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1、 寧波新世界廣場 1#地塊項目 基坑有限元分析報告基坑有限元分析報告 浙江華展工程研究設計院有限公司浙江華展工程研究設計院有限公司 姚姚 煌煌 2015 年 05 月 寧波新世界廣場 1#地塊項目基坑三維有限元分析報告 II 目目 錄錄 第一章第一章 工程概況及評估情況工程概況及評估情況.1 1.1 工程概況.1 1.1.1 本項目基坑概況.1 1.1.2 場地周邊情況.2 1.2 地層資料.4 1.3 基坑支護結構形式.5 第二章第二章 基坑施工對地鐵隧道影響的三維分析基坑施工對地鐵隧道影響的三維分析.7 2.1 有限元計算中的模擬步驟.7 2.2 計算結果.8 2.2.1 土體豎向位移.82、 2.2.2 地鐵隧道位移.14 2.2.3 計算結果匯總.25 寧波新世界廣場 1#地塊項目基坑三維有限元分析報告 1 第一章 工程概況及評估情況 1.1 工程概況 1.1.1 本項目基坑概況 寧波新立房地產開發有限公司擬建的寧波新世界廣場項目 1#地塊位于寧波市江東區，場地東側為擬建的寧波新世界廣場項目 2#地塊，場地南側為楊柳街，場地西側為江東北路，場地北側為中山東路，中山東路下為寧波軌道交通 1#線。場地衛星圖片如圖1-1 所示。圖 1-1 場地衛星圖 新世界廣場項目 1#地塊紅線用地面積約 7750m2，地上主體建筑高度約 24m，地下設三層停車庫?；娱_挖面積為 5100m2，基坑3、支護結構延長米為 299m。本工程0.000=3.350（黃海高程），自然地坪標高取黃海高程 2.850（相對標高-0.500），其中場地南側及西側現狀道路的路面標高約為黃海高程 3.150。本工程整體設置三層地下室，B1 板面相對標高-8.100，B2 板面相對標高為-11.750，地下室底板面相對標高為-16.150，底板厚度為 1000mm，底板墊層厚度考慮為 350mm，基坑開挖深度計算至底板墊層底，為 17m。2#地塊 中山東路 寧波新世界廣場 1#地塊項目基坑三維有限元分析報告 2 1.1.2 場地周邊情況 基坑北側中山東路下有已建成的江廈橋東站至天一廣場站的地鐵隧道。地鐵隧道外徑4、為 6.2m，壁厚 350mm，隧道中心距為 12m。地鐵隧道自西向東逐漸靠近基坑，其中右線靠近基坑，左線遠離基坑，隧道右線邊與基坑邊距離為 52.2m37.04m。該地鐵隧道穿越奉化江江底，自西向東起坡，在基坑開挖范圍內，隧道的頂埋深為自西向東 16.9m 13.9m，底埋深為 23.1m 20.1m。隧道與基坑的平面關系圖見圖 1-2，隧道與基坑的剖面關系見圖 1-3。該地鐵隧道為本工程基坑施工階段重點保護的對象。圖 1-2 已建地鐵隧道與基坑的平面關系圖 寧波新世界廣場 1#地塊項目基坑三維有限元分析報告 3 圖 1-3 已建地鐵隧道與基坑的剖面關系圖 寧波新世界廣場 1#地塊項目基坑三5、維有限元分析報告 4 1.2 地層資料 具體的土層參數如表 1-1 所示。表 1-1 ZK2 鉆孔土層信息 直剪快剪 土層名稱（）C（kPa）重度（kN/m3）土層厚度 狀態 雜填土（1-0）15 5 18 3.1m 松散不均勻 淤泥質黏土（2-1）7.7 11.5 17.2 2.3m 流塑 淤泥質粉質黏土（2-3a）9.6 10.7 17.5 2.6m 流塑 淤泥（2-3）7.3 10.6 16.6 3.2m 流塑 淤泥質黏土（2-4）7.8 11.8 17 6.7m 流塑 粉質黏土夾粉土（3）16.7 15.7 19.1 0.7m 流塑/軟塑松散 粉質黏土（5-1）18.8 