市政工程中深基坑开挖过程水平位移影响数值探究

市政工程中深基坑开挖过程水平位移影响数值探究

舒勇

云南互新通路桥工程有限公司  单位邮编：67500

摘要：随着城市化进程的推进，市政工程建设在城市的各项建设中占有举足轻重的地位。深基坑开挖作为市政工程的重要组成部分，其安全、经济、环保等方面的要求日益严格。深基坑开挖施工中，位移控制是一个关键要素，直接影响整个基坑工程的安全稳定性。本文主要探讨市政工程中深基坑开挖过程中水平位移的影响数值，以期为工程实践提供理论支持和技术指导。

关键词：市政工程；深基坑开挖；位移影响

引言：

在城市化进程中，土地紧张的问题逐渐暴露出来，利用地下空间是缓解城市发展和土地供给紧张之间的一个重要途径。在地下空间的开发中，深基坑工程占据举足轻重的地位，深基坑开挖期间需做好基坑支护结构的分析工作，确定其水平位移，从而有针对性地采取施工措施。

一、深基坑施工技术要点

深基坑施工是城市建设中常见的一项工程，特别是在地铁、高层建筑等项目中。其主要特点包括施工环境复杂、技术要求高、安全风险大等。由于深基坑施工涉及大量土方开挖，对周围土体的稳定性、地下水位、周围建筑物等都可能产生影响，因此施工过程中需要严格控制各项技术参数，确保工程安全。其中，深度、宽度、长度等尺寸指标决定了基础的承载能力，而水平位移则影响到基础的稳定性，进而影响到整个基坑工程的安全性。

二、深基坑开挖过程中的水平位移的影响因素及计算方法

深基坑开挖时，水平位移是必须考虑的因素之一，它与基坑的形状、周边地质条件、降水情况等因素有关。①基坑形状，不同形状的基坑，会产生不同的水平位移，比如圆形基坑比方形基坑更容易出现水平位移；②周边地质条件，不同地质条件下的基坑开挖，也会导致不同的水平位移、一般来讲，软弱层下基坑开挖容易发生较大的水平位移；③降水情况，雨水渗透到基坑内，会增加基坑内的压力，从而引起水平位移的变化；④基坑开挖工艺，不同开挖方式会导致不同程度的基坑变形，进而影响水平位移的大小；⑤基坑围岩质量，围岩的质量会影响基坑的稳定性，从而影响水平位移的变化。基于上述影响因素，可以采用有限元法进行水平位移的数值模拟，并结合实际数据进行验证。通过数值模拟结果可得到合理的设计决策依据。

对于不同类型的基坑而言，其水平位移的变化程度也不尽相同。为了更好地掌握深基坑开挖过程中的水平位移变化的情况，可以采用多种方式进行测量和计算。例如，通过GPS定位系统来获取位置数据并对其进行处理；使用激光测距仪或电量计等设备来实时监测基坑内液压泵的工作状态以及液压泵产生的压力变化；结合现场观测资料，运用数学模型进行数值模拟。这些手段都可以帮助工程师更准确地预测和控制基坑内的水平位移变化情况[1]。

三、深基坑开挖的数值模拟方法（以某地铁站建设为例）

随着城市化的快速发展，地下空间的开发利用变得日益重要。深基坑开挖作为地下工程建设的关键环节，其施工安全和稳定性备受关注。数值模拟方法作为一种有效的工程分析工具，在现代工程设计中扮演着重要角色。

1.数值模拟方法介绍

数值模拟方法通常包括有限元法、有限差分法、边界元法等。其中，有限元法以其较高的计算精度和广泛的应用范围，成为深基坑开挖数值模拟中常用的方法。该方法基于离散化原理，将连续体划分为有限个单元，通过求解每个单元的节点力和位移，进而得到整个结构的力学行为。

2.数值模拟实例

某地铁站在地下，需要修建一条长约100米的隧道穿过市区中心地带。为此，需要在市中心建造两个大型深基坑。为了保证隧道的顺利施工和安全运行，需要对这两个深基坑进行详细的数值模拟研究。首先，选取两个深度分别为30米和40米的深基坑，分别设置了10个单元和20个单元，然后进行了有限元法的数值模拟。在数值模拟的过程中，采用了一些优化算法，如迭代法、最小二乘法等，以提高计算效率和精度。接着，通过数值模拟的结果，得到了两个深基坑的垂直位移分布图，并对各区间的平均值进行了统计分析[2]。最后，综合以上分析结果，得出了两个深基坑的开挖方案和相应的安全措施。即在深基坑开挖过程中，应加强对基坑围岩质量和周边地质条件的监控，同时采取适当的防滑措施和加固措施，以避免因水平位移引起的安全问题。

3.开挖过程及边界条件处理

在数值模拟中，开挖过程的模拟是关键。通常可以通过逐步移除模型中的土体来模拟基坑开挖过程。与此同时，需要合理设置边界条件，如限制模型在水平方向和竖直方向的位移，以模拟实际情况下的约束条件。例如，在数值模拟中，可以设定底板顶面高度为0.5m以下的区域不被允许移动；也可以设定底板底部的高度不能低于一定距离的地面。此外，还需考虑地下水的影响，合理设置水压力边界条件。在地铁站建设中，由于地下空间受地下水的作用较大，所以需要特别注意地下水位的模拟。这样，就可以更加精确地模拟深基坑开挖过程中的水平位移的变化情况。

4.结果分析与优化

完成模型计算后，需要对计算结果进行分析。通过与实验结果或实际监测数据进行对比，验证模型的准确性。在此基础上，对计算结果进行深入分析，找出可能影响基坑稳定性的关键因素，如支护结构变形、土体应力分布等。针对发现的问题，提出相应的优化措施，如调整支护结构参数、优化开挖步骤等，以提高基坑开挖的安全性和经济性

[3]。例如，在数值模拟中，发现某个部位的支撑柱变形过大，可能会造成基坑不稳定的现象。对此，建议在该部位增加更多的支撑桩或者更换较坚硬的材料；或者在开挖前，先用钻孔机打洞，再进行开挖操作。这样的改进措施能够有效降低基坑开挖过程中的水平位移的变化幅度，保障工程的安全和稳定。总的来说，数值模拟是一种高效且精确的方法，能够有效地解决深基坑开挖过程中的各种问题。通过数值模拟方法的研究和应用，不仅能提高工程设计的可靠性和安全性，还能够降低成本和时间消耗。

结束语：综上所述，数值模拟方法已成为深基坑开挖过程中的重要辅助工具，具有广阔的应用前景。尤其是在复杂地质条件下，数值模拟方法可以提供更为精准的数据支持，有助于实现高标准的基础设施建设目标，最终提升城市基础设施整体素质。

参考文献

[1]张弛.软土地区深基坑围护体变形及对临近管线影响研究[D].西安科技大学,2019.

[2]沈立.复杂环境下深基坑施工技术优化及决策[J].价值工程,2024,43(08):20-24.

[3]许佳.基坑开挖对周边构筑物竖向位移的影响分析[J].中国水运(下半月),2024,24(03):138-140.