1、 宁波新世界广场 1#地块项目 基坑有限元分析报告基坑有限元分析报告 浙江华展工程研究设计院有限公司浙江华展工程研究设计院有限公司 姚姚 煌煌 2015 年 05 月 宁波新世界广场 1#地块项目基坑三维有限元分析报告 II 目目 录录 第一章第一章 工程概况及评估情况工程概况及评估情况.1 1.1 工程概况.1 1.1.1 本项目基坑概况.1 1.1.2 场地周边情况.2 1.2 地层资料.4 1.3 基坑支护结构形式.5 第二章第二章 基坑施工对地铁隧道影响的三维分析基坑施工对地铁隧道影响的三维分析.7 2.1 有限元计算中的模拟步骤.7 2.2 计算结果.8 2.2.1 土体竖向位移.82、 2.2.2 地铁隧道位移.14 2.2.3 计算结果汇总.25 宁波新世界广场 1#地块项目基坑三维有限元分析报告 1 第一章 工程概况及评估情况 1.1 工程概况 1.1.1 本项目基坑概况 宁波新立房地产开发有限公司拟建的宁波新世界广场项目 1#地块位于宁波市江东区，场地东侧为拟建的宁波新世界广场项目 2#地块，场地南侧为杨柳街，场地西侧为江东北路，场地北侧为中山东路，中山东路下为宁波轨道交通 1#线。场地卫星图片如图1-1 所示。图 1-1 场地卫星图 新世界广场项目 1#地块红线用地面积约 7750m2，地上主体建筑高度约 24m，地下设三层停车库。基坑开挖面积为 5100m2，基坑3、支护结构延长米为 299m。本工程0.000=3.350（黄海高程），自然地坪标高取黄海高程 2.850（相对标高-0.500），其中场地南侧及西侧现状道路的路面标高约为黄海高程 3.150。本工程整体设置三层地下室，B1 板面相对标高-8.100，B2 板面相对标高为-11.750，地下室底板面相对标高为-16.150，底板厚度为 1000mm，底板垫层厚度考虑为 350mm，基坑开挖深度计算至底板垫层底，为 17m。2#地块 中山东路 宁波新世界广场 1#地块项目基坑三维有限元分析报告 2 1.1.2 场地周边情况 基坑北侧中山东路下有已建成的江厦桥东站至天一广场站的地铁隧道。地铁隧道外径4、为 6.2m，壁厚 350mm，隧道中心距为 12m。地铁隧道自西向东逐渐靠近基坑，其中右线靠近基坑，左线远离基坑，隧道右线边与基坑边距离为 52.2m37.04m。该地铁隧道穿越奉化江江底，自西向东起坡，在基坑开挖范围内，隧道的顶埋深为自西向东 16.9m 13.9m，底埋深为 23.1m 20.1m。隧道与基坑的平面关系图见图 1-2，隧道与基坑的剖面关系见图 1-3。该地铁隧道为本工程基坑施工阶段重点保护的对象。图 1-2 已建地铁隧道与基坑的平面关系图 宁波新世界广场 1#地块项目基坑三维有限元分析报告 3 图 1-3 已建地铁隧道与基坑的剖面关系图 宁波新世界广场 1#地块项目基坑三5、维有限元分析报告 4 1.2 地层资料 具体的土层参数如表 1-1 所示。表 1-1 ZK2 钻孔土层信息 直剪快剪 土层名称（）C（kPa）重度（kN/m3）土层厚度 状态 杂填土（1-0）15 5 18 3.1m 松散不均匀 淤泥质黏土（2-1）7.7 11.5 17.2 2.3m 流塑 淤泥质粉质黏土（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 淤泥质黏土（2-4）7.8 11.8 17 6.7m 流塑 粉质黏土夹粉土（3）16.7 15.7 19.1 0.7m 流塑/软塑松散 粉质黏土（5-1）18.8 38.4 196、.3 3.4m 可塑 粉质黏土（5-2）14.5 30.5 