試論地鐵深基坑支護(hù)變形的影響因素及預(yù)防措施

摘 要：隨著地鐵深基坑的施工，為了保證施工安全，需要采取降水措施。深基坑側(cè)向土體的物理力學(xué)性質(zhì)將不可避免地因水土流失而發(fā)生變化。而地鐵工程的開展一般位于地面以下，得謹(jǐn)慎處理，并且深基坑的支護(hù)問題是地鐵工程的重要步驟，因此在設(shè)計(jì)和施工中，我們應(yīng)考慮詳細(xì)，全面分析，做到滴水不漏且防患于未然。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)資料和一系列數(shù)據(jù)對(duì)深基坑支護(hù)體系進(jìn)行變形預(yù)判，并對(duì)開挖方案和支護(hù)參數(shù)進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。該方法能有效地指導(dǎo)基坑施工，使得基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形始終處于可操控狀態(tài)，以保障施工安全，起到一定的預(yù)防作用，避免事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：地鐵深基坑；支護(hù)變形；施工影響；預(yù)防措施

引言：隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，城市化進(jìn)程加快，深基坑工程日益增多，顯示出超大規(guī)模、超深開挖、不規(guī)則幾何尺寸、小場(chǎng)地、環(huán)境復(fù)雜敏感等特點(diǎn)。深基坑建設(shè)規(guī)模與現(xiàn)有設(shè)計(jì)理論之間的不相容性突出，現(xiàn)有強(qiáng)度控制設(shè)計(jì)理論難以滿足周圍復(fù)雜敏感環(huán)境的要求。了解地鐵深基坑支護(hù)變形的影響措施以及預(yù)防措施，是現(xiàn)在的首要任務(wù)。

一.地鐵深基坑支護(hù)變形的原因

（1）在深基坑的設(shè)計(jì)和施工過程中，必須保證基坑不塌陷，即保證基坑工程的穩(wěn)定性。然而，由于地鐵深基坑大多位于城市地區(qū)，基坑周圍有許多密集的建筑物，因此對(duì)基坑變形的環(huán)境影響也是嚴(yán)格要求的。影響基坑變形的因素很多，大概包括設(shè)計(jì)因素、施工因素和自然土體因素。其中，設(shè)計(jì)因素包括基坑的平面尺寸和深度、擋土墻的剛度和深度、支座的剛度和支座的數(shù)量、支座的位置、預(yù)應(yīng)力的水平和土體的加筋。據(jù)統(tǒng)計(jì)，設(shè)計(jì)因素引起的基坑事故占46%。因此，有必要從設(shè)計(jì)本身來研究設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)基坑變形的影響，這是非常必要的。由于數(shù)值模擬方法可以考慮不同工況下深基坑的變形和內(nèi)力變化，取得了大量的研究成果。根據(jù)某地的環(huán)境特點(diǎn)，揭示了當(dāng)?shù)氐牡罔F深基坑的損壞規(guī)律?；訐p壞時(shí)，首先在地表以下一定深度范圍內(nèi)形成局部剪切帶，裂縫的發(fā)展導(dǎo)致局部地層失穩(wěn)，從而導(dǎo)致基坑失穩(wěn)范圍的增加。地下水是基坑事故的導(dǎo)火線之一。結(jié)合室內(nèi)模型試驗(yàn)，得出無支撐基坑漸進(jìn)破壞規(guī)律和無支護(hù)基坑的臨界穩(wěn)定深度。

