虎门二桥S西锚碇基坑监控方案

aa虎门二桥工程SSS2标西锚碇基础施工工工监控方方案中交公路养护工工工程技术术有限限公司2015年1月月月目录TOC\o"1-3"\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc410739459"1.工程概况.工程概况1.1工程概概概况本地下连续墙为为为虎门二二桥大大沙水道道桥西西锚碇基基坑支支护结构构，虎虎门二桥桥起点点位于广广州市市南沙区区东涌涌镇，与与珠江江三角洲洲经济济区环形形公路路南环段段对接接，沿线线跨越越珠江大大沙水水道、海海鸥岛岛、珠江江坭洲洲水道，终终点点位于东东莞市市沙田镇镇，与与广深沿沿江高高速公路路连接接，主线线全线线均为桥桥梁工工程，总总长度度12.88991公里，采采用用双向八八车道道的高速速公路路标准，设设计计时速100kkmm/h，桥梁宽宽度40.55m。锚碇基础采用地地地连墙方方案作作为基坑坑开挖挖的支护护结构构，根据据地质质情况及及锚体体设计需需要，地地连墙采采用外外径为82.00m，壁厚为1.5m的圆形结结构构，顶面面标高高+1.0000m，底标高-35..000~--433.000m，底部嵌嵌入入中风化化泥岩岩、泥质质粉砂砂岩层；；地连连墙分Ⅰ期、Ⅱ期两种槽槽段段施工，槽槽段段共54个，设计计最最大槽深46.00m，在地连连墙墙两侧，采采用用直径50cm水泥粉喷喷桩桩加固淤淤泥质质土，间间距40cm，加固深深度15.00m，地连墙墙施施工完成成后进进行墙底底灌浆浆。地连墙施工完成成成后，采采用逆逆作法分分层开开挖土体体，分分层施工工内衬衬。各层层施工工工期由由土体体开挖控控制，土土体开挖挖深度度为27m，内衬及及土土体分层层高度度控制在3m以内。采采用用岛式开开挖法法进行土土体开开挖，一一层沿沿圆周分分十四四个区域域进行行对称开开挖并并浇筑内内衬混混凝土。内内衬衬从上向向下：：0~6m深度内厚1.5m，6m深度以下下厚厚2m。顶、底底板板厚6m，中间为为填填芯混凝凝土。1.2工程地地地质条件件1.2.1工程程程概况及及周边边环境本工程地处广东东东省东涌涌镇沙沙公堡村村，东东距珠江江大堤堤约300m，南侧150m为涌道大大堤堤，西距距县道道X928约180m，北距庆庆沙沙路（Y946）约150m，庆沙路路距距市南路3.5公里，市市南南路南侧侧与京京珠高速速连接接，对外外交通通便利。1.2.2工程程程地质大沙水道桥西锚锚锚碇区域域覆盖盖层主要要由第第四系全全新统统海陆交交互相相淤泥、淤淤泥泥质土、砂砂土土和第四四系更更新统粉粉质黏黏土、砂砂土、圆圆砾土组组成，厚厚度约24.2200~288.550m；基底由由白白垩系白白鹤洞洞组（K1b）泥岩组组成成，存在在风化化不均匀匀、风风化夹层层现象象；稳定定连续续中~微风化岩岩埋埋深约32.1100~522.000m，起伏大大，高高差19.99m。中风化化泥泥岩饱和和单轴轴抗压强强度在在3.1~~33.8MMPaa，微风化化泥泥岩饱和和单轴轴抗压强强度在在8.7~~224.11MPPa，属软岩~较软岩。图1.2-1西锚碇地地连连墙地址址剖面面图基坑开挖及支护护护有关岩岩土参参数建议议值见见表1.2--1。表1.2-1各土层参参数数建议值值参数容重γ浮容重γ’承载力容许值[[[fa00]摩阻力标准值[qik]内摩擦角粘聚力CkN/m3kN/m3kPakPa°kPa淤泥15.45.4502035淤泥质土16.56.5602558粉砂1998020180中砂19.59.530040250粗砂18.88.840070280强风化泥岩19.999.994501002050中风化泥岩20.510.5650180304501.2.3水文文文地质地下水由第四系系系孔隙承承压水水和基岩岩裂隙隙承压水水组成成，以第第四系系孔隙水水为主主。淤泥(淤泥质土)、粉质黏黏土土、残积积土、全全风化岩岩可视视为相对对弱透透水层及及相对对隔水层层；砂砂砾层为为主要要储水层层，连连通性较较好，透透水性好好；地地下水由由于水水力梯度度小，水水平排泄泄缓慢慢，水位位一般般埋深较较浅。下下伏基岩岩强~中风化岩岩层层风化裂裂隙发发育，裂裂隙开开裂不大大，有有地下水水活动动痕迹，其其赋赋存及运运动条条件较差差，透透水性较较弱，基基岩裂隙隙受岩岩性、埋埋深等等因素的的控制制，裂隙隙发育育具有不不均匀匀性，因因而其其水量分分布不不均。各地层渗透系数数数参考值值如下下：表1.2-2各土层渗渗透透系数参参考值值地层渗透系数备注淤泥1.668×1110-44m//d土工试验第四系砂层6.0m/d经验值粉砂5.0m/d经验值中砂10.0m/ddd经验值粗砂15.0m/ddd经验值强风化层0.386m///d抽水试验中风化层0.257m///d压水试验2.监测目的通过本工程的监监监测工作作，可可以达到到以下下目的：：⑴及时发现不稳稳稳定因素由于土体成分和和和结构的的不均均匀性、各各向向异性及及不连连续性决决定了了土体力力学性性质的复复杂性性，加上上自然然环境因因素的的不可控控影响响，借助助监测测手段以以便能能及时采采取补补救措施施，确确保基坑坑稳定定安全，减减少少和避免免不必必要的损损失。⑵验证设计、指指指导施工通过监测可以了了了解周边边土体体的实际际变形形和应力力分布布，用于于验证证设计与与实际际符合程程度，根根据基坑坑变形形和应力力分布布情况为为施工工步骤的的实施施、施工工工艺艺的采用用提供供有价值值的指指导性意意见。⑶保障业主及相相相关社会利利益益在施工中，通过过过对周边边土体体和大堤堤监测测数据的的分析析，调整整施工工参数、施施工工工序、重重车车进出及及停靠靠位置，确确保保周边建建（构构）筑物物、塔塔吊以及及其它它机具设设备的的正常运运行，有有利于保保障业业主及相相关社社会利益益。3.监测方案设设计计原则、内内内容及标标准3.1监测方方方案设计计原则则⑴系统性原则1）设计的监测测测项目有机机结结合，并并形成成整体，测测试试的数据据相互互能进行行校核核；2）运用、发挥挥挥系统功效效对对基坑进进行全全方位、立立体体监测，确确保保所测数数据的的准确、及及时时；3）在施工工程程程中进行连连续续监测，确确保保数据的的连续续性；4）利用系统功功功效减少监监测测点布设设，节节约成本本。⑵可靠性原则l）设计中采用用用的监测手手段段是己基基本成成熟的方方法；；2）监测中使用用用的监测仪仪器器、元件件均通通过计量量标定定且在有有效期期内；3）在设计中对对对布设的测测点点进行保保护设设计。⑶与结构设计相相相结合原则则1）对结构设计计计中使用的的关关键参数数进行行监测，达达到到进一步步优化化设计的的目的的；2）对结构设计计计中在专家家审审查会上上有争争议的方方法、原原理所涉涉及的的受力部部位及及受力内内容进进行监测测，提提供反演演分析析的依据据；3）根据《建筑筑筑基坑工程程监监测技术术规范范》（GB55004977-22009）要求，监监监测报警警值应应由基坑坑工程程设计方方确定定，依据据设计计计算情情况，确确定围护护体、内内衬结构构的报报警值。⑷关键部位优先先先、兼顾全全面面的原则则1）对围护体、内内内衬结构构中相相对敏感感的区区域加密密测点点数和监监测内内容，进进行重重点监测测；2）对勘察工程程程中发现的的地地质条件件变化化较大的的位置置及施工工过程程中有异异常的的部位进进行重重点监测测；3）除关键部位位位优先布设设测测点外，在在系系统性基基础上上均匀布布设监监测点。⑸与施工相结合合合原则1）结合施工实实实际确定测测试试方法、监监测测元件的的种类类、监测测点的的保护措措施；；2）结合施工实实实际调整监监测测点的布布设位位置，尽尽量减减少监测测元件件的埋设设对地地连墙和和内衬衬施工质质量的的影响；；3）结合施工实实实际确定测测试试频率。