復(fù)雜環(huán)境下礦山基坑工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐研究

顧海龍，柳國(guó)明，王逢爽

（1.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局八〇一水文地質(zhì)工程地質(zhì)大隊(duì)，山東 濟(jì)南 250014；2.山東省地礦工程勘察院，山東 濟(jì)南 250014）

我國(guó)工程施工以及其地下空間不斷發(fā)展，在復(fù)雜環(huán)境下的基坑開(kāi)挖隨之不斷增加，所以如何減小深大基坑工程開(kāi)挖對(duì)周邊環(huán)境的影響逐漸成為如今的重點(diǎn)研究方向。而基坑開(kāi)挖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工程施工既應(yīng)考慮周邊環(huán)境的安全，也應(yīng)使整體施工方便、工期合理并考慮到整體經(jīng)濟(jì)性。因此對(duì)于復(fù)雜環(huán)境下的礦山工程深大基坑工程的設(shè)計(jì)與施工進(jìn)行研究，有利于礦山開(kāi)采行業(yè)的整體發(fā)展，有利于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步提升。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

本工程為綜合性礦山地質(zhì)結(jié)構(gòu)，地處復(fù)雜區(qū)域，周邊均為灌木以及綜合性地質(zhì)環(huán)境，本工程地塊基本呈正方形，總用地面積約四萬(wàn)七千平方米，地上2層，地下3層?；娱L(zhǎng)210m、寬202m，周長(zhǎng)約950m，屬于深大基坑工程。

表1 地層物理力學(xué)性質(zhì)綜合成果表

1.2 礦山工程地質(zhì)和水文條件

本礦山工程施工場(chǎng)地處于沖積平原地帶，基礎(chǔ)覆蓋層依次為填土層、沖積層和殘積層，詳細(xì)地層參數(shù)見(jiàn)表一所示。水文條件方面，地層中沖洪積砂土層為中等透水層，其余地層為唯一弱透水層，總體呈現(xiàn)以弱透水為主。

2 支護(hù)結(jié)構(gòu)常用類(lèi)型及使用條件

深大基坑的設(shè)計(jì)和施工中支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)施極其重要，在其眾多種類(lèi)中，放坡、坡體加固和排樁較為常見(jiàn)[1]。在工程施工深大基坑的設(shè)計(jì)中，根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同特點(diǎn)，例如地質(zhì)環(huán)境、工程目標(biāo)要求、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、用途種類(lèi)以及施工方法等，進(jìn)行合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)選擇是一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)。

2.1 自穩(wěn)邊坡

自穩(wěn)邊坡屬于放坡型支護(hù)結(jié)構(gòu)，此類(lèi)結(jié)構(gòu)的邊坡保護(hù)與支護(hù)結(jié)構(gòu)為根據(jù)施工的具體地質(zhì)與特點(diǎn)進(jìn)行邊坡的保留并運(yùn)用土工膜的方式進(jìn)行保護(hù)與覆蓋，并可使用混凝土噴涂以及水泥砂漿噴涂進(jìn)行一定量的加固。其具體的使用范圍為，基坑開(kāi)闊并沒(méi)有重要地下管線的鋪設(shè)與經(jīng)過(guò)，周?chē)鷽](méi)有較近的建筑物或工程施工建筑物，有其他排布方式或地下管線已不再使用。當(dāng)坑底土質(zhì)地基較為松散的情況下，避免坑底變形過(guò)大時(shí)，可運(yùn)用反式放坡卸載。

2.2 復(fù)合噴錨支護(hù)

復(fù)合噴錨支護(hù)是對(duì)坡體進(jìn)行加固類(lèi)支護(hù)結(jié)構(gòu)的一種，此支護(hù)系統(tǒng)的護(hù)坡方式為在使用混凝土面層的同時(shí)用鋼筋網(wǎng)或錨桿等進(jìn)行加固，同時(shí)采用復(fù)合方式借助其它支護(hù)樁來(lái)解決坑底土質(zhì)較差而引發(fā)的坑底變形以及土層的滑動(dòng)問(wèn)題。這一方式多用于深層的厚軟土無(wú)法采用一般方式進(jìn)行解決的情況下，而深厚軟土以及其極易出現(xiàn)的滲水現(xiàn)象，可采用此種方式加以解決并且能夠做好防水問(wèn)題。