（2）在施工過程中，軟土力學(xué)性質(zhì)的變化是復(fù)雜的。目前，一個(gè)固定的、精確的計(jì)算模型是不可能描述的。基坑支護(hù)體系的變形主要應(yīng)用于施工現(xiàn)場(chǎng)的理論預(yù)判和實(shí)際監(jiān)管和測(cè)試。從大量的實(shí)踐報(bào)告來看，實(shí)際監(jiān)管和測(cè)試與理論計(jì)算有不同程度的差異，這主要是由于計(jì)算模型與實(shí)際工作條件、理論假設(shè)和實(shí)際應(yīng)力條件的不同導(dǎo)致的。因此，理論計(jì)算結(jié)果不能用于操控實(shí)際施工，達(dá)到控制變形的目的。所以建立一套預(yù)判和控制基坑變形的方法，對(duì)于保證基坑的安全施工具有重要意義。結(jié)合實(shí)際工程中的反分析原理，探討了基坑支護(hù)體系變形預(yù)判的有效方法。介紹了變形預(yù)判的原理和變形預(yù)判的特征1.1原則，將有限元法與工程實(shí)踐相結(jié)合，根據(jù)各工況的實(shí)際位移測(cè)量信息。建立了第五個(gè)階段的科學(xué)技術(shù)、土力學(xué)模型和相關(guān)邊界條件，建立了目標(biāo)函數(shù)，并利用優(yōu)化方法對(duì)基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的土性參數(shù)和力學(xué)參數(shù)進(jìn)行了搜索。對(duì)變形值進(jìn)行了近似計(jì)算。利用已完成工作條件的實(shí)測(cè)信息，對(duì)擋土墻的土體M值和支護(hù)結(jié)構(gòu)的剛度和支護(hù)進(jìn)行分析。采用正態(tài)分析法預(yù)判下一工況下墻體的變形、內(nèi)力和載力，進(jìn)行動(dòng)態(tài)優(yōu)化，以指導(dǎo)工程施工和控制變形。在此基礎(chǔ)上，利用地鐵車站深基坑開挖的條件和監(jiān)管和測(cè)試信息，利用優(yōu)化分析對(duì)土體和支護(hù)結(jié)構(gòu)的力學(xué)參數(shù)進(jìn)行反演，并對(duì)其變形進(jìn)行預(yù)判。通過對(duì)桿系的有限元計(jì)算，得出樁壁在下一工況下的受力和支承力。

（3）根據(jù)沉降槽在施工中的位置，利用等代荷載原理分析基坑開挖對(duì)周圍施工的影響，并在三角形荷載和簡(jiǎn)支梁U模型下計(jì)算懸臂梁模型。提出了均勻載荷的概念。該模型能較好地模擬建筑物的應(yīng)力和變形的情況，為制定變形控制標(biāo)準(zhǔn)提供了依據(jù)。

二.地鐵深基坑支護(hù)變形的預(yù)防辦法

（一）思想重視 嚴(yán)格施工

思想上重視深基坑支護(hù)的重要性施工單位項(xiàng)目管理人員要充分認(rèn)識(shí)深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)與施工所要達(dá)到的目的和作用，并讓每位參與者都了解施工的每一個(gè)環(huán)節(jié)。嚴(yán)格執(zhí)行深基坑支護(hù)施工規(guī)范和操作規(guī)程，保障施工技術(shù)方案的實(shí)施。項(xiàng)目部要做好安全教育工作，樹立牢固的“安全第一、預(yù)防和綜合管理”的安全方針。并且所有安全工作都要落實(shí)到每個(gè)人身上，提高全體成員的安全意識(shí)避免造成不必要的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。要詳細(xì)分析施工中存在的安全隱患，并設(shè)置警示標(biāo)志，提醒工人時(shí)刻注意安全。對(duì)深基坑支護(hù)工程的應(yīng)急救援預(yù)案進(jìn)行應(yīng)急演練，避免發(fā)生危險(xiǎn)，耽誤時(shí)間，延誤工期，發(fā)生安全事故，以及嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。在地鐵深基坑開挖過程中，必須要設(shè)置專門的人員定期檢測(cè)基坑的穩(wěn)定性。現(xiàn)場(chǎng)也應(yīng)該設(shè)有一定數(shù)量的編織袋和鋼管，用于應(yīng)急使用。在危險(xiǎn)的情況下，可以卸在坡頂上，加長(zhǎng)加密土釘，填筑土釘或回填等。在暴雨過程中，應(yīng)設(shè)置足夠的排水設(shè)施，并安排專門人員進(jìn)行抽水。樁帽土方開挖。蓋層開挖后，應(yīng)盡快將墊層倒出，并及時(shí)砌筑磚模，以填補(bǔ)磚模的外側(cè)?；又車鷳?yīng)安裝梯子，以保障施工人員在危險(xiǎn)發(fā)生時(shí)及時(shí)撤離?，F(xiàn)場(chǎng)必須保障挖掘機(jī)可以隨時(shí)調(diào)用，這樣當(dāng)發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)，側(cè)壓力和回填壓力可以降低。