⑹经济合理原则则则1）监测方法的的的选择，在在安安全、可可靠的的前提下下结合合工程经经验尽尽可能采采用直直观、简简单、有有效的方方法；；2）监测设备的的的选择，在在确确保可靠靠的基基础上尽尽可能能使用国国产仪仪器设备备；3）监测点的数数数量，在确确保保全面、安安全全的前提提下，合合理利用用监测测点之间间联系系，减少少测点点数量，提提高高工作效效率，降降低成本本。3.2监测内内内容根据虎门二桥工工工程S2标西锚碇碇地地下连续续墙地地质勘察察报告告、施工工图设设计、施施工组组织设计计及设设计计算算书，为为了保证证施工工的顺利利进行行，结合合本工工程特点点、现现场情况况及总总体设计计要求求，确定定项目目监测内内容如如下：⑴水文监测虎门二桥工程SSS2标西锚碇碇地地下连续续墙区区域地表表径流流发育，大大沙沙水道、小小河河道等水水系呈呈网状分分布，河河流水位位受潮潮汐、上上游河河流的影影响，为为地下水水渗入入补给提提供了了充足水水源。西锚碇地下连续续续墙区域域还存存在灌溉溉河涌涌，水位位随潮潮水涨落落变化化，一般般变化化量2m左右，河河涌涌对地下下水水水位及地地下渗渗流场影影响较较大。西锚碇地下连续续续墙区域域地处处珠江三三角洲洲平原区区，地地下水类类型以以第四系系松散散层弱承承压水水及基岩岩裂隙隙水为主主，浅浅部土层层中，淤淤泥(淤泥质土)、粉质粘粘土土为相对对弱透透水层及及相对对隔水层层，砂砂层为透透水层层及主要要含水水层，地地下水水量丰富富。考虑以上影响因因因素，水水文监监测主要要包括括以下内内容：：1）基坑内、外外外地下水位位监监测；2）地下渗流场场场、坑外孔孔隙隙水压力力监测测。⑵地下连续墙监监监测1）地下连续墙墙墙姿态监测测：：通过监监测地地连墙顶顶圈梁梁的径向向水平平、垂直直位移移，实现现对地地下连续续墙实实时姿态态的掌掌握；2）地下连续墙墙墙应力监测测，包包括混凝凝土应应力监测测、钢钢筋应力力监测测；3）地连墙深层层层位移监测测；；⑶水土压力监测测测：坑外水水土土压力监监测。⑷内衬应力监测测测内衬应力监测：：：包括混混凝土土应力监监测、钢钢筋应力力监测测；⑸周边地形、构构构筑物变形形监监测：地地下连连续墙周周边地地表沉降降、位位移监测测；珠珠江大堤堤、涌涌道大堤堤及其其他地面面构筑筑物、管管线变变形监测测。表3.2-1监测项目目汇汇总表序号监测类别监测项目监测方法1周边环境基坑内、外地下下下水位监监测水位计2地下渗流场、坑坑坑外孔隙隙水压压力孔隙水压力计3坑外水土压力监监监测土压力计4周边地形、构筑筑筑物变形形监测测高精度水准仪5地下连续墙结构构构地下连续墙姿态态态监测高精度水准仪、全全站仪6地下连续墙混凝凝凝土应力力监测测混凝土应力计7地下连续墙钢筋筋筋应力监监测；；钢筋应力计8内衬混凝土应力力力监测混凝土应力计9内衬钢筋应力监监监测钢筋应力计1地连墙深层位移移移监测；；测斜仪3.3监控测测测量标准准⑴行业标准《公公公路桥涵地地基基与基础础设计计规范》(JTGDD63--20007))⑵行业标准《铁铁铁路桥涵地地基基和基础础设计计规范》(TB1000002..5--20005))⑶行业标准《公公公路桥涵设设计计通用规规范》(JTGDD660-220004)⑷国家标准《地地地下工程防防水水技术规规范》(GB5001108--20001))⑸行业标准《公公公路桥涵施施工工技术规规范》（JTJ041--20000）⑸国家标准《建建建筑地基基基础础设计规规范》(GB5000007--20002))⑺行业标准《公公公路工程质质量量检验评评定标标准》(JTGFF80//1--20004))⑻国家标准《精精精密水准测测量量规范》(GB/TT1153114--9400)⑼国家标准《国国国家一、二二等等水准测测量规规范》（GB/TT1288977-200066）⑽国家标准《工工工程测量规规范范》(GB55000266-220077)⑾国家标准《岩岩岩土工程勘勘察察规范》(GB55000211-220011)⑿行业标准《城城城市测量规规范范》(CJJ88--99))⒀行业标准《建建建筑物基坑坑支支护技术术规程程》(JGJ11220-999))⒁行业标准《建建建筑基坑工工程程监测技技术规规范》（GB5004497--20009）⒂行业标准《建建建筑物变形形测测量规范范》(JGJ//TT8-997))⒃《岩土工程测测测试手册》(林宗元主主编)⒄《虎门二桥工工工程施工图图设设计(第三部分-大沙水道道桥桥、第二二册-锚碇、第第一一分册-西锚碇基基础础）》中中交公公路规划划设计计院有限限公司司、广东东省公公路勘察察规划划设计院院股份份有限公公司201144.2。4.施工监测系系统统4.1施工监监监测方法法本工程的施工监监监控拟采采用自自适应法法，监监测控制制框图图见图4.1--1。当结构构监监测到的的受力力、变形形状态态与设计计模型型计算结结果不不相符时时，通通过将误误差输输入到参参数辨辨识算法法中去去调节计计算模模型的参参数，使使模型的的输出出结果与与实际际测试到到的结结果一致致，得得到了修修正的的计算模模型参参数后，重重新新计算各各施工工阶段的的理想想状态。这这样样，经过过几个个工况的的反复复辨识后后，计计算模型型就基基本上与与实际际结构相相一致致了，在在此基基础上可可以对对施工状状态进进行更好好的控控制，并并对后后续施工工状态态进行有有效预预估。图4.1-1自适应施施工工监控法法基本本原理针对本工程，我我我们将通通过前前期结构构分析析、设计计沟通通、现场场调查查等确定定施工工阶段控控制目目标，在在施工工过程中中对主主要参数数进行行识别和和采集集，并对对各阶阶段变形形和应应力的实实测值值进行误误差分分析，在在逐步步完善动动态计计算模型型的同同时继续续预估估下步参参数变变化值和和趋势势，直至至设计计建成状状态的的实现。图图4.1--2为本工程程拟拟采用的的施工工控制框框图。图4.1-2施工监控控框框图4.2高精度度度的监测测系统统高精度监测系统统统是指在在基坑坑开挖施施工过过程中采采用科科学仪器器设备备和手段段对支支护结构构、周周边环境境的位位移和变变形以以及地下下水位位的动态态变化化、土层层孔隙隙水压力力变化化等进行行综合合观测。通通过过在施工工过程程中进行行监测测，可以以得到到前一段段开挖挖期间的的各种种信息，如如支支护结构构的内内力和变变形、周周围水土土压力力变化等等，从从而为施施工期期间进行行设计计优化和和合理理组织施施工提提供可靠靠的信信息，对对后续续开挖方方案及及开挖步步骤提提出建议议，对对施工过过程中中可能出出现的的险情进进行及及时预报报。4.3有限元元元反分析析法利用有限元方法法法对基坑坑施工工全过程程进行行模拟从从理论论上是完完善的的，但是是各项项参数的的取值值非常困困难导导致计算算精度度降低。因因此此利用监监测数数据来反反演地地层及结结构的的力学性性质参参数，并并用所所得到的的参数数输入有有限元元模型进进行下下一步开开挖施施工预测测是非非常必要要的，这这也就是是有限限元反分分析法法解决的的主要要问题。根据大型深基坑坑坑工程的的实践践经验，对对地地层及结结构的的力学性性质参参数可以以分成成以下三三类：：⑴直接根据已有有有资料确定定，比比如岩土土容重重、地连连墙的的弹性模模量等等；⑵根据现场监测测测结果直接接确确定，而而不是是通过反反分析析迭代来来确定定，比如如土体体的泊松松比可可根据实实测土土压力来来确定定；x⑶需要通过反分分分析迭代确确定定的参数数，这这种参数数包括括土体模模量及及强度参参数，还还包括施施工过过程的模模拟，因因为在实实际工工程中，土土方方的开挖挖、支支护结构构的施施工、地地下水水位的变变化都都是连续续的，而而在有限限元模模型中，这这些些连续的的过程程只能通通过有有限个“时间点”来模拟，是是是不连续续的。因因此，如如何调调整生成成支撑撑单元、杀杀死死土体单单元、降降低水压压力之之间的关关系，使使之尽可可能和和真实情情况一一致，也也是反反分析的的一个个重要内内容。反分析采用直接接接法，即即把有有限元分分析与与优化方方法联联合来确确定拟拟求的参参数，使使由所求求参数数计算给给出的的内力及及变形形值与实实测值值接近。