，最大地表沉降增加速率随渗漏点深度增大而增大。

4结论

通过有限元数值模拟法对该深基坑工程中的风险源—地连墙渗漏水进行风险数值模拟。从计算结果中可知，地连墙渗漏水风险源中基坑周边地表最大沉降值为63mm，因此在深基坑施工过程中，地连墙渗漏水对周边环境的影响较大，应严格控制基坑的渗漏水情况。

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