淺談礦山巖土工程施工中基坑支護(hù)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題及改進(jìn)策略

劉 萌

（中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心河北總隊(duì)，河北 保定 071051）

基坑支護(hù)是保證礦井工程施工和施工質(zhì)量的重要因素，在現(xiàn)代礦井建設(shè)中，必須建設(shè)地基基坑，而基坑開(kāi)挖時(shí)，必須依據(jù)礦井基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)，對(duì)開(kāi)挖深度進(jìn)行計(jì)算，且存在基坑中有另一個(gè)基坑的現(xiàn)象。礦井施工人員如果不重視這一點(diǎn)，很容易造成礦井的不穩(wěn)定性提高，從而對(duì)礦井的總體質(zhì)量和周?chē)慕ㄖh(huán)境造成不利的影響。同時(shí)，一些礦山施工單位在基坑支護(hù)工程中，往往采取靜態(tài)測(cè)量法，不能很好地預(yù)測(cè)工程中可能存在的問(wèn)題，從而造成工程上的應(yīng)力波動(dòng)。特別是在軟巖結(jié)構(gòu)工程中，應(yīng)引起足夠的重視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并提出相應(yīng)的對(duì)策，并對(duì)工程中出現(xiàn)的各類(lèi)危險(xiǎn)進(jìn)行及時(shí)的控制。

1 礦山基坑支護(hù)的重要性和設(shè)計(jì)原則

1.1 礦山基坑支護(hù)的重要性

由于巖土工程的施工比較復(fù)雜，所以在施工中要根據(jù)工程本身的特點(diǎn)，采取相應(yīng)的防護(hù)措施，以防止發(fā)生塌方，造成人員傷亡，保證工程施工中的安全。在礦井施工中，首先要考慮的是地質(zhì)條件和水文條件，其次要對(duì)施工區(qū)域的開(kāi)挖深度進(jìn)行分析，同時(shí)還要考慮對(duì)施工場(chǎng)地的施工是否會(huì)對(duì)周?chē)牡刭|(zhì)環(huán)境造成影響，會(huì)不會(huì)造成地質(zhì)結(jié)構(gòu)的錯(cuò)位，在此基礎(chǔ)上，應(yīng)對(duì)周?chē)暮奢d﹑施工機(jī)械和支護(hù)結(jié)構(gòu)的綜合性能進(jìn)行嚴(yán)密的監(jiān)控，以確保施工工作的安全性。在礦山基坑支護(hù)中，應(yīng)充分重視巷道的作用，而最重要的是要充分了解和考慮礦井的開(kāi)挖深度﹑支護(hù)設(shè)計(jì)要求，從而有效地防止資源的浪費(fèi)。盡管礦井基坑工程技術(shù)已日趨成熟，但其支護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范仍不明確，許多設(shè)計(jì)者在進(jìn)行基礎(chǔ)開(kāi)挖時(shí)，往往是根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行計(jì)算，缺少客觀的客觀性。因此，提高礦井基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)顯得尤為重要。

1.2 礦山基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的原則

在礦井基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意四個(gè)方面：一是在確定基坑側(cè)墻的安全級(jí)別時(shí)，應(yīng)參照有關(guān)的規(guī)范；第二，在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，必須保證基坑的平面布局與地基﹑外墻的大小相符，使變形范圍﹑施工誤差控制在合理的范圍內(nèi)，并能滿(mǎn)足地基的基本施工需求；第三，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性﹑安全系數(shù)等應(yīng)符合規(guī)范要求；第四，在基坑工程中，必須保證基坑的最大變形量與基坑規(guī)范一致（具體流程見(jiàn)圖1）。

圖1 基坑支護(hù)流程圖

2 巖土工程中軟質(zhì)礦山基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的影響因素

2.1 礦山基坑支護(hù)設(shè)計(jì)深度計(jì)算的影響

在實(shí)際工程中，由于受基礎(chǔ)稱(chēng)重狀態(tài)﹑地質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)展等原因的影響，導(dǎo)致了不同程度的不同。導(dǎo)致基坑坑底的深度存在一定的差異性，導(dǎo)致其在實(shí)際應(yīng)用中不能保持其穩(wěn)定性，在開(kāi)挖過(guò)程中出現(xiàn)各類(lèi)安全隱患。所以，應(yīng)把這個(gè)問(wèn)題列入深基坑的支護(hù)工作之中。在基坑支護(hù)設(shè)計(jì)中，特別要注意基坑深度的計(jì)算，要仔細(xì)地確定，保證考慮到的影響因子，從而避免在施工中發(fā)生不可預(yù)測(cè)的危險(xiǎn)事故。在基坑附近，深坑的安全隱患較大，在軟巖基坑發(fā)生事故的可能性較大。