38.4 196、.3 3.4m 可塑 粉質黏土（5-2）14.5 30.5 18.8 11.4m 可塑 粉質粘土（6-1）13.7 24.3 18.3 2.5m 軟塑 粉質粘土夾粉土（6-2）17.3 18.9 18.6 4.9m 軟塑/稍密中密 黏土（6-3）13.2 26.7 18.3 4.2m 可塑 粉質黏土（7-1）19.3 37.9 19.7 2.5m 可塑 粉砂（7-2a）32.2 10.7 19.6 2m 中密密實 粉質黏土夾粉砂（7-2）20.7 26 19.7 2.9m 可塑/中密 寧波新世界廣場 1#地塊項目基坑三維有限元分析報告 5 1.3 基坑支護結構形式（1）豎向支護體系 壓頂梁面設7、置在自然地坪以下 0.5m，其頂面相對標高為-1.000。一道圍梁及支撐面設置在壓頂梁面以下 0.3m，其相對標高為-1.300。二道圍梁及支撐面設置在一道支撐下 4.5m，其相對標高為-5.800 三道圍梁及支撐面設置在二道支撐下 4.2m，其相對標高為-10.000。四道圍梁及支撐面設置在三道支撐下 4.0m，其相對標高為-14.000。典型的支護結構剖面圖見圖 1-4。圖 1-4 典型的支護結構剖面圖（2）平面支護體系 基坑平面支護體系采用對撐+角撐+邊桁架的體系。具體見圖 1-5 支護結構平面布置圖。寧波新世界廣場 1#地塊項目基坑三維有限元分析報告 6 圖 1-5 一、二、三、四道支8、護結構平面圖（3）加固壩體 基坑北側支護墻（即分隔墻）頂部與隔離墻剛性連接，對基坑北側支護墻與隔離墻中間土體進行主動區加固，使基坑北區形成一個加固壩體，增強基坑北側的抗變形能力；為減小本基坑開挖時對 2#地塊范圍內地鐵隧道的變形影響，在本基坑開挖之前，先施工完 2#地塊北側的圍護地連墻，具體示意圖見圖 1-6。圖 1-6 加固壩體與基坑整體平面圖 寧波新世界廣場 1#地塊項目基坑三維有限元分析報告 7 第二章 基坑施工對地鐵隧道影響的三維分析 2.1 有限元計算中的模擬步驟 本次分析共分為十五個工況，即十五個施工步，具體如表 2-1 所示。表 2-1 施工工況表 編號 工 況 簡 述（標高為自9、然地坪一下深度）1 初始應力場計算 本工況是巖土工程分析的第一步，在整個分析模型內只有巖、土體。2 地鐵隧道施工計算 本工況不再考慮隧道的多步開挖，一次性開挖整條隧道并施工所有襯砌。3 隔離墻施工 基坑北側 T 型幅地連墻（隔離墻）一次性施工。4 地連墻施工 基坑周圈地連墻、坑內加固土體、坑外地連墻與隔離墻之間加固壩體和梁板結構一次性施工。5 第一次開挖 基坑開挖至第一道圍梁、支撐底標高（-1.5m）6 第二次開挖 施工第一道圍梁、支撐，開挖至-3.0m 7 第三次開挖 基坑開挖至第二道圍梁、支撐底標高（-6.0m）8 第四次開挖 施工第二道圍梁、支撐，開挖至-8.0m 9 第五次開挖 基坑開10、挖至第三道圍梁、支撐底標高（-10.2m）10 第六次開挖 施工第三道圍梁、支撐，開挖至-12.5m 11 第七次開挖 基坑開挖至第四道圍梁、支撐底標高（-14.2m）12 第八次開挖 施工第四道圍梁、支撐，開挖至基坑底標高（-17.0m）13 施工地下室底板 施工地下室墊層、換撐板帶和底板。14 施工 B2 樓板 拆除第四道圍梁、支撐，施工 B2 樓板。15 施工 B1 樓板 拆除第三道圍梁、支撐，施工 B1 樓板 16 施工地下室頂板 拆除第二道、第一道圍梁和支撐，施工 B0 板 寧波新世界廣場 1#地塊項目基坑三維有限元分析報告 8 2.2 計算結果 由于基坑開挖從工況 5 開始，因此主11、要分析工況 5（開挖土體至第一道支撐底）、工況 7（開挖土體至第二道支撐底）、工況 9（開挖土體至第三道支撐底）、工況 11（開挖土體至第四道支撐底）、工況 12（開挖土體至基坑底）、工況 14（拆撐，施工 B2 板）、工況 15（拆撐，施工 B1 板）和工況 16（拆撐，施工 B0 板）的計算結果。