直线型基坑支护以竖向受弯为主，而圆形地下连续墙的环向拱效应使支护结构同时包含了环向受压和竖向受弯两种状态。考虑到地下连续墙是由一幅幅槽段组合而成，槽段接缝处如果控制不当，可能会产生施工缺陷，影响墙体槽段间的传力，进而会影响地下连续墙的承载性能。

在基坑开挖阶段地下连续墙计算，目前通常采用平面杆系分析模式，即水土压力全部由围护墙竖向承担，计算模型采用施加水土压力和支撑前期位移的方式，模拟开挖过程中水土压力的分配，即“先期位移法”计算；回筑阶段则采用增量方法，最后得到全过程的内力和变形，并以此合理选择地下连续墙的截面尺寸，进行相应的弯剪配筋。

采用平面弹性地基梁分析模式，地墙配筋偏于安全，但不尽合理，变形值对环境保护也很不利，因此圆井方案不适合采用竖向设计的理念。

5.1.2.1　圆形竖井地墙的空间受力特点分析

圆形竖井的地下连续墙受力，有明显的空间效应，目前的规范分析方法和破坏模式并不完全合适。这主要是因为：

（1）计算模型：竖井基坑采用逆作结构，构件厚度在不断变化，难以采用“先期位移法”，每一步都需采用增量模型、最后逐步叠加的方法。

（2）计算荷载：由于圆井基坑的空间效应，每步开挖的荷载增量，都沿竖向和环向进行分配，且环向分配比例更高。

（3）破坏模式：圆井基坑环向受力为主，除了竖向弯剪破坏，还要更注重分析环向地墙接缝张开、错动等可能性。

有效发挥圆形竖井环向受力，可以减少地墙竖向配筋，控制变形，提高保护环境的能力。

5.1.2.2　竖井围护墙分析模式

图5-7　竖向计算步示意图

（1）环向分析：圆形竖井（深度H＞直径D）的优点是结构以环向受压为主，但实际工程中，圆形围护结构的环向受力，受地墙分幅、定位偏差、垂直度偏差、周边建筑荷载、不均匀超载、局部渗漏水、不均匀开挖等不利因素影响，因此需要对这些不利因素进行量化分析，复核地墙厚度、施工精度等内容是否满足环向受力要求。

（2）竖向分析：当偏载、施工精度等不利因素占比较大时，地下连续墙将由环向受压转向小偏压乃至大偏压，地下连续墙由环向受力逐渐转向竖向受力；墙缝夹泥或局部缺陷等不确定性质量因素，也将影响到圆形围护的环向受力，需要对地下连续墙竖向进行设计。

竖向分析可采用弹性地基梁模式，如图5-7所示。其中开挖面上部的支撑刚度采用环梁+地下连续墙刚度，或者内衬+地下连续墙环向刚度，开挖面范围考虑地下连续墙环向刚度，开挖面以下采用地下连续墙环向刚度+土弹簧刚度。

5.1.2.3　竖井围护墙环向分析

（1）环向破坏模式

理想圆形结构在均匀荷载作用下，结构以环向受力为主，较薄的墙厚就可以抵抗很高的外荷载。实际圆形竖井工程中，受地下连续墙分幅（以直代曲）、定位及垂直度偏差、建筑荷载、局部超载、局部渗漏水、不均匀开挖等不利因素影响，圆形竖井围护墙环向轴心受压难以实现，而是逐渐转向偏压受力。当上述不利因素占比越来越大时，环向受力会向大偏压发展。此时墙幅接缝张开、环向作用变弱，地下连续墙转向竖向弯剪受力，围护变形增大，渗漏风险增加，圆形结构的优势不复存在，如图5-8所示。

图5-8　地下连续墙接缝问题

因此需要对地下连续墙的施工精度、超载、渗漏水、不均匀开挖等不利因素进行分析限定，确保圆形竖井围护墙的环向受力，使地下连续墙环向受力满足以下3条件：

①墙缝不张开：地下连续墙环向不发展至大偏压，即ES ＜ER=B／6（B 为墙幅有效搭接厚度）；

②墙缝不错动：墙缝剪力VS＜VR=μN（N 为地墙环向轴力，μ为摩擦系数，取0.4）；

③环向轴压满足：即1.25NS ＜NR=fCB（N 为轴力设计值，fC为混凝土轴心抗压强度设计值）。

（2）环向受力不利因素分析

①日本指南偏载分析方法

日本竖井设计施工指南的圆井环向分析模式中，针对影响圆形围护墙环向受力的不利因素，采用施加（综合）偏载的方式进行模拟（图5-9），即对围护墙施加综合偏载来反映不利因素的影响，综合偏载取全部侧向压力（水压力+土压力）的5%～10%或者土压力的20%。