2.2 工程環(huán)境方面的影響因素

礦山施工場(chǎng)地與原有設(shè)備機(jī)房基礎(chǔ)厚度存在一定差距，雖然僅5cm，但過(guò)去已有的設(shè)備機(jī)庫(kù)基礎(chǔ)充填強(qiáng)度不足，可能會(huì)對(duì)新改建的基坑側(cè)向穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響。

3 巖土工程中軟質(zhì)礦山基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)施工問(wèn)題

3.1 力學(xué)參數(shù)選擇不科學(xué)

在礦井巖土工程中，深基坑支護(hù)方案的設(shè)計(jì)，通常是指在不同的氣流速度下，由不同的巖層產(chǎn)生的阻力和巖層之間的粘附力。這兩項(xiàng)力學(xué)指標(biāo)是衡量建筑物主體受腐蝕程度的一個(gè)重要指標(biāo)。但由于區(qū)域地質(zhì)情況不同，地形復(fù)雜，不可能將相同的力學(xué)參數(shù)用于多個(gè)位置，因此工程師必須先進(jìn)行地質(zhì)調(diào)查，并經(jīng)過(guò)仔細(xì)的計(jì)算，確定適合于此位置的力學(xué)參數(shù)。合理﹑科學(xué)的力學(xué)參數(shù)直接關(guān)系到基坑的安全穩(wěn)定。在對(duì)礦井巖土工程進(jìn)行基坑支護(hù)方案設(shè)計(jì)時(shí)，必須對(duì)其進(jìn)行全面的巖土力學(xué)問(wèn)題分析。然而，許多基坑支護(hù)方案在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，往往會(huì)選用不正確的力學(xué)參數(shù)，導(dǎo)致方案與實(shí)際情況不相匹配。尤其是大多數(shù)的設(shè)計(jì)者都是在室內(nèi)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況存在很大差異，從而造成了機(jī)械參數(shù)的選取錯(cuò)誤。最后，在工程實(shí)踐中，基坑支護(hù)的效果不能得到充分發(fā)揮。

3.2 基坑土體選樣本缺乏整體性

在進(jìn)行礦井基礎(chǔ)支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前，必須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)取樣。對(duì)采集到的樣品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。計(jì)算結(jié)果可供設(shè)計(jì)者參考，由設(shè)計(jì)者依據(jù)資料進(jìn)行設(shè)計(jì)。但由于各區(qū)域地質(zhì)條件的復(fù)雜，在進(jìn)行取樣開(kāi)挖時(shí)，往往無(wú)法充分反映礦井的總體地質(zhì)狀況。有的時(shí)候，施工人員為了控制工程造價(jià)，往往不會(huì)對(duì)礦井進(jìn)行多個(gè)區(qū)域取樣，造成土壤取樣不夠全面，采集到的資料往往帶有隨機(jī)性，無(wú)法為以后的深坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供精確的資料，從而使設(shè)計(jì)方案無(wú)法應(yīng)用于礦井。

3.3 土層的挖掘與基坑支護(hù)間存在不和諧現(xiàn)象

在礦井建設(shè)中，開(kāi)挖土層與支護(hù)結(jié)構(gòu)密不可分，特別是礦井地質(zhì)環(huán)境的復(fù)雜性，對(duì)其設(shè)計(jì)和施工工藝的要求十分苛刻。然而，目前礦井的土層開(kāi)挖技術(shù)水平普遍較低，施工技術(shù)水平還不能滿(mǎn)足工程需要。這就造成了團(tuán)隊(duì)要同時(shí)存在兩組施工人員，一個(gè)是工地上的人太多，不利于管理，進(jìn)度慢，工作效率低；另外，由于雇用了兩個(gè)施工隊(duì)，導(dǎo)致了大量的費(fèi)用支出，導(dǎo)致了項(xiàng)目的預(yù)算出現(xiàn)了嚴(yán)重的超支現(xiàn)象。

4 巖土工程中礦山基坑支護(hù)設(shè)計(jì)及應(yīng)用改進(jìn)