由由于于实测之之既有有位移也也有内内力，我我们所所采用的的目标标函数定定义为为：――＞min式中:mm—应用于目目标标函数的的实测测值数目目—第i个实实测值—相应于上上列实实测值的的计算值值—第i个量量在目标函数数数中的权值值在上列目标函数数数中，引引入了了所考虑虑各量量的权值值，以以考虑不不同量量的不同同重要要性及相相应观观测量的的可靠靠性差异异。另另外需指指出，由由于实测测量很很多，不不可能能用所有有的数数据来进进行反反分析。比比如如，利用用测斜斜仪测出出的墙墙体水平平位移移，在一一个孔孔中便有有几十十个值，在在反反分析中中主要要利用包包含最最大变形形的一一段上的的数据据。具体体选择择时，首首先选选中最大大变形形所在的的数据据点，然然后向向上和向向下间间隔选取3~4个数据点点，最最后将这7~8个实测数数据据和相应应的计计算值代代入目目标函数数，求求出目标标函数数的值。在反分析中可使使使用的优优化方方法有多多种，包包括传统统的方方法及新新近发发展的智智能方方法（遗遗传算算法、神神经网网络方法法）等等。传统统方法法一般迭迭代次次数较少少，但但有些情情况下下会陷入入局部部最优；；而遗遗传算法法在理理论上可可以求求出全局局最优优，但计计算量量很大。本本项项目本着着实用用而有可可靠的的原则，着着重重研究了了复合合形法。复合形法是对单单单纯形法法的发发展，它它可以以在n维受非线线性性约束的的设计计空间选选择并并改进设设计点点。所谓谓复合合形，就就是在在n维设计空空间间内，由K>n++1（一般是2n）个可行行点点所构成成的多多面体。而而复复合形法法就是是在受非非线性性约束的n维设计空空间间中，对对复合合形的各各顶点点函数值值逐一一比较，不不断断丢掉最最坏点点，代之之以既既能使目目标函函数有所所改进进，又满满足约约束条件件的新新点，逐逐步调调向最优优点。其其流程如如图4.3--1所示：图4.3-1复合形法法流流程图按上述思路，我我我们拟采采用复复合形法法反分分析本工工程基基坑的土土体模模量。再再利用用反分析析所求求出的模模量值值计算得得出下下一个施施工步步骤的支支护结结构的位位移、内内力等指指标，满满足信息息化施施工的要要求。4.4深基坑坑坑工程变变形的的神经网网络预预测建模模根据现场监测数数数据资料料，实实施锚碇碇基坑坑施工变变形位位移的智智能预预测与控控制，是是信息化化施工工的重要要环节节，是动动态控控制基坑坑施工工安全的的重要要方法。施施工工中，将将运用用基于神神经网网络理论论的正正演分析析方法法，将预预测结结果与变变形警警戒值比比较，必必要时调调整设设计、施施工参参数，以以减小小后续施施工中中将发生生的变变形，达达到指指导施工工、有有效控制制变形形的目的的。随着科学的发展展展，其他他学科科的知识识、方方法也不不断被被引入到到岩土土工程，由由此此也推动动了反反分析的的发展展。尤其其是由由于人工工智能能技术的的蓬勃勃发展，越越来来越多的的智能能化技术术应用用到岩土土工程程反分析析的领领域，如如人工工神经网网络(ANNN)、遗传算算法(GA)等。人工神经网络(((ANN，ArtiifficiiallNeeuttrallNNetwworrk)在本质上上是是一种具具有可可训练性性能的的非线性性映射射。它是是一种种高度简简化的的人脑生生物结结构模型型，其其层结构构包括括许多相相互连连接的基基本处处理单元元，用用以模拟拟生物物神经元元。神神经网络络的特特征来自自于传传递函数数和连连接权重重，通通过调整整权重重有可能能用分分布表达达式识识别复杂杂的映映射。神神经网网络的理理论已已经证明明，三三层以上(含三层)的神经网网络络可以逼逼近任任意非线线性函函数，所所以人人工神经经网络络是描述述和解解决非线线性关关系的一一个有有效手段段。即即使数据据不完完整或者者不明明确，神神经网网络也能能够寻寻找最接接近的的匹配。即即使使是一些些处理理单元发发生故故障或完完全失失效，网网络也也能根据据它的的缺省误误差发发挥作用用。神神经网络络能够够从单独独的例例子中提提取广广义相关关性。它它的模型型是通通过学习习和训训练建立立起来来的。假假如用用许多输输入输输出对（也也就就是说输输入向向量和目目标向向量）训训练一一个网络络模型型，它就就能够够从未训训练的的输入值值中得得到正确确的输输出值。目前，在人工神神神经网络络的实实际应用用中，绝绝大部分分的神神经网络络模型型是采用BP网络和它它的的变化形形式，它它也是前前向网网络的核核心部部分，并并体现现了人工工神经经网络最最精华华的部分分。BP网络是一种种多多层前馈神神神经网络络，其其神经元元的传传递函数数是S型函数，因因因此输出出量为为0到1之间的连连续续量，它它可以以实现从从输入入到输出出的任任意的非非线性性映射。由由于于权值的的调整整采用反反向传传播（BackkProopaagattioon）的学习习算算法，因因此也也常被称称为BP网络。图4.4--1给出一个个基基本的BP神经元，它它它具有R个输入，每每每个输入入都通通过一个个适当当地权值w与下一层层相相连，网网络输输出可表表示成成：图4.4-1BP神经元一个岩土工程问问问题中的的土性性参数等等与其其内力、变变形形间的关关系显显然也是是一种种非常复复杂的的非线性性隐函函数，所所以完完全有可可能用用人工神神经网网络来模模拟此此种复杂杂的非非线性关关系，从从而准确确预测测基坑变变形。而而且作为为比较较成熟的的算法法，Matllaab中有神经经网网络工具具箱，这这样就可可以借借助Matllaab神经网络络工工具箱的的强大大功能，从从繁繁琐的编编程工工作中解解脱出出来，大大大提提高工作作效率率。监测系统在地连连连墙体中中布置置了测斜斜管，所所有孔的的测试试情况都都是类类似的，一一般般每隔1m测读一次次数数据，并并采用用自下而而上的的数据处处理方方法，孔孔口数数据再通通过经经纬仪测测读数数据校正正，以以保证监监测数数据的精精度，减减小刚体体位移移的影响响。考考虑到计计算工工作量以以及实实际工作作时间间的要求求，预预测数据据以每每孔为单单位，每每相邻两两个深深度构成成一个个训练文文件，并并建立相相应的的训练模模型。本本项研究究工作作的基本本程序序如下：：⑴每期测斜孔数数数据的初步步分分析及数数据库库的建立立；⑵建立训练样本本本、测试样样本本、预测测样本本数据文文件；；⑶样本训练、测测测试，并建建立立训练模模型；；⑷模型预测分析析析；⑸编制预测报告告告。网络结构如图444.4--2，输入层层有6个神经元元（每每个深度度取前前３天的的监测测结果预预测第第四天的的位移移），输输出层层有2个神经元元，对对应变形形值，隐隐层神经经元个个数依据据样本本学习情情况实实验确定定。这这样每孔孔的神神经网络络模型型在30至35个左右。每每每次完成成预测测成果的的时间间需要24至48小时。图4.4-2多步预测测神神经网络络结构构4.5基坑开开开挖施工工正装装模拟分分析4.5.1影响响响基坑开开挖过过程围护护结构构变形因因素的的分析地连墙基坑由于于于其围护护方式式的空间间特殊殊性，通通常情情况下都都会发发生大变变形，所所以对于于其围围护结构构的选选择需慎慎重考考虑。在在深基基坑工程程中，在在外围土土体出出现高水水位和和较厚砂砂土层层时需考考虑采采用地连连墙作作为基坑坑的围围护结构构。其其开挖方方式一一般采用用横向向分区，纵纵向向分层的的开挖挖方式。基基坑坑施工前前，了了解各种种土层层及围护护结构构的受力力特征征以及如如何按按照基坑坑特点点选择合合理围围护结构构，这这是控制制基坑坑变形和和围护护有效的的必要要前提。深深基基坑工程程在施施工过程程中具具有明显显的时时空效应应，支支护不及及时，围围护结构构施工工缺陷等等都会会导致基基坑产产生过大大变形形，甚至至出现现基坑周周围土土体坍塌塌，严严重影响响工程程的施工工及后后期使用用。本工程共包括两两两部分围围护结结构，即即地下下连续墙墙和内内衬。