对像东京都外围隧道工程这类史无前例的大规模地下构筑物，日本方面对1＃～4＃竖井的受力情况进行了实测和分析，包括作用在构筑物上的外压及受力响应等进行了实测，再根据得到的实测数据对大规模、大深度构筑物的设计方法进行了验证。

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图5-9　日本分析模式

竖井的计算模型是采用横断方向模型（环向型）和垂直方向模型（弹塑性法）两种计算模型进行（图5-10）。

图5-10　竖井设计计算模型

根据各参考断面中钢筋应力度的测量值计算出的偏压值（实测值），比设计采用的偏压值（设计值）小，见表5-1；相对设计上有效土压实测值的偏压比列在20%以下，推测设计时设定的偏压值是妥当的。

同时，通过计算设计中采用的侧压（有效水压+土压）的偏压比例，大致在2%～6%及10%以下，因此又得出偏压值取全部侧向压力（水压力+土压力）的5%～10%是妥当的。

表5-1　相对设计有效土压的实测偏压值的比例

②偏载组合模式分析

挡土墙受到的偏压值，对设计结果影响很大，影响圆形竖井地下连续墙环向受力的因素可以分为两大类：第一类是荷载不均匀性，包括地层不均匀、相邻构筑物荷载不均匀、施工荷载不均匀等；第二类是结构不均匀性，包括围护墙圆度、围护墙质量等，如表5-2所示。

表5-2　圆形围护墙环向受力的影响因素

由于偏载较多，相互之间的组合较为复杂。圆形筒体围护结构在外荷载作用下，环向刚度明显大于竖向刚度，环向承担大部分荷载，因此为简化偏载的组合分析，可以将偏载的空间组合作用分析简化为不同深度的平面环向受力分析，通过分析平面的偏载组合，计算其最不利环向受力状态，从而判定围护墙环向受力是否满足要求。

偏载平面组合的目的，是分析圆环平面最不利的受力状态，从变形角度应使圆环产生最大变形，即偏载组合应使圆环尽可能向扁平（偏压）发展（图5-11），以最大变形点和变形方向作为偏载组合的基准。

图5-11　偏载最不利组合示意图

大深度地下连续墙接缝施工质量控制难，竖井内外水压差又很大，局部渗漏引发的竖井周边水压不均匀风险是存在的。国内外大深度竖井（穿黄隧道、东京湾隧道、东京都外围隧道等）渗漏事故并不少见，墙幅接缝、墙身裂缝、预埋接驳器等，均是高风险漏点。

东京都外围隧道工程1＃竖井施工中，在连续墙的后行槽壁中发现裂缝并发生涌水。1＃竖井的挡土连续墙，先行槽壁长6.33m，后行槽壁长2.4m。由于接头时采用混凝土切铣工法施工，后行槽壁受到很大的外部约束，由温度应力引发了贯通裂缝，导致连续墙的止水性能降低。对于透水系数小的土层，由于连续墙局部止水性能发生变化，作用在连续墙上的水压也发生变化，这成为产生大的偏水压的原因。

在大深度、大规模圆形工作井中，偏压主要是由水压产生的，尤其是透水系数在10-4cm／s以下的土层，当挡土墙的止水性能下降时，水压大幅度降低，并对挡土的连续墙的受力带来很大的影响。

在大深度圆形工作井中，由于偏侧压作用对设计的影响是很大的，因此事先对包括抽水试验等的地质调查方法及挡土墙的施工方法都进行充分考虑的基础上来设计荷载是十分重要的。此外，在地连墙施工和抽水时，选择不发生侧偏压的施工方法和运行方法也是十分重要的。

由于被预计偏侧压的方向在各土层是不同的，在二维模型中无法准确分析挡土墙受力特性，因此，采用三维模型分析就比较重要。

5.1.2.4　围护墙竖向受力分析

根据竖井围护型式，取顶圈梁、环梁、内衬墙作为平面框架，计算等效支撑弹簧的刚度。刚度可按以下公式计算：

式中 K——环梁的等效弹性支撑系数（kN／m2）；

　　 E——环梁材料的弹性模量（kN／m2）；

　　 A——环梁截面面积（m2）；

　　 R——环梁中心线初始半径（m）。