2.2.1 土體豎向位移 在位移計算結果中，東西向位移結果以向東為正，南北向位移結果以向北為正。（a）土體豎向位移云圖 （b）土體豎向位移剖斷面圖 工況 5：開挖土體至第一道支撐底 寧波新世界廣場 1#地塊項目基坑三維有限元分析報告 9 （a）土體豎向位移云圖 （b）土體豎向位移剖斷面圖 工況 712、：開挖土體至第二道支撐底 （a）土體豎向位移云圖 寧波新世界廣場 1#地塊項目基坑三維有限元分析報告 10 （b）土體豎向位移剖斷面圖 工況 9：開挖土體至第三道支撐底 （a）土體豎向位移云圖 （b）土體豎向位移剖斷面圖 工況 11：開挖土體至第四道支撐底 寧波新世界廣場 1#地塊項目基坑三維有限元分析報告 11 （a）土體豎向位移云圖 （b）土體豎向位移剖斷面圖 工況 12：開挖土體至基坑底 （a）土體豎向位移云圖 寧波新世界廣場 1#地塊項目基坑三維有限元分析報告 12 （b）土體豎向位移剖斷面圖 工況 14：拆撐，施工 B2 板 （a）土體豎向位移云圖 （b）土體豎向位移剖斷面圖 工況 13、15：拆撐，施工 B1 板 寧波新世界廣場 1#地塊項目基坑三維有限元分析報告 13 （a）土體豎向位移云圖 （b）土體豎向位移剖斷面圖 工況 16：拆撐，施工 B0 板 圖 2-1 土體豎向位移云圖 表 2-2 土體豎向位移場計算結果匯總表 施工 步驟 坑外最大沉降值（mm）沉降最大值位置 坑底回彈累計值（mm）坑內回彈累計 最大值位置 工況 5 3.6 基坑南側 12.4 基坑內中心位置 工況 7 8.4 基坑南側 32.8 基坑內中心位置 工況 9 12.2 基坑南側 44.3 基坑內中心位置 工況 11 16.1 基坑南側 51.8 基坑內中心位置 工況 12 18.0 基坑南側 5914、.1 基坑內中心位置 工況 14 18.0 基坑南側 59.1 基坑內中心位置 工況 15 18.0 基坑南側 59.1 基坑內中心位置 工況 16 18.0 基坑南側 59.1 基坑內中心位置 寧波新世界廣場 1#地塊項目基坑三維有限元分析報告 14 圖 2-2 地表沉降最大值變化趨勢 根據各工況土體豎向位移云圖 2-1，整理出土體豎向位移場計算結果匯總表如表 2-2所示以及地表沉降最大值變化趨勢圖如圖 2-2 所示。地表沉降影響范圍約為 3H（H 為基坑開挖深度）；沉降模式為凹槽型；隨著基坑的逐步開挖，地表沉降量逐步增大，在基坑開挖到坑底時沉降量達到最大并趨于穩定；基坑四周地表最大沉降量發15、生在基坑南側中部位置，最大值出現在基坑開挖到坑底后，大小為 18.0mm。此模型計算的地表沉降對應于地層損失法的計算原理，適用于飽和軟黏土不排水條件下的計算。計算中未能考慮基坑降水使土層固結沉降；坑邊地面堆土、堆載、交通運輸；以及飽和砂土顆粒流失等引起坑外土體位移的影響因素。2.2.2 地鐵隧道位移 在位移計算結果中，水平位移表示向坑內移動，豎向位移以向上移動為正。地鐵隧道位移以增量的形式顯示，即只顯示由于本項目基坑施工引起的位移量。