地地下连连续墙下下部嵌嵌固在中中风化化岩层中中，嵌嵌入深度10m~20m；内衬分分为为两部分分，0m~6m深度范围围内内其厚度度为1.5m，6m以下范围围内内其厚度度为2m。由于该该深深基坑工工程规规模较大大，数数值分析析时在在保证计计算精精度的基基础上上，需对对三维维模型和和施工工步骤做做一些些必要的的简化化，使得得数值值模拟工工作的的可行性性得到到满足。4.5.2深深深基坑三三维有有限元模模型地下连续墙围护护护结构在在基坑坑未开挖挖前需需施工建建成；；开挖方方式选选择单层层平挖挖，且开开挖完完成后加加设该该层内衬衬，依依次顺序序类推推，直至至完成成所有施施工步步。参考考水文文地勘资资料选选取岩土土参数数，结合合该地地下连续续墙深深基坑的的特征征建立三三维有有限元数数值分分析模型型，对对该基坑坑进行行数值模模拟分分析，为为其后后续施工工、设设计提供供一些些理论辅辅助作作用。岩土工程的数值值值分析就就是以以简单的的物理理模型区区描述述复杂的的工程程问题，再再将将其转化化成数数学问题题并用用数学方方法求求解。将将岩土土材料视视为多多相体，采采用用连续介介质力力学模型型分析析岩土工工程问问题一般般包括括下述方方程：：（1）运动微微分分方程式式（包包括动力力和静静力两大大类）；；（2）总应力力、有有效应力力和孔孔隙压力力之间间的关系系方程程（有效效应力力原理）；；（3）连续方方程程（总体体积变变化为各各相体体积变化化之和和）；（4）几何方方程程（包括括小应应变分析析和大大应变分分析两两大类）；；（5）本构方方程程，即为为力学学和渗流流本构构方程。对对不不同岩土土工程程中的问问题，基基本方程程中运运动微分分方程程、有效效应力力原理、连连续续介质关关系和和几何解解析关关系的表表达式式是相同同的，不不同的是是本构构关系、边边界界和荷载载条件件。本文文使用用MIDAASS/GTTS4.00版本对基基坑坑进行三三维数数值模拟拟并分分析该基基坑各各区段在在各工工况下的的应力力应变关关系。4.5.2.111基坑三维维数数值分析析模型型数值分析工作中中中，首先先建立立该基坑坑的三三维有限限元分分析模型型，在在建立有有限元元模型时时，第第一步建建立几几何模型型，同同时对几几何模模型中各各单元元组定义义基本本属性，然然后后划分结结构网网格，按按照所所要分析析的工工况设置置施工工阶段，最最后后进行有有限元元数值计计算，具具体建立立和计计算模拟拟的过过程见图4.5--1。图4.5-1数值模拟拟抽抽象简图图计算时，每步开开开挖计算算迭代代次数设设置30次，如若30次内计算算收收敛，则则进行行下一步步开挖挖计算；；如若若30次内不能能收收敛，则则跳出出计算截截面，重重新对模模型进进行修改改，直直至计算算结果果收敛为为止。按按照该过过程对对每步开开挖进进行数值值计算算，最终终得到到所有基基坑开开挖步的的有效效计算结结果。在建立三维数值值值分析模模型时时，考虑虑该基基坑的开开挖方方式、支支撑类类型、围围护结结构变形形特征征以及相相邻结结构尺寸寸大小小等各种种因素素，避免免导致致计算不不收敛敛的网格格质量量不高，节节点点不耦合合等等等原因，可可将将节点的的控制制准则采采取以以下措施施：(1)刚度变化化化处建立立节点点，同时时避免免多余节节点的的产生；；(2)岩土边界界界处建立立节点点，同时时防止止建立节节点的的悬空；；(3)荷载作用用用处建立立节点点；(4)应力变化化化较大处处建立立节点；；(5)结构或岩岩岩土形状状变化化处建立立节点点；(6)需要输出出出结果处处建立立节点；；(7)建立的所所所有节点点必须须与周围围相邻邻节点达达到耦耦合。对于单元的网格格格划分需需注意意一下几几点：：(1)次级单元元元粗略划划分网网格，以以控制制单元总总数的的上限要要求；；(2)开挖土体体体周围网网格划划分需加加密，以以保证计计算精精度的要要求；；(3)多维结构构构相交部部位需需要细分分网格格；(4)存在不规规规则边界界的部部位需要要细分分网格；；(5)土层之间间间，土体体与面面单元需需设置置接触单单元以以优化网网格。根据以上的规定定定，对锚锚碇基基坑工程程进行行数值分分析建建模。结结合工工程施工工实际际情况，为为方方便分析析，参参考已有有基坑坑数值分分析研研究成果果，模模型作如如下假假定：(1)同一标高高高水平下下的土土层相同同，（除除风化岩岩层）无无横向差差异，纵纵向分层层定义义各层土土的各各自属性性；(2)地连墙结结结构等效效扩展展为纵向向板结结构；(3)忽略同一一一种单元元群内内各单元元属性性的差异异，定定义为相相同属属性；(4)不同标高高高范围内内衬砌砌均以异异型梁梁板结构构八节节点单元元等效效，将计计算精精度保证证为最最优；(5)开挖土层层层划分在在纵向向分层的的基础础上，横横向分分区段一一步开开挖。根据地质勘查报报报告以及及基坑坑设计图图纸，地地连墙基基坑的的预案设设计的的土层共共分为为8层，自上上而而下的顺顺序为为：淤泥泥、淤淤泥质黏黏土、粉粉砂、中中砂、粗粗砂、强强风化化泥岩、中中风风化岩和和微风风化岩。除除岩岩层外，各各土土层均以以平面面性质分分界面面进行区区分。同同时，由由于围围护结构构的嵌嵌固端在在风化化岩层中中，故故将强风风化泥泥岩与中中风化化岩的界界面模模拟为实实际界界面模式式。为为了对该该基坑坑工程的的最大大化仿真真实现现，数值值模型型中将淤淤泥层层厚度设设定为为2m；淤泥质质粘粘土层厚厚度设设置为5m；粉砂、粗粗粗砂和中中砂层层厚度均均设定定为6m；强风化化泥泥岩层厚厚度设设定为10~15m；中风化化岩岩层厚度度设定定为7~24m；微风化化岩岩层厚度15~20m。根据施工地形，模模型的边界状状态较简单，模模型顶面为地地面，取自由由面。模型四四个侧面限制制水平方向的的位移，底部部限制竖直方方向的位移。该该模型的荷载载条件主要是是由于初始自自重应力场产产生。另外，计计算过程中考考虑了基坑周周围的填土荷荷载，200t履带吊荷载载及塔吊荷载载。竖直方向向的荷载由上上覆各土层及及水的重度提提供，水平方方向的荷载由由侧面土体的的侧面主动土土压力提供，即即土体自重引引起的土压力力(γhka)、粘聚力引引起的负侧压压力(2C*ka/2)及静水压力力（γh）之和。计计算力学模型型选用摩尔-库伦弹塑性性模型。此外，河涌大堤堤堤距离基基坑50m左右，其其对对基坑的的影响响主要是是抬高高基坑附附近地地下水位位，造造成静水水压力力增大，在在数数值计算算过程程中已充充分考考虑了水水压力力荷载对对地连连墙支护护结构构的影响响。为了满足计算精精精度的要要求，在在计算区区域上上需要考考虑足足够的计计算范范围。由由工程程概况、围围护护体系支支护体体系综合合判定定，最终终确定定建立计计算模模型为：：长2400m，宽240m，深度为80m。考虑到到施施工成槽槽误差差使相邻邻槽段段的搭接接发生生误差，计计算算时墙厚厚折减减为1.3m。模型共共划划分单元360000个，节点点总总数为11000000个。基坑整体网格模模模型和围围、支支护网格格模型型见图4.5--22、图4.5--3和图4.5--4。图4.5-2基坑模型型网网格图图4.5-3支护结构构网网格图图4.5-4异型土层层局局部网格格图有限元模型中，混混凝土材料按按照规范赋值值，岩土层厚厚度及力学参参数皆根据《虎虎门二桥详勘勘报告（西锚锚碇）》赋值值。计算模型型中本构方程程所需的物理理力学参数详详见表4.5--1、表4.5--2。表4.5-1土体参数数指指标土层弹性模量(kNNN/mm2)泊松比摩擦角(度)内聚力(kN///m2)天然重度(kNNN/mm3)淤泥300000.33515.4淤泥质土500000.275816.5粉砂800000.2318019中砂1200000.2425019.5粗砂2000000.2228018.8强风化泥岩5000000.19205019.99中风化岩1000000000.173045020.5微风化岩1400000000.153560020.7表4.5-2围护结构构力力学参数数指标标结构弹性模量(kNNN/mm2)重度(kN/m33)泊松比地连墙3.0E7250.2内衬3.0E7250.24.5.2.333深基坑施施工工影响特特征分分析根据设计图纸，虎虎门二桥西锚锚碇基坑工程程的施工工况况如图4.5-5所示。