18.8 11.4m 可塑 粉质粘土（6-1）13.7 24.3 18.3 2.5m 软塑 粉质粘土夹粉土（6-2）17.3 18.9 18.6 4.9m 软塑/稍密中密 黏土（6-3）13.2 26.7 18.3 4.2m 可塑 粉质黏土（7-1）19.3 37.9 19.7 2.5m 可塑 粉砂（7-2a）32.2 10.7 19.6 2m 中密密实 粉质黏土夹粉砂（7-2）20.7 26 19.7 2.9m 可塑/中密 宁波新世界广场 1#地块项目基坑三维有限元分析报告 5 1.3 基坑支护结构形式（1）竖向支护体系 压顶梁面设7、置在自然地坪以下 0.5m，其顶面相对标高为-1.000。一道围梁及支撑面设置在压顶梁面以下 0.3m，其相对标高为-1.300。二道围梁及支撑面设置在一道支撑下 4.5m，其相对标高为-5.800 三道围梁及支撑面设置在二道支撑下 4.2m，其相对标高为-10.000。四道围梁及支撑面设置在三道支撑下 4.0m，其相对标高为-14.000。典型的支护结构剖面图见图 1-4。图 1-4 典型的支护结构剖面图（2）平面支护体系 基坑平面支护体系采用对撑+角撑+边桁架的体系。具体见图 1-5 支护结构平面布置图。宁波新世界广场 1#地块项目基坑三维有限元分析报告 6 图 1-5 一、二、三、四道支8、护结构平面图（3）加固坝体 基坑北侧支护墙（即分隔墙）顶部与隔离墙刚性连接，对基坑北侧支护墙与隔离墙中间土体进行主动区加固，使基坑北区形成一个加固坝体，增强基坑北侧的抗变形能力；为减小本基坑开挖时对 2#地块范围内地铁隧道的变形影响，在本基坑开挖之前，先施工完 2#地块北侧的围护地连墙，具体示意图见图 1-6。图 1-6 加固坝体与基坑整体平面图 宁波新世界广场 1#地块项目基坑三维有限元分析报告 7 第二章 基坑施工对地铁隧道影响的三维分析 2.1 有限元计算中的模拟步骤 本次分析共分为十五个工况，即十五个施工步，具体如表 2-1 所示。表 2-1 施工工况表 编号 工 况 简 述（标高为自9、然地坪一下深度）1 初始应力场计算 本工况是岩土工程分析的第一步，在整个分析模型内只有岩、土体。2 地铁隧道施工计算 本工况不再考虑隧道的多步开挖，一次性开挖整条隧道并施工所有衬砌。3 隔离墙施工 基坑北侧 T 型幅地连墙（隔离墙）一次性施工。4 地连墙施工 基坑周圈地连墙、坑内加固土体、坑外地连墙与隔离墙之间加固坝体和梁板结构一次性施工。5 第一次开挖 基坑开挖至第一道围梁、支撑底标高（-1.5m）6 第二次开挖 施工第一道围梁、支撑，开挖至-3.0m 7 第三次开挖 基坑开挖至第二道围梁、支撑底标高（-6.0m）8 第四次开挖 施工第二道围梁、支撑，开挖至-8.0m 9 第五次开挖 基坑开10、挖至第三道围梁、支撑底标高（-10.2m）10 第六次开挖 施工第三道围梁、支撑，开挖至-12.5m 11 第七次开挖 基坑开挖至第四道围梁、支撑底标高（-14.2m）12 第八次开挖 施工第四道围梁、支撑，开挖至基坑底标高（-17.0m）13 施工地下室底板 施工地下室垫层、换撑板带和底板。14 施工 B2 楼板 拆除第四道围梁、支撑，施工 B2 楼板。15 施工 B1 楼板 拆除第三道围梁、支撑，施工 B1 楼板 16 施工地下室顶板 拆除第二道、第一道围梁和支撑，施工 B0 板 宁波新世界广场 1#地块项目基坑三维有限元分析报告 8 2.2 计算结果 由于基坑开挖从工况 5 开始，因此主11、要分析工况 5（开挖土体至第一道支撑底）、工况 7（开挖土体至第二道支撑底）、工况 9（开挖土体至第三道支撑底）、工况 11（开挖土体至第四道支撑底）、工况 12（开挖土体至基坑底）、工况 14（拆撑，施工 B2 板）、工况 15（拆撑，施工 B1 板）和工况 16（拆撑，施工 B0 板）的计算结果。