4.1 針對(duì)力學(xué)參數(shù)選擇不科學(xué)采用新型基坑設(shè)計(jì)方式

筆者分析了基坑支護(hù)中的問(wèn)題。根據(jù)傳統(tǒng)的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方法，提出了一種新的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)方法。該方法解決了由于機(jī)械參數(shù)選取不當(dāng)而造成的設(shè)計(jì)與最終工程的結(jié)果有較大偏差的問(wèn)題。與常規(guī)的基坑支護(hù)相比，這種新的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性得到了明顯的改善，而且這種新的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案充分考慮了礦井的地質(zhì)構(gòu)造﹑各層的粘附力等力學(xué)性能，從而使礦井的巖土性能不斷變化，力學(xué)性能不斷變化，可滿(mǎn)足工程需要，同時(shí)也可以?xún)?yōu)化和提高其防護(hù)作用。新的基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)形式多種多樣，采用機(jī)械與水工結(jié)合的方式，按根據(jù)工程的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)固定的或暫時(shí)的地基。在礦山地質(zhì)條件較好的情況下，采取了各種支擋結(jié)構(gòu)。在此基礎(chǔ)上，必須對(duì)礦山的地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行有效的控制和控制，以確保其在礦山的設(shè)計(jì)中更加科學(xué)和符合礦山的實(shí)際情況。

4.2 加強(qiáng)對(duì)施工具體要求的掌控

在巖土工程中，基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)是一個(gè)非常重要的問(wèn)題，在某些地區(qū)，基坑的致密程度很低，適當(dāng)?shù)闹ёo(hù)設(shè)計(jì)可以提高整個(gè)基坑的承載力，保證工程的安全性和穩(wěn)定性。為保證工程的順利進(jìn)行，必須先確定基坑支護(hù)的設(shè)計(jì)目標(biāo)，再依據(jù)這一目標(biāo)進(jìn)行整體的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)時(shí)，既要考慮到施工場(chǎng)地的各種因素，又要考慮周?chē)母鞣N不利因素，才能進(jìn)行基坑的支護(hù)設(shè)計(jì)，保證設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性。

4.3 開(kāi)展礦山基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)工作

在現(xiàn)代礦井支護(hù)設(shè)計(jì)中，缺少系統(tǒng)性的試驗(yàn)研究，有些支護(hù)結(jié)構(gòu)在沒(méi)有試驗(yàn)的情況下，取得了較好的施工效果，但為了保證對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的管理，沒(méi)有充分的技術(shù)資料，就會(huì)造成大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)不足，無(wú)法進(jìn)行科學(xué)的分析和系統(tǒng)的建立。所以，在基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的建設(shè)中，應(yīng)當(dāng)撥出資金，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室模擬與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，并將其記錄并運(yùn)用于工程的設(shè)計(jì)中，不僅節(jié)約了工程造價(jià)，而且還可以為同類(lèi)工程的施工工作帶來(lái)一定的借鑒意義，保證了施工的穩(wěn)定性和安全性。

4.4 研究新型礦山基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算方式

鋼筋混凝土板樁﹑鋼板樁和鉆孔樁擋土墻等在提高礦井基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性方面均有其獨(dú)特的作用，盡管這些技術(shù)目前已有相當(dāng)成熟的應(yīng)用，但隨著礦井建設(shè)對(duì)土石方開(kāi)挖的要求不斷提高，新的支護(hù)結(jié)構(gòu)也在不斷地被推廣，而組合拱帷幕﹑旋噴樁﹑雙排樁﹑預(yù)應(yīng)力鋼筋砼多孔板等新的基礎(chǔ)工程技術(shù)也在逐步發(fā)展。

4.5 改進(jìn)礦山基坑支護(hù)設(shè)計(jì)的管理問(wèn)題

在實(shí)際的施工過(guò)程中，施工單位要組織相關(guān)的管理人員進(jìn)行統(tǒng)籌﹑協(xié)調(diào)，以保證所有的工作人員按照各自的流程和要求來(lái)履行自己的工作，以防止在施工中出現(xiàn)事故。在礦井建設(shè)中，在進(jìn)行基坑支護(hù)時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)施工場(chǎng)地的勘察，對(duì)周?chē)沫h(huán)境進(jìn)行深入而細(xì)致的調(diào)查，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集到的資料等進(jìn)行全面的記錄。

5 實(shí)例分析

5.1 礦山工程概況

某礦山礦山土建工程，深15.7m，該工程為基礎(chǔ)支護(hù)，開(kāi)挖面積8000m2，土石量為2.4＊105m3，支護(hù)上部為土釘支護(hù)，下部為鉆孔灌注樁支護(hù)，并采取單側(cè)支承和土體錨固法。在進(jìn)行深挖時(shí)，礦體主要以粉砂﹑陶粒和陶粒為主要成分，而礦區(qū)表層則覆蓋著疏松的砂礫，巖土含水率高。礦體礦化度高，土壤疏松，礦區(qū)與居住區(qū)的關(guān)系較為密切。周?chē)沫h(huán)境比較復(fù)雜，有地下工程，有高壓電纜，有地下管線(xiàn)。