基坑坑开挖过程中中，土体的卸卸载和内衬的的架设将直观观反应为基坑坑的水平变形形和竖向变形形两方面。为为分析在既定定围护结构条条件下对基坑坑施工响应，确确定施工引起起的基坑土体体及围护结构构的受力和变变形特性，对对以上建立的的模型进行系系统的数值分分析。利用MIDASS//GTS4.00有限元分分析析软件附附带施施工阶段段计算算方法计计算，分分别按照照图4.5--5所示施工工过过程进行行模拟拟施工，并并获获得了该该基坑坑模型中中支撑撑结构、围围护护结构和和土体体的应力力应变变、内力力和位位移变形形结果果。工况1工况2工况3工况4工况5工况6工况7工况8工况9图4.5-555基坑纵向向施施工过程程顺序序图（图图中蓝蓝色部分分为衬衬砌）经数值分析后，可可得各结构的的应力、应变变数值计算结结果，现提取取部分具有代代表性的主要要计算结果见见图4.5--6。(a)竣工工工后土体X方向位移移云云图(b)竣工后后后土体Y方向位移移云云图(c)竣工后后后土体应应力云云图(d)竣工后后后围护结结构X方向位移移云云图(e)竣工后后后围护结结构Y方向位移移云云图(f)竣工后后后围护结结构应应力云图图(g)竣工后后后土体竖竖直方方向位移移云图图图4.5-666基坑三维维数数值模拟拟计算算成果图图图4.5-666中a和b为基坑竣竣工工后土体体的位位移状况况。由由图可知知，土土体在开开挖完完毕后，在在基基坑围护护作用用下的X方向水平平位位移最大大值为为13.66mmm，Y方向最大大水水平位移移为11.99mmm，发生在在履履带吊和和塔吊吊综合作作用部部位，从c可以明显显看看出，该该加载载圈产生生了较较为明显显的局局部高应应力水水平。该该部位位的形变变量对对土体以以及围围护结构构的应应力应变变状况况均造成成不利利影响，但但由由于本工工程围围护结构构的安安全度较较高，则则整个基基坑的的稳定性性良好好。f为开挖结结结束后的的地连连墙应力力云图图.从图中可可以以看出，围围护护结构中中间部部位出现现明显显的应力力集中中现象。由由d和e可以看出出该该部位对对应的的水平位位移也也最大，X方向最大大水水平位移移为6.188mmm，Y方向最大大水水平位移移为3.644mmm。从整个围护结构构构变形来来看，其其水平位位移较较小，而而顶部部水平位位移随随着基坑坑开挖挖深度的的增加加而增大大，且且逐渐收收敛为为Δmax((22/3)，造成该该现现象的主主要原原因是由由于该该部位基基坑的的上部处处于无无撑裸空空状态态，在土土体开开挖卸载载后，上上部侧土土压力力的作用用效果果较为显显著。另另一方面面，由由于围护护结构构的连续续性较较强，整整体刚刚度相对对较大大，顶部部的位位移由邻邻近支支撑得到到部分分控制，底底部部位移由由墙体体的纵向向嵌固固而使其其发展展也较缓缓慢，只只有墙身身中部部位置的的相对对自由能能力强强，所以以最终终会造成成该部部位的水水平位位移累计计量较较纵向其其他位位置明显显。从从图4.55--6中g基坑的竖竖直直方向位位移云云图可以以看出出，基底底隆起起的最大大量集集中于开开挖区区底部，且且该该处存在在明显显不均匀匀隆起起。根据据数值值计算结结果，发发现基坑坑底部部隆起符符合M曲线型规规律律，即隆隆起最最大值发发生在在介于坑坑底周周边和坑坑底中中心的环环形区区域。了了解基基坑变形形的大大致情况况后，从从数值模模拟计计算结果果中提提取基坑坑相关关部位的的位移移值，量量化地地对基坑坑变形形特征进进行研研究。(a)虎-广广广方向围围护结结构截面面单元元应力(b)广-虎虎虎方向围围护结结构截面面单元元应力(c)垂直虎虎虎-广方向围围护护结构截截面单单元应力力(d)垂直广广广-虎方向围围护护结构截截面单单元应力力图4.5-777围护结构构截截面处的的内力力云图4.5.3数数数值模拟拟计算算结果与与分析析4.5.3.111计算工况况分分析说明明该数值模拟基坑坑坑开挖共共设置置9个工况，每每每个工况况基坑坑开挖深深度为为3m。下层土土开开挖前需需采用用内衬对对上层层已开挖挖土体体进行支支护。图4.5--8为工况1下基坑各各部分数值值计算云图图。(a)土体XXX方向位移移云云图(b)土体YYY方向位移移云云图(c)土体XXX方向应力力云云图(d)土体YYY方向应力力云云图(e)围护结结结构X方向位移移云云图(f)围护结结结构Y方向位移移云云图(g)围护结结结构应力力云图图图4.5-8工况1下基坑各各部部分数值值计算算云图从图4.5-88可可以看出，基基坑周围土体体在工况1状态下基本本处于稳定状状态，虽然受受局部扰动作作用明显，但但其应力应变变水平仍然较较小。从上图图可知，该工工况下，围护护结构X方向最大水水平位移为3.24mmm，Y方向最大水水平位移为1.55mmm，地连墙最最大压应力为为1.1MPPa，发生在围围护结构周边边顶部位置。图4.5-9为为为工况2下基坑各各部部分数值值计算算云图。(a)土体XXX方向位移移云云图(b)土体YYY方向位移移云云图(c)土体XXX方向应力力云云图(d)土体YYY方向应力力云云图(e)围护结结结构X方向位移移云云图(f)围护结结结构Y方向位移移云云图(g)围护结结结构应力力云图图图4.5-9工况2下基坑各各部部分数值值计算算云图工况2状态下，基基坑坑开挖至C、φ水平较低低的的砂土层层。从从上图4.5--9可知，该该工工况下，围围护护结构X方向最大大水水平位移移为4.677mmm，Y方向最大大水水平位移移为2.799mmm，地连墙墙对对应最大大压应应力为1.2MMPPa，该部位位距距墙顶约3-6m。图4.5-1000为工况3下基坑各各部部分数值值计算算云图。(a)土体XXX方向位移移云云图(b)土体YYY方向位移移云云图(c)土体XXX方向应力力云云图(d)土体YYY方向应力力云云图(e)围护结结结构X方向位移移云云图(f)围护结结结构Y方向位移移云云图(g)围护结结结构应力力云图图图4.5-1000工况3下基坑各各部部分数值值计算算云图工况3状态下，基基坑坑开挖至C、φ水平较低低的的砂土层层顶层层部。从从上图图4.5--110可知，该该工工况下，围围护护结构X方向最大大水水平位移移为5.522mmm，Y方向最大大水水平位移移为3.466mmm，地连墙墙对对应最大大压应应力为1.5MMPPa，该部位位距距墙顶约6-100mm。图4.5-1111为工况4下基坑各各部部分数值值计算算云图。(a)土体XXX方向位移移云云图(b)土体YYY方向位移移云云图(c)土体XXX方向应力力云云图(d)土体YYY方向应力力云云图(e)围护结结结构X方向位移移云云图(f)围护结结结构Y方向位移移云云图(g)围护结结结构应力力云图图图4.5-1111工况4下基坑各各部部分数值值计算算云图工况4状态下，基基坑坑开挖至C、φ水平较低低的的砂土层层中上上部。从从上图图4.5--111可知，该该工工况下，围围护护结构X方向最大大水水平位移移为5.744mmm，Y方向最大大水水平位移移为3.622mmm，地连墙墙对对应最大大压应应力为1.544MMPa，该部位位距距墙顶约8-122m。图4.5-1222为工况5下基坑各各部部分数值值计算算云图。(a)土体XXX方向位移移云云图(b)土体YYY方向位移移云云图(c)土体XXX方向应力力云云图(d)土体YYY方向应力力云云图(e)围护结结结构X方向位移移云云图(f)围护结结结构Y方向位移移云云图(g)围护结结结构应力力云图图图4.5-1222工况5下基坑各各部部分数值值计算算云图工况5状态下，基基坑坑开挖至C、φ水平较低低的的砂土层层中部部。从上上图4.5--112可知，该该工工况下，围围护护结构X方向最大大水水平位移移为5.866mmm，Y方向最大大水水平位移移为3.688mmm，地连墙墙对对应最大大压应应力为1.577MMPa，该部位位距距墙顶约9-122m。