2.2.1 土体竖向位移 在位移计算结果中，东西向位移结果以向东为正，南北向位移结果以向北为正。（a）土体竖向位移云图 （b）土体竖向位移剖断面图 工况 5：开挖土体至第一道支撑底 宁波新世界广场 1#地块项目基坑三维有限元分析报告 9 （a）土体竖向位移云图 （b）土体竖向位移剖断面图 工况 712、：开挖土体至第二道支撑底 （a）土体竖向位移云图 宁波新世界广场 1#地块项目基坑三维有限元分析报告 10 （b）土体竖向位移剖断面图 工况 9：开挖土体至第三道支撑底 （a）土体竖向位移云图 （b）土体竖向位移剖断面图 工况 11：开挖土体至第四道支撑底 宁波新世界广场 1#地块项目基坑三维有限元分析报告 11 （a）土体竖向位移云图 （b）土体竖向位移剖断面图 工况 12：开挖土体至基坑底 （a）土体竖向位移云图 宁波新世界广场 1#地块项目基坑三维有限元分析报告 12 （b）土体竖向位移剖断面图 工况 14：拆撑，施工 B2 板 （a）土体竖向位移云图 （b）土体竖向位移剖断面图 工况 13、15：拆撑，施工 B1 板 宁波新世界广场 1#地块项目基坑三维有限元分析报告 13 （a）土体竖向位移云图 （b）土体竖向位移剖断面图 工况 16：拆撑，施工 B0 板 图 2-1 土体竖向位移云图 表 2-2 土体竖向位移场计算结果汇总表 施工 步骤 坑外最大沉降值（mm）沉降最大值位置 坑底回弹累计值（mm）坑内回弹累计 最大值位置 工况 5 3.6 基坑南侧 12.4 基坑内中心位置 工况 7 8.4 基坑南侧 32.8 基坑内中心位置 工况 9 12.2 基坑南侧 44.3 基坑内中心位置 工况 11 16.1 基坑南侧 51.8 基坑内中心位置 工况 12 18.0 基坑南侧 5914、.1 基坑内中心位置 工况 14 18.0 基坑南侧 59.1 基坑内中心位置 工况 15 18.0 基坑南侧 59.1 基坑内中心位置 工况 16 18.0 基坑南侧 59.1 基坑内中心位置 宁波新世界广场 1#地块项目基坑三维有限元分析报告 14 图 2-2 地表沉降最大值变化趋势 根据各工况土体竖向位移云图 2-1，整理出土体竖向位移场计算结果汇总表如表 2-2所示以及地表沉降最大值变化趋势图如图 2-2 所示。地表沉降影响范围约为 3H（H 为基坑开挖深度）；沉降模式为凹槽型；随着基坑的逐步开挖，地表沉降量逐步增大，在基坑开挖到坑底时沉降量达到最大并趋于稳定；基坑四周地表最大沉降量发15、生在基坑南侧中部位置，最大值出现在基坑开挖到坑底后，大小为 18.0mm。此模型计算的地表沉降对应于地层损失法的计算原理，适用于饱和软黏土不排水条件下的计算。计算中未能考虑基坑降水使土层固结沉降；坑边地面堆土、堆载、交通运输；以及饱和砂土颗粒流失等引起坑外土体位移的影响因素。2.2.2 地铁隧道位移 在位移计算结果中，水平位移表示向坑内移动，竖向位移以向上移动为正。地铁隧道位移以增量的形式显示，即只显示由于本项目基坑施工引起的位移量。