2.3 噴錨支護(hù)

噴錨支護(hù)也屬于坡體加固類(lèi)支護(hù)結(jié)構(gòu)，其護(hù)坡與擋護(hù)方式同復(fù)合噴錨支護(hù)類(lèi)似，都利用混凝土以及鋼筋網(wǎng)、錨桿等進(jìn)行加固操作，但此種方式多用于填土、巖性土以及粘性土質(zhì)當(dāng)中。但其限制條件為除巖質(zhì)土層外，支護(hù)深度最高不得超過(guò)5.9m。而在軟弱土層或深厚土層中使用時(shí)，支護(hù)效果欠佳，故其不適合在此類(lèi)土層中進(jìn)行設(shè)計(jì)與施工。

2.4 錨固式

錨固式分為單層或雙層結(jié)構(gòu)，此類(lèi)結(jié)構(gòu)屬于排樁類(lèi)支護(hù)，護(hù)坡方式主要為上列樁型加預(yù)應(yīng)力或非預(yù)應(yīng)力灌漿錨桿、螺旋錨或灌漿螺旋錨、錨定板以及冠梁與圍檀[2]。此類(lèi)結(jié)構(gòu)的適用范圍較廣，對(duì)于深度不同的基坑都能有所運(yùn)用并起到一定效果，并且其占用空間較小，但在運(yùn)用中必須設(shè)置避過(guò)障礙以及插入基坑，在相鄰工程施工的基坑的具體情況未能詳細(xì)了解時(shí)，不能進(jìn)行良好適配，并且此類(lèi)錨固不能設(shè)置在流動(dòng)性強(qiáng)的土質(zhì)中，細(xì)沙等土質(zhì)也不能進(jìn)行使用。

2.5 懸臂式或撐錨式支護(hù)

這兩類(lèi)支護(hù)類(lèi)型都屬于地下連續(xù)墻支護(hù)范疇，護(hù)坡方式主要使用連續(xù)墻機(jī)構(gòu)，例如鋼筋混凝土地下連續(xù)墻、灌注樁連續(xù)構(gòu)造以及SMW工法等，在設(shè)置時(shí)需要進(jìn)行內(nèi)部支撐與錨固。連續(xù)墻式結(jié)構(gòu)主要適用于超深基坑支護(hù)中，并常被作為逆作法進(jìn)行施工運(yùn)用。

3 工程難點(diǎn)與地質(zhì)分析

3.1 工程難點(diǎn)

（1）周邊環(huán)境復(fù)雜，有工程施工主干道，礦山隧洞東西兩側(cè)距離側(cè)壁開(kāi)挖僅5m，隧道頂板距離開(kāi)挖基底不足10m[3]。如何確保礦山隧道內(nèi)主干道的安全不受影響是本工程中的重要難點(diǎn)。

（2）在本工程基坑開(kāi)挖的周?chē)?，因其處于地質(zhì)較為復(fù)雜地段，故周邊有地下結(jié)構(gòu)分部，并且原基坑采用樁錨支護(hù)結(jié)構(gòu)，有部分錨固結(jié)構(gòu)施工位于本基坑場(chǎng)地內(nèi)。東側(cè)與西側(cè)地下結(jié)構(gòu)采用大放坡開(kāi)挖基坑，回填土成分復(fù)雜且成分較多，土壓力計(jì)算和模型建立存在一定程度的困難，為工程主體增加難度。

（3）基坑開(kāi)挖總體呈正方形形態(tài)，周長(zhǎng)較長(zhǎng)且開(kāi)挖深度超過(guò)20m，總體開(kāi)挖體量大，基坑內(nèi)外環(huán)境多變且復(fù)雜，開(kāi)挖難度較大。且還需考慮支護(hù)的安全性、經(jīng)濟(jì)性等因素，故本工程總體施工設(shè)計(jì)難度較大。