图4.5-1333为工况6下基坑各各部部分数值值计算算云图。(a)土体XXX方向位移移云云图(b)土体YYY方向位移移云云图(c)土体XXX方向应力力云云图(d)土体YYY方向应力力云云图(e)围护结结结构X方向位移移云云图(f)围护结结结构Y方向位移移云云图(g)围护结结结构应力力云图图图4.5-1333工况6下基坑各各部部分数值值计算算云图工况6状态下，基基坑坑开挖至C、φ水平较低低的的砂土层层中部部。从上上图4.5--113可知，该该工工况下，围围护护结构X方向最大大水水平位移移为5.966mmm，Y方向最大大水水平位移移为3.699mmm，地连墙墙对对应最大大压应应力为1.611MMPa，该部位位距距墙顶约10-1144m。图4.5-1444为工况7下基坑各各部部分数值值计算算云图。(a)土体XXX方向位移移云云图(b)土体YYY方向位移移云云图(c)土体XXX方向应力力云云图(d)土体YYY方向应力力云云图(e)围护结结结构X方向位移移云云图(f)围护结结结构Y方向位移移云云图(g)围护结结结构应力力云图图图4.5-1444工况7下基坑各各部部分数值值计算算云图工况7状态下，基基坑坑开挖中砂砂砂层。从从上图图4.5--114可知，该该工工况下，围围护护结构X方向最大大水水平位移移为6.033mmm，Y方向最大大水水平位移移为3.966mmm，地连墙墙对对应最大大压应应力为1.633MMPa。图4.5-1555为工况8下基坑各各部部分数值值计算算云图。(a)土体XXX方向位移移云云图(b)土体YYY方向位移移云云图(c)土体XXX方向应力力云云图(d)土体YYY方向应力力云云图(e)围护结结结构X方向位移移云云图(f)围护结结结构Y方向位移移云云图(g)围护结结结构应力力云图图图4.5-1555工况8下基坑各各部部分数值值计算算云图工况8状态下，基基坑坑开挖粗砂砂砂层。从从上图图4.5--115可知，该该工工况下，围围护护结构X方向最大大水水平位移移为6.111mmm，Y方向最大大水水平位移移为3.677mmm，地连墙墙对对应最大大压应应力为1.8MMPPa。图4.5-1666为工况9下基坑各各部部分数值值计算算云图。(a)土体XXX方向位移移云云图(b)土体YYY方向位移移云云图(c)土体XXX方向应力力云云图(d)土体YYY方向应力力云云图(e)围护结结结构X方向位移移云云图(f)围护结结结构Y方向位移移云云图(g)围护结结结构应力力云图图图4.5-1666工况9下基坑各各部部分数值值计算算云图工况9状态下，基基坑坑开挖至砂砂砂层底部部。从从上图4.5--116可知，该该工工况下，围围护护结构X方向最大大水水平位移移为6.188mmm，Y方向最大大水水平位移移为3.644mmm，地连墙墙对对应最大大压应应力为2.122MMPa。另外，从以上999组图中可可知知，履带带吊和和塔吊荷荷载等等外荷载载分布布于基坑坑周边边15m范围之内内，但但基坑开开挖外外荷载引引起基基坑塑性性变形形的范围围逐渐渐扩大，当当基基坑开挖挖至工工况5（即15m）时，外外荷荷载塑性性圈基基本趋于于稳定定。4.5.3.222计算结果果(1)围护体体体系的应应力和和变形基坑在开挖过程程程中，围围护结结构受土土应力力影响，产产生生变形。下下图图给出基基坑在在开挖完完成后后围护体体系的的应力应应变云云图。(a)开挖完完完成后地地连墙墙水平位位移(b)开挖完完完成后地地连墙墙正应力力(c)开挖完完完成后内内衬水水平位移移(d)开挖完完完成后内内衬正正应力图4.5-1777开挖完成成后后围护结结构应应力应变变图经数值分析，在在在基坑开开挖过过程中，围围护护结构产产生了了不同程程度的的变形，下下表表示出基基坑在在各工况况状态态下围护护结构构的应力力应变变状况。表4.5-3基坑开挖挖过过程中围围护结结构应力力应变变状况工况123456789地下连续墙X方向Δmaxxx(mm)3.24.65.55.75.865.966.036.116.18Y方向Δmaxxx(mm)1.552.73.43.63.683.693.963.673.64最小主应力(MMMPa))-1.1-1.2-1.5-1.54-1.57-1.61-1.63-1.8-2.12最大主应力(MMMPa))0.040.10.30.320.360.390.40.440.52内衬X方向Δmaxxx(mm)3.24.525.455.65.845.966.016.086.14Y方向Δmaxxx(mm)1.522.663.33.53.63.63.93.63.61最小主应力(MMMPa))-0.7-0.75-0.82-0.94-1.1-1.2-1.3-1.38-1.5最大主应力(MMMPa))0.010.10.250.270.290.340.380.380.44注：负号表示压压压应力；；正号号表示拉拉应力力。从上表可知，随随随着基坑坑开挖挖深度的的增加加，围护护结构构的应力力和其其对应的的水平平位移逐逐渐增增大，当当基坑坑开挖完完成后后，围护护结构构的最大大累计计位移为6.188mmm(小于规范范要要求预警警值)。(2)基坑周周周边沉降降该基坑周边不存存存在建筑筑群落落，故其其周边边沉降主主要由由于基坑坑开挖挖、坑边边机械械和堆土土荷载载造成。图4.5-1888基坑周边边沉沉降过程程曲线线由上图可见，开开开挖初期期，基基坑周围围沉降降量可以以忽略略。随着着基坑坑深度的的增加加，其周周围沉沉降量也也随之之增加。当当基基坑施工工至工工况9时，基坑坑周周边最大大沉降降累积量量可达达68.9966mm。另外，地地地表沉降降累积积量与基基坑之之间距离离存在在量化关关系，在在基坑开开挖过过程中，地地表表累计沉沉降量量最大值值基本本处于距距基坑坑周边10m~40m范围内，地地地表沉降降累积积最大值值会随随基坑开开挖深深度的增增加而而向基坑坑外侧侧方向移移动。(3)基坑底底底部隆起起基坑底部隆起是是是由于基基坑开开挖过程程中，上上部土体体开挖挖卸载致致使其其下未开开挖土土体应力力释放放，造成成开挖挖面竖直直向上上发生不不均匀匀变形的的现象象。随着着基坑坑开挖深深度增增加，基基坑周周围土体体使得得围护结结构向向基坑内内侧发发生移动动或转转动，伴伴随着着围护结结构所所承受的的侧向向土压力力逐渐渐增大，基基坑坑底部的的隆起起现象愈愈加严严重。基坑底部部隆隆起在基基坑施施工过程程中会会导致许许多不不良施工工灾害害。虽然本工程基坑坑坑几何形形状较较为规则则，但但由于其其下部部土体厚厚度和和其嵌入入端深深度的差差异，致致使其应应力应应变较为为复杂杂，且基基底应应力重分分布严严重，所所以对对该深基基坑的的基底隆隆起变变形研究究更为为重要。根根据据相关理理论和和实际经经验判判断，坑坑底隆隆起在基基坑底底部的不不同位位置会出出现不不同的量量，通通常为基基坑中中轴线附附近的的隆起量量较小小，远离离中轴轴线的各各位置置隆起量量逐渐渐增大。且且随随着基坑坑工程程的完成成，隆隆起量逐逐渐收收敛。图4.5--119为各工况况下下数值计计算所所得基坑坑底隆隆起位移移曲线线图。图4.5-1999基坑隆起起曲曲线图上图中表明，在在在基坑开开挖初初期，隆隆起量量较小，该该阶阶段坑底底土体体处于应应变初初期，发发生弹弹性变形形，土土体卸载载造成成的坑底底隆起起曲线呈“V”形。位于于基基坑中轴轴线附附近的隆隆起量量较小，几几乎乎未发生生变化化，而距距离基基坑中轴轴线最最远的基基坑边边缘处产产生较较为严重重的隆隆起，隆隆起量量最大值值可达达2.4mmm，随着基基坑坑开挖深深度的的增加，基基坑坑底部的的变形形逐渐变变成塑塑性变形形，塑塑性变形形区在在基坑底底部逐逐渐形成成，隆隆起总量量进一一步累计计，同同时最大大变形形位置逐逐渐向向基坑中中轴线线方向移移动，伴伴随着基基坑上上述变形形特征征的形成成，坑坑底隆起起曲线线由起初初的“V”字形向“M”形转变。