（二）提前踩盤 設(shè)立方案

在施工中嚴(yán)格控制施工質(zhì)量深基坑支護(hù)工程施工前，有關(guān)人員應(yīng)對(duì)當(dāng)?shù)剡M(jìn)行踩盤、熟悉本項(xiàng)目施工設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)場(chǎng)周圍狀況。降水系統(tǒng)也應(yīng)保障正常工作。施工過程中施工單位不得隨意改變錨桿位置、長(zhǎng)度、型號(hào)、數(shù)量等，對(duì)載力鋼筋的結(jié)構(gòu)、鋼筋網(wǎng)間距、鋼筋數(shù)量、加強(qiáng)筋范圍、放坡系數(shù)等應(yīng)及時(shí)檢測(cè)。如果設(shè)計(jì)方案改變，必須重新進(jìn)行專家論證?；又ёo(hù)和土方開挖應(yīng)互相配合，堅(jiān)持分層分段開挖和分層分段支護(hù)的施工原則。土方開挖的順序和具體開挖的方法必須與設(shè)計(jì)的工作情況相一致，并遵守“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴(yán)禁超挖”的原則。

（三）隨機(jī)應(yīng)變 及時(shí)校正

加強(qiáng)深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形觀測(cè)，及時(shí)監(jiān)管和測(cè)試深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形，監(jiān)管和測(cè)試工作是深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的安全眼。通過對(duì)監(jiān)管和測(cè)試數(shù)據(jù)的及時(shí)分析，及時(shí)了解偏差并分析，及時(shí)了解基坑土體變形情況，挖掘土方沉降。地下管線的變形與變形通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)管和測(cè)試，及時(shí)掌握基坑開挖對(duì)周圍環(huán)境的影響，有效指導(dǎo)施工，立即修改施工方案，使之有效。通過對(duì)監(jiān)管和測(cè)試數(shù)據(jù)的及時(shí)分析，對(duì)設(shè)計(jì)中的偏差、地下室施工中設(shè)計(jì)參數(shù)的及時(shí)修正、施工部位的相應(yīng)補(bǔ)救措施和控制措施進(jìn)行了探討。因此，要求現(xiàn)場(chǎng)變形監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)必須及時(shí)、精準(zhǔn)、可靠，要求變形觀測(cè)人員嚴(yán)格按照預(yù)定的設(shè)計(jì)方案精心測(cè)量、認(rèn)真負(fù)責(zé)，保證觀測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。如果在實(shí)際測(cè)量中確實(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，需要立即對(duì)其研究采取緊急措施防止惡化。如果出現(xiàn)較大的變動(dòng)或移位，立即分析主要原因，并進(jìn)行可靠的加固設(shè)計(jì)和施工方案，使加固工作快速有效，防止變形或滑動(dòng)繼續(xù)發(fā)展。安排好觀察點(diǎn)，加強(qiáng)過程監(jiān)督管理及測(cè)試數(shù)據(jù)的分類、收集、整理和分析，是十分重要的。深基坑支護(hù)工程是基礎(chǔ)工程施工中的難點(diǎn)和重點(diǎn)，深基坑支護(hù)工程的成敗對(duì)工程的質(zhì)量、工期和成本及周圍環(huán)境都有較大影響。

三.結(jié)束語

因此，在深基坑支護(hù)施工中必須遵循施工規(guī)范及操作規(guī)程和設(shè)計(jì)要求，狠抓事故隱患，防患于未然，加強(qiáng)安全教育，重視安全檢測(cè)等工作，是實(shí)現(xiàn)深基坑安全生產(chǎn)的根本保障。在施工中，必須嚴(yán)謹(jǐn)數(shù)據(jù)，及時(shí)校正，拒絕偏差與漏洞，做好地鐵深基坑支護(hù)變形的有效預(yù)防。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

李顏志（1990—）男，四川成都，助理工程師，中鐵科學(xué)研究院有限公司。

（作者單位：中鐵科學(xué)研究院有限公司）