3.2 施工場(chǎng)地地質(zhì)條件分析

在深基坑開(kāi)挖的設(shè)計(jì)中，對(duì)于支護(hù)結(jié)構(gòu)以及各水井、隔滲設(shè)施以及地質(zhì)開(kāi)挖條件的設(shè)計(jì)與分析必不可少，這就要求在開(kāi)挖設(shè)計(jì)前進(jìn)行地形地貌與水文地質(zhì)條件的分析與掌握。必須對(duì)于基坑周邊的地表水環(huán)境以及地下水環(huán)境同周?chē)h(huán)境的形式與深度進(jìn)行整合分析并結(jié)合判斷。此礦山工程處于沖積平原地帶，其地下環(huán)境有強(qiáng)度極低的厚軟土以及黏土。詳細(xì)情況為地表2m～3m處為新填土，其下依次為厚粘性土與淤泥，土質(zhì)的多樣化導(dǎo)致位移的時(shí)常發(fā)生，基坑開(kāi)挖中涉及到的問(wèn)題較多，需要著重注意。

4 基坑開(kāi)挖設(shè)計(jì)

4.1 礦山地質(zhì)工程部分設(shè)計(jì)

因其基坑部分地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜，所以在開(kāi)挖前以及開(kāi)挖過(guò)程中都需要結(jié)合地質(zhì)周邊環(huán)境的影響，以及土層特點(diǎn)進(jìn)行綜合考慮并謹(jǐn)慎選擇支護(hù)方案。在礦山工程部分的基坑開(kāi)挖中，開(kāi)挖不久就遇到砂層并有滲漏現(xiàn)象出現(xiàn)，必須進(jìn)行相應(yīng)的降水處理。若使用深井降水法則會(huì)影響周邊環(huán)境安全與和諧，故采用止水帷幕力求減小降水漏斗的影響范圍[4]。而工程區(qū)域南側(cè)放坡距離相對(duì)較小，則可以使用成本投入相對(duì)低廉的噴錨支護(hù)法。而東、西兩側(cè)放坡距離較大，為確保施工空間以及預(yù)留車(chē)道，故采用鉆孔灌注樁加預(yù)應(yīng)力錨桿的支護(hù)方式。

4.2 施工區(qū)域東側(cè)支護(hù)措施

在施工區(qū)域東側(cè)位置上，此方位受厚軟土土層的影響相對(duì)較小，但因其有地貨物運(yùn)輸通網(wǎng)影響，則不可使用樁錨支護(hù)法。在基坑開(kāi)挖中必須避免形變以及控制開(kāi)挖深度。利用排樁法可以有效控制單排懸臂樁變形大、且支護(hù)深度有限的缺點(diǎn)。故使用排樁支護(hù)結(jié)構(gòu)運(yùn)用在東側(cè)，并使用內(nèi)部鋼筋進(jìn)行加固[5]。

4.3 區(qū)域南側(cè)支護(hù)措施

區(qū)域南側(cè)臨近周邊深部地質(zhì)，而南側(cè)深部地質(zhì)結(jié)構(gòu)同基坑相連，但由于南側(cè)工程施工時(shí)間較長(zhǎng)，裝置與設(shè)施存在老化現(xiàn)象，而樁基礎(chǔ)則正處于穩(wěn)定沉降狀態(tài)，所以此次施工若不加以注意，很可能會(huì)影響到其基礎(chǔ)。為防止這一現(xiàn)象出現(xiàn)，可以使用噴錨支護(hù)法進(jìn)行底部支護(hù)與加固。

4.4 工程區(qū)域北側(cè)支護(hù)設(shè)計(jì)

工程區(qū)域北側(cè)有臨街門(mén)面分布，周?chē)h(huán)境較為復(fù)雜且不利于施工，施工空間難以搭設(shè)。在此部分使用連鎖灌注樁墻法，并通過(guò)錨桿補(bǔ)充進(jìn)行加固，還應(yīng)對(duì)蓄留的土體進(jìn)行改性和支護(hù)等加固措施。但因這一部分支護(hù)存在難度以及軸線接樁等問(wèn)題，此部分的設(shè)計(jì)與施工必須滿足整體施工要求。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，礦山工程施工也隨之快速發(fā)展，但復(fù)雜環(huán)境下的深大基坑設(shè)計(jì)與施工存在較多難點(diǎn)，應(yīng)充分考慮到具體環(huán)境與特點(diǎn)所帶來(lái)的影響。深大基坑的設(shè)計(jì)施工應(yīng)引起廣泛研究與關(guān)注，保障工程安全的同時(shí)，促進(jìn)礦山開(kāi)采行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。