寧波新世界廣場 1#地塊項目基坑三維有限元分析報告 15 （a）水平位移 （b）豎向位移 （c）總位移 工況 5：開挖土體至第一道支撐底 寧波新世界廣場 1#地塊16、項目基坑三維有限元分析報告 16 （a）水平位移 （b）豎向位移 （c）總位移 工況 7：開挖土體至第二道支撐底 寧波新世界廣場 1#地塊項目基坑三維有限元分析報告 17 （a）水平位移 （b）豎向位移 （c）總位移 工況 9：開挖土體至第三道支撐底 寧波新世界廣場 1#地塊項目基坑三維有限元分析報告 18 （a）水平位移 （b）豎向位移 （c）總位移 工況 11：開挖土體至第四道支撐底 寧波新世界廣場 1#地塊項目基坑三維有限元分析報告 19 （a）水平位移 （b）豎向位移 （c）總位移 工況 12：開挖土體至基坑底 寧波新世界廣場 1#地塊項目基坑三維有限元分析報告 20 （a）水平位移 17、（b）豎向位移 （c）總位移 工況 14：拆除第四道支撐，施工 B2 板 寧波新世界廣場 1#地塊項目基坑三維有限元分析報告 21 （a）水平位移 （b）豎向位移 （c）總位移 工況 15：拆除第三道支撐，施工 B1 板 寧波新世界廣場 1#地塊項目基坑三維有限元分析報告 22 （a）水平位移 （b）豎向位移 （c）總位移 工況 16：拆除第二道、第一道支撐，施工 B0 板 圖 2-3 地鐵隧道位移云圖 寧波新世界廣場 1#地塊項目基坑三維有限元分析報告 23 表 2-3 地鐵隧道計算結果匯總表 施工步驟 水平位移最大值（mm）豎向位移最大值（mm）總位移最大值（mm）位置 工況 5 0.8 18、0.2 0.8 地鐵隧道中段 工況 7 2.3 0.7 2.4 地鐵隧道中段 工況 9 3.6 1.1 3.8 地鐵隧道中段 工況 11 5.1 1.6 5.3 地鐵隧道中段 工況 12 6.3 2.1 6.7 地鐵隧道中段 工況 14 6.3 2.1 6.7 地鐵隧道中段 工況 15 6.3 2.1 6.7 地鐵隧道中段 工況 16 6.3 2.1 6.7 地鐵隧道中段 圖 2-4 地鐵隧道位移最大值變化趨勢 寧波新世界廣場 1#地塊項目基坑三維有限元分析報告 24 圖 2-5 地鐵隧道位移最大值增量變化趨勢 根據各工況地鐵隧道位移云圖（圖 2-3），整理出地鐵隧道計算結果匯總表如表 2-319、所示以及地鐵隧道水平位移和沉降最大值變化趨勢圖如圖 2-4 所示?；邮┕ひ鸬罔F隧道產生向基坑方向的水平位移及沉降，以水平位移為主。地鐵隧道水平位移和沉降的最大值均出現在基坑開挖坑底時并在之后趨于穩定，最大值分別為 6.3mm 和 2.1mm，隧道變形總位移為 6.7mm。此結果計算的是由基坑開挖引起的位移量，不包括軌道交通地鐵隧道結構物在自身受力作用下引起的位移量、其他工程活動引起的位移量以及土體長期固結蠕變引起的位移量。另外，由圖 2-5 地鐵隧道位移最大值增量變化趨勢可知，隧道水平位移和沉降在工況 11（開挖至第四道支撐底）和工況 12（開挖至基坑底）兩個工況中出現突增。究其原因，是因20、為地鐵隧道的中心埋深剛好在工況 11 和工況 12 開挖深度范圍內，基坑內側土體的卸除導致地鐵隧道隨著基坑外側土體向基坑方向位移。為進一步優化方案，減少基坑施工對地鐵隧道的影響，在基坑土方開挖施工過程中（特別是基坑北側），應嚴格遵循“時空效應理論”，分區分塊進行，并采取其它相應措施控制變形。并且建議臨近地鐵隧道（或區間站）的地下室基坑的開挖深度盡量保持在地鐵隧道頂部以上一定距離。寧波新世界廣場 1#地塊項目基坑三維有限元分析報告 25 2.2.3 計算結果匯總 上述計算結果匯總如表 2-4 所示，表中的支護結構位移中，東西向位移的正值指向正東向，南北向位移的正值指向正南向，地鐵隧道水平位移正值指向坑內，豎向位移正值指向上。表 2-4 各工況計算結果匯總 項目 工況 位移 最大值（mm）地表沉降 工況 16 基坑南側 18.0 水平位移 6.3 豎向位移 2.1 地鐵隧道位移 工況 16 總位移 6.7