随随随着基坑坑开挖挖深度继继续增增加，基基坑底底部的隆隆起量量逐渐收收敛，趋趋于稳定定。当当基坑开开挖完完成后，坑坑底底隆起量量最大大值为1.1mmm，最小值值为-1.44mmm。在该基基坑坑开挖过过程中中，同一一点的的隆起量量变化化总值达3.1mmm，该变化化值值控制在在设计计规定的的隆起起量最大大值范范围内。4.5.4非非非对称开开挖方方案分析析非对称开挖方案案案为将岛岛式开开挖方案案分为为若干部部分并并分别对对预设设区段进进行依依次开挖挖。经经研究，对对该该方案的的数值值分析采采用先先开挖每每层1-7部位，再再开开挖8-14部位，最最后后将中心60m圆形区域域开开挖，当当一层层开挖完完毕后后按照相相同顺顺序对下下层土土体进行行开挖挖。该方案的单层开开开挖顺序序详解解见下图图所示示，各区区段施施工按照照数字字由大到到小依依次进行行开挖挖，且图图中阴阴影部分分为已已开挖部部位。图4.5-2000非对称单单层层土体开开挖示示意图按照上图开挖方方方案对每每工况况的开挖挖进行行数值模模拟计计算，基基坑开开挖完毕毕后其其数值计计算结结果见下下图所所示。(a)地连墙墙墙X方向位移移云云图(b)地连墙墙墙Y方向位移移云云图(c)地连墙墙墙X方向应力力云云图(d)地连墙墙墙Y方向应力力云云图图4.5-2111非对称开开挖挖地连墙墙应力力应变状状况(工况9）由图4.5-2211可知，非非对对称开挖挖方案案条件下下，最最不利工工况(工况9)下地连墙X方向最大大水水平位移移为5.888mmm，Y方向最大大水水平位移移为3.3mmm，地连墙墙最最大压应应力为为1.9MMPPa。相对于于对对称开挖挖方案案，其地地连墙墙X方向最大大位位移降低0.3mmm；地连墙Y方向最大大位位移降低0.366mmm；最大压压应应力降低0.222MMPa。(a)内衬XXX方向位移移云云图(b)内衬YYY方向位移移云云图(c)内衬XXX方向应力力云云图(d)内衬YYY方向应力力云云图图4.5-2222非对称开开挖挖内衬应应力-应变状况况（工工况9）由图4.5-2222可知，非非对对称开挖挖方案案条件下下，最最不利工工况(工况9)下内衬X方向最大大水水平位移移为5.911mmm，Y方向最大大水水平位移移为3.333mmm，衬砌最最大大压应力力为1.9MMPPa。相对于于对对称开挖挖方案案，其内内衬X方向最大大位位移降低0.233mmm；内衬Y方向最大大位位移降低0.288mmm；最大压压应应力降低0.077MMPa。采用非对称开挖挖挖使地连连墙和和内衬水水平位位移及最最大主主应力有有较小小幅度的的降低低，应力力水平平满足材材料设设计强度度要求求，不会会引起起支护体体系的的破坏，但但是是，在实实际施施工过程程中建建议采用用对称称开挖方方案。4.5.5超挖挖挖方案分分析为考虑施工过程程程中架设设衬砌砌所需要要的足足够空间间，故故需对基基坑超超挖进行行数值值分析，以以预预防该基基坑在在超挖工工况下下围护结结构出出现较大大变形形。结合施工条件，在在与设计方和和施工方讨论论之后，对该该工程进行超超挖预测，超超挖规则按照照每工况在岛岛式开挖基础础上开挖深度度下沿3m，且超挖3m为无内砌支支护临空裸露露状态。下图图为工况8至工况9的开挖顺序序，当开挖至至工况8时，对称开开挖方案下该该基坑应挖至至24m处，在超挖挖方案下，该该工况基坑开开挖深度为27m，且0m-244m采用内衬支支护，25m-227m部位未设置置内衬，即此此3m为无内衬支支护的“临空无撑”部位，详细细示意图如下下所示。(a)工况888(b)工况999图4.5-2223基坑纵向向施施工过程程工况况8-工况9施工顺序序图图（图中中蓝色色部分为为内衬衬）按照上图开挖方方方案对每每工况况的开挖挖进行行数值模模拟计计算，基基坑开开挖完毕毕后其其数值计计算结结果见下下图所所示。(a)地连墙墙墙X方向位移移云云图(b)地连连连墙Y方向位移移云云图(c)地连连连墙X方向应力力云云图(d)地连连连墙Y方向应力力云云图图4.5-2444超挖方案案地地连墙应应力-应变状况况由图4.5-2244可知，超超挖挖方案条条件下下，最不不利工工况(工况9)下地连墙X方向最大大水水平位移移为6.722mmm，Y方向最大大水水平位移移为4.299mmm，地连墙墙最最大压应应力为为2.333MMPa。(a)内衬XXX方向位移移云云图(b)内衬YYY方向位移移云云图(c)内衬XXX方向应力力云云图(d)内衬YYY方向应力力云云图图4.5-2555超挖方案案内内衬应力力应变变状况由图4.5-2255可知，超超挖挖方案条条件下下，最不不利工工况(工况9)下内衬X方向最大大水水平位移移为6.755mmm，Y方向最大大水水平位移移为4.299mmm，衬砌最最大大压应力力为1.999MMPa。采用超挖方式使使使地连墙墙和内内衬水平平位移移及最大大主应应力有较较小幅幅度增加加，应应力水平平满足足材料设设计强强度要求求，不不会引起起支护护体系的的破坏坏，说明明在实实际的施施工过过程中采采用超超挖方式式是可可行的。4.5.6支支支护体系系敏感感性分析析为考虑支护结构构构的施工工变形形效应，该该方方案将支支护体体系平面面形式式由半径径为r的圆形转转换换为椭圆圆形，椭椭圆长轴轴为r(1++55%)，短轴为r(1--55%)，即长轴轴长84m，短轴长76m。在岛式开挖方案案案数值计计算结结果中，基基坑坑围护结结构X方向显著著向向基坑外外侧发发生水平平位移移，Y方向相对对向向基坑内内侧发发生水平平位移移，故对对于该该基坑支支护体体系敏感感性分分析时将将围护护结构延X方向增加加至84m，延Y方向缩减减至76m。围护结结构构平面图图如下下所示。图4.5-2666围护结构构平平面示意意图该支护方案下，基基坑开挖完毕毕后其数值计计算结果见下下图所示。(a)地连墙墙墙X方向位移移云云图(b)地连墙墙墙Y方向位移移云云图(c)地连墙墙墙X方向应力力云云图(d)地连墙墙墙Y方向应力力云云图图4.5-2777变形围护护方方案地连连墙应应力应变变状况况由图4.5-2277可知，变变形形围护方方案条条件下，最最不不利工况(工况9)下地连墙X方向最大大水水平位移移为5.522mmm，Y方向最大大水水平位移移为7.066mmm，地连墙墙最最大压应应力为为2.844MMPa。(a)内衬XXX方向位移移云云图(b)内衬YYY方向位移移云云图(c)内衬XXX方向应力力云云图(d)内衬YYY方向应力力云云图图4.5-2888变形围护护方方案内衬衬应力力应变状状况由图4.5-2288可知，变变形形围护方方案条条件下，最最不不利工况(工况9)下衬砌X方向最大大水水平位移移为5.566mmm，Y方向最大大水水平位移移为7.099mmm，内衬最最大大压应力力为2.977MMPa。支护结构几何尺尺尺寸变形形后地地连墙和和内衬衬水平位位移及及最大主主应力力有较小小幅度度增加或或减小小，但是是，应应力水平平满足足材料设设计强强度要求求，不不会引起起支护护体系的的破坏坏，说明明在实实际的施施工过过程中围围护结结构几何何尺寸寸发生微微小变变形是可可行的的。4.5.7基基基坑监测测预警警值建议议表4.5-4为为为根据经验验给给出的基基坑监监测项目目警戒戒值，该该值根根据大多多数基基坑工程程的施施工经验验，加加之大量量实际际经验综综合考考虑而来来，但但由于岩岩土工工程区域域性特特点，不不同地地区土层层条件件千差万万别，其其警戒值值存在在较大差差异。据据此，本本文针针对该基基坑在在其特殊殊围护护结构条条件下下的应力力应变变状况提提出警警戒建议议值，以以供参考考。表4.5-4监监监测项目警警戒戒值一览览表监测区域项目报警指标日变化量累计变化量周边环境周边地表沉降监监监测2mm50mm堤坝变形监测2mm20mm周边管线监测2mm10mm周边建筑物监测测测2mm10mm地下水位监测300mm500mm坑外土压力监测测测10kPa60%设计值坑外孔隙水压力力力监测10kPa60%设计值基坑结构基坑姿态监测(((圈梁变形形监监测)2mm水平25mm，竖竖竖向10mmm地连墙深层侧向向向变形监监测2mm30mm地连墙应力监测测测60%设计值内衬应力监测60%设计值根据《虎门二桥桥桥-西锚碇》发发发现该筒筒式地地连墙的的壁厚厚为1.5m，其侧向向刚刚度较大大。