宁波新世界广场 1#地块项目基坑三维有限元分析报告 15 （a）水平位移 （b）竖向位移 （c）总位移 工况 5：开挖土体至第一道支撑底 宁波新世界广场 1#地块16、项目基坑三维有限元分析报告 16 （a）水平位移 （b）竖向位移 （c）总位移 工况 7：开挖土体至第二道支撑底 宁波新世界广场 1#地块项目基坑三维有限元分析报告 17 （a）水平位移 （b）竖向位移 （c）总位移 工况 9：开挖土体至第三道支撑底 宁波新世界广场 1#地块项目基坑三维有限元分析报告 18 （a）水平位移 （b）竖向位移 （c）总位移 工况 11：开挖土体至第四道支撑底 宁波新世界广场 1#地块项目基坑三维有限元分析报告 19 （a）水平位移 （b）竖向位移 （c）总位移 工况 12：开挖土体至基坑底 宁波新世界广场 1#地块项目基坑三维有限元分析报告 20 （a）水平位移 17、（b）竖向位移 （c）总位移 工况 14：拆除第四道支撑，施工 B2 板 宁波新世界广场 1#地块项目基坑三维有限元分析报告 21 （a）水平位移 （b）竖向位移 （c）总位移 工况 15：拆除第三道支撑，施工 B1 板 宁波新世界广场 1#地块项目基坑三维有限元分析报告 22 （a）水平位移 （b）竖向位移 （c）总位移 工况 16：拆除第二道、第一道支撑，施工 B0 板 图 2-3 地铁隧道位移云图 宁波新世界广场 1#地块项目基坑三维有限元分析报告 23 表 2-3 地铁隧道计算结果汇总表 施工步骤 水平位移最大值（mm）竖向位移最大值（mm）总位移最大值（mm）位置 工况 5 0.8 18、0.2 0.8 地铁隧道中段 工况 7 2.3 0.7 2.4 地铁隧道中段 工况 9 3.6 1.1 3.8 地铁隧道中段 工况 11 5.1 1.6 5.3 地铁隧道中段 工况 12 6.3 2.1 6.7 地铁隧道中段 工况 14 6.3 2.1 6.7 地铁隧道中段 工况 15 6.3 2.1 6.7 地铁隧道中段 工况 16 6.3 2.1 6.7 地铁隧道中段 图 2-4 地铁隧道位移最大值变化趋势 宁波新世界广场 1#地块项目基坑三维有限元分析报告 24 图 2-5 地铁隧道位移最大值增量变化趋势 根据各工况地铁隧道位移云图（图 2-3），整理出地铁隧道计算结果汇总表如表 2-319、所示以及地铁隧道水平位移和沉降最大值变化趋势图如图 2-4 所示。基坑施工引起地铁隧道产生向基坑方向的水平位移及沉降，以水平位移为主。地铁隧道水平位移和沉降的最大值均出现在基坑开挖坑底时并在之后趋于稳定，最大值分别为 6.3mm 和 2.1mm，隧道变形总位移为 6.7mm。此结果计算的是由基坑开挖引起的位移量，不包括轨道交通地铁隧道结构物在自身受力作用下引起的位移量、其他工程活动引起的位移量以及土体长期固结蠕变引起的位移量。另外，由图 2-5 地铁隧道位移最大值增量变化趋势可知，隧道水平位移和沉降在工况 11（开挖至第四道支撑底）和工况 12（开挖至基坑底）两个工况中出现突增。究其原因，是因20、为地铁隧道的中心埋深刚好在工况 11 和工况 12 开挖深度范围内，基坑内侧土体的卸除导致地铁隧道随着基坑外侧土体向基坑方向位移。为进一步优化方案，减少基坑施工对地铁隧道的影响，在基坑土方开挖施工过程中（特别是基坑北侧），应严格遵循“时空效应理论”，分区分块进行，并采取其它相应措施控制变形。并且建议临近地铁隧道（或区间站）的地下室基坑的开挖深度尽量保持在地铁隧道顶部以上一定距离。宁波新世界广场 1#地块项目基坑三维有限元分析报告 25 2.2.3 计算结果汇总 上述计算结果汇总如表 2-4 所示，表中的支护结构位移中，东西向位移的正值指向正东向，南北向位移的正值指向正南向，地铁隧道水平位移正值指向坑内，竖向位移正值指向上。表 2-4 各工况计算结果汇总 项目 工况 位移 最大值（mm）地表沉降 工况 16 基坑南侧 18.0 水平位移 6.3 竖向位移 2.1 地铁隧道位移 工况 16 总位移 6.7