图图4.5--116表明，基基坑坑开挖完完毕后后基坑周周围土土体与围围护结结构均处处于稳稳定状态态。当当基坑开开挖至至-26m时，基坑坑周周边土体体沉降降累计量量超过过上表给给出的的累计变变形量量。故本本文建建议适当当将基基坑周边边沉降降量报警警值增增大至70mm。另外，从图4...5-88~图4.5--116可知，所所有有工况中中地连连墙与内内衬应应力均没没有超超过表4.5--4所规定对对应应警戒值值。4.5.8结结结论(1)从模拟分分分析结果果看，选选择Midaass-GTTS中土体的的摩摩尔-库伦本构构模模型能够够很好好地反映映出土土体的弹弹塑性性特征，数数值值模拟方方法得得出的应应力场场，位移移变化化，结构构物受受力分布布等结结论与前前人理理论成果果趋势势相符合合。利利用双层层支护护方案能能有效效控制基基坑水水平位移移，对对保证基基坑整整体稳定定性有有显著作作用。(2)数值模拟拟拟分析结结果表表明基坑坑周边边地表沉沉降量量警戒值值可适适当增加加至70mm，地连墙墙与与内衬应应力预预测值比比较安安全，所所有工工况中应应力均均未超过过预警警值。(3)数值模拟拟拟对施工工起到到了预测测的作作用，随随着施施工的进进行，不不断累积积现场场观测数数据，不不断反演演计算算，辨识识土体体新的等等效参参数，建建立更更加完整整的空空间模型型为后后续施工工提供供指导作作用。(4)在施工工工过程中中，采采用非对对称开开挖、超超挖以以及支护护体系系几何尺尺寸发发生微小小变形形后开挖挖，应应力水平平均能能满足材材料设设计强度度要求求，不会会引起起支护体体系的的破坏，几几种种方案是是可行行的。但但是，在在施工过过程中中建议采采用对对称开挖挖方式式。5.监测方法、测测测点布置、监监测频率及预预警值5.1地下连连连续墙基基础施施工监测测方法法5.1.1地连连连墙圈梁梁顶、周周边地表表、珠珠江大堤堤、涌涌道大堤堤、建建筑及管管线变变形监测测为保证所有监测测测工作的的统一一，提高高监测测数据的的精度度，使监监测工工作有效效地指指导整个个工程程施工，监监测测工作采采用整整体布设设，分分级布网网的原原则。即即首先先布设统统一的的监测控控制网网，再在在此基基础上布布设监监测点。监测仪器、设备备备和监测测点符符合下列列要求求：满足足观测测精度和和量程程的要求求；具具有良好好的稳稳定性和和可靠靠性；经经过校校准或标标定，且且校核记记录和和标定资资料齐齐全，并并在规规定的校校准有有效期内内；监监测过程程中加加强对监监测仪仪器设备备的维维护保养养、定定期检测测以及及监测元元件的的检查；；应加加强对监监测点点的保护护，防防止损坏坏。对同一监测项目目目，监测测时符符合下列列要求求：采用用相同同的观测测路线线和观测测方法法；使用用同一一监测仪仪器和和设备；；固定定观测人人员；；在基本本相同同的环境境和条条件下工工作。监测项目初始值值值应在基基坑开开挖前至至少连连续观测2次的稳定定值值的平均均值。5.1.1.111沉降监测测高高程控制制网测测量采用假设的独立立立高程系系统，在在远离施施工影影响范围围以外外两侧各各布置置一组稳稳固水水准点，沉沉降降变形监监测基基准网以以上述述永久水水准基基准点作作为起起算点，组组成成水准网网进行行联测。至少布设有3个个个稳固可可靠的的点作为为基准准点，施施工期期间，采采用有有效措施施，确确保基准准点的的正常使使用；；监测期期间，定定期检查查基准准点的稳稳定性性。水准准基准准点埋设设深度度不小于1m，标石基基底底宜用20cm厚素砼浇浇实实，或设设于影影响区外外沉降降稳定的的建（构构）筑物物结构构上。水水准标标石的形形式按按有关测测绘规规范、规规程执执行。垂直位移监测网网网在水准准基准准点稳定定后方方可开始始施测测，稳定定期不不少于15天；监测测期期垂直位位移监监测网每1~2个月进行行重重复观测测，发发现不稳稳定的的水准基基准点点另行补补设。垂垂直位移移监测测采用水水准仪仪i角不大于10″；监测期期每每月对i角进行检检查查校正。垂直位移监测网网网水准测测量技技术指标:测站高差中误差差差/㎜往返较差、符合合合差、闭闭合差差/㎜检测已测测段高高高差之差/㎜注：表中n为测测测站数0.150.30.45垂直位移监测网网网观测主主要技技术：水准仪型号视线长度/m前后视较差/mmm前后视累计较差差差/m视线离地面高度度度/m基辅分划读数差差差/㎜基辅分划高差之之之差/㎜DS05、DSSSZ05300.71.00.30.30.5注：当采用数字字字水准仪观观测测时，视视线高高度应不不低于于0.7m。同一尺尺面面的两次次读数数差，不设设限限差，两两次读读数所测测高差差的差，执执行行基辅分分划所所测高差差之差差的限差差。基准网观测按照照照国家二二等水水准测量量规范范要求执执行，精精密水准准测量量的主要要指术术参照下下表：：每千米高差中误差(mm)))水准仪等级水准尺观测次数往返较差、附合合合或环线闭合差(mmmm)12DS1铟瓦尺往返测各一次4注：L为往返测测段、环环线的的路线长长度（以km计）外业观测拟使用用用DS055精密密水准仪仪（标标称精度度：±0.55mmm/KKm）往返实实施施作业。观测措施：本高高高程监测测基准准网使用用DSS05自动动安安平水准准仪及及配套铟铟瓦尺尺，外业业观测测严格按按规范范要求的的二等等精密水水准测测量的技技术要要求执行行。为为确保观观测精精度，观观测措措施制定定如下下。作业前编制作业业业计划表表，以以确保外外业观观测有序序开展展。观测前对电子水水水准仪及及配套套铟瓦尺进行行全全面检验验。观测方法：往测测测奇数站“后—前—前—后”，偶数站“前—后—后—前”；返测奇奇数数站“前—后—后—前”，偶数站“后—前—前—后”。往测转转为为返测时时，两两根标尺尺互换换。测站视线长、视视视距差、视视线线高要求求见下下表：标尺类型视线长度前后视距差前后视距累计差差差视线高度仪器等级视距视线长度20mmm以上视线长度20mmm以下铟瓦尺DS1≤50m≤1.0m≤3.0m0.5m0.3m测站观测限差见见见下表：：基辅分划读数差差差基辅分划所测高高高差之差差上下丝读数平均均均值与中中丝读读数之差差检测间歇点高差差差之差0.5mm0.7mm3.0mm1.0mm两次观测高差超超超限时重重测，当当重测成成果与与原测成成果比比较其较较差均均没超限限时，取取三次成成果的的平均值值。沉降基准网外业业业测设完完成后后，对外外业记记录进行行检查查，严格格控制制各水准准环闭闭合差，各各项项参数合合格后后方可进进行内内业平差差计算算。内业业计算算采用EPSW平差软件件按按间接平平差法法进行严严密平平差计算算，高高程成果果取位位至0.1mmm。5.1.1.222监测点垂垂直直位移测测量垂直位移测量精精精度应满满足测测站点测测站高高差中误误差≤0.155mmm。按规范要求，历历历次沉降降变形形监测是是通过过基准点点联测测一条二二等水水准闭合合线路路，由线线路的的工作点点来测测量各监监测点点的高程程，各各监测点点高程程初始值值在监监测工程程前期期两次测测定(两次取平平均)，某监测测点点本次高高程减减前次高高程的的差值为为本次次沉降量量，本本次高程程减初初始高程程的差差值为累累计沉沉降量。5.1.1.333水平位移移监监测控制制网测测量由于本工程项目目目主要是是测定定垂直于于基坑坑边线的的特殊殊方向的的水平平位移，拟拟采采用基准准线控控制，轴轴线上上必须设设置检检核点。水平位移监测基基基准点埋埋设在在施工影影响范范围外，数数量量不少于3点。设置置具具有强制制对中中的观测测墩，或或利用已已有稳稳定的施施工控控制点，采采用用精密的的光学学对中装装置（