5.2 施工方案

在礦井建設(shè)中，最常見(jiàn)的是重力式支護(hù)結(jié)構(gòu)﹑土釘支護(hù)﹑排樁支護(hù)﹑地下連續(xù)墻支護(hù)﹑內(nèi)支護(hù)﹑預(yù)應(yīng)力錨索等。根據(jù)礦區(qū)的實(shí)際地質(zhì)條件，我們選用了預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)法，并與預(yù)應(yīng)力錨索組合支護(hù)結(jié)構(gòu)協(xié)同工作。本礦井的基坑施工與居民區(qū)相鄰，且礦井周邊的地質(zhì)條件也比較復(fù)雜。對(duì)于大型﹑深﹑大﹑復(fù)雜的大基坑，必須對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效的變形控制。結(jié)合鄰近工地的實(shí)際情況，認(rèn)為基坑開(kāi)挖對(duì)基坑產(chǎn)生的影響最大，其影響范圍為2～3倍。在基坑開(kāi)挖過(guò)程中，受力的部分是由地質(zhì)和水的壓力引起的，另一部分是由于機(jī)械對(duì)基坑的支撐。通常情況下，在基坑邊坡的土體上都會(huì)產(chǎn)生一定的土壓，并在此基礎(chǔ)上對(duì)基坑的側(cè)向力進(jìn)行計(jì)算。由于土壤中的水分含量很高，所以需要考慮水的壓力，由于地基中的陶粒是以粘土為主的，所以可以通過(guò)有限元方法對(duì)地下水的壓力進(jìn)行計(jì)算，并將這些參數(shù)加到土壤中。由于礦井緊鄰居民區(qū)的主要交通干道，因此，在基坑支護(hù)中，必須同時(shí)考慮到路面的壓力。在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行基坑開(kāi)挖開(kāi)挖時(shí)，可采用預(yù)應(yīng)力錨桿柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)，以減少施工工期。在進(jìn)行基礎(chǔ)工程施工的同時(shí)，將灌注樁和預(yù)應(yīng)力錨索連接起來(lái)，但在基坑開(kāi)挖完成之前，要進(jìn)行最后的開(kāi)挖，以確保工人的生命安全。

在多個(gè)支護(hù)結(jié)構(gòu)施工中，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)基坑開(kāi)挖完畢，再進(jìn)行開(kāi)挖的時(shí)候，就會(huì)啟動(dòng)另一條支護(hù)支護(hù)。基坑開(kāi)挖時(shí)間應(yīng)視開(kāi)挖長(zhǎng)度而定，而第二個(gè)基坑的開(kāi)挖深度要比前一個(gè)大。開(kāi)挖要比隧道工程進(jìn)度緩慢，以確保工人的生命安全?；?xùn)|﹑南﹑西為公路，北面緊鄰相門(mén)塘駁岸，對(duì)基坑的變形比較敏感，需要加強(qiáng)防護(hù)。由于場(chǎng)地面積較大，為了便于土方開(kāi)挖和主體建筑的應(yīng)用，棧橋的支護(hù)方案必須與土方開(kāi)挖相結(jié)合，并按照土建施工的需要，在西邊﹑北邊以灌注樁與預(yù)應(yīng)力錨索為主。在基坑西側(cè)，在距基坑4至5m處修建一條平行于基坑的橫截面，并在橫截面內(nèi)側(cè)設(shè)一條排水溝。為了保證排水順暢，第一期的基坑開(kāi)挖將在大約七公尺處進(jìn)行。在該地區(qū)，由于受強(qiáng)烈的風(fēng)化作用影響，基坑北部的地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。在強(qiáng)烈的風(fēng)化作用下，巖石的主要成分是從西到東，斷裂發(fā)育，其間夾有幾個(gè)軟弱巖層，高低起伏大，施工難度大。

圖2 基坑支護(hù)施工示意圖

在施工過(guò)程中，為了避免在施工過(guò)程中發(fā)生支護(hù)坍塌，需要增設(shè)樁錨結(jié)構(gòu)。基坑南部為軟弱的預(yù)應(yīng)力支護(hù)剖面。這里的基坑開(kāi)挖深度約為20m，由于土質(zhì)比較軟，應(yīng)增設(shè)錨固結(jié)構(gòu)以保證地基結(jié)構(gòu)能牢牢抓牢這一區(qū)域的土壤。錨固結(jié)構(gòu)選擇8m至18m的鋼筋，其布置間隔為縱向2m﹑橫向2m。第一列錨固結(jié)構(gòu)應(yīng)采用18m長(zhǎng)的鋼筋作為地基，依次依次遞增。各錨固結(jié)構(gòu)的應(yīng)力強(qiáng)度均為100KN，以確保其能經(jīng)受住后期施工的荷載。在基坑側(cè)壁上設(shè)置溝槽，溝槽與錨桿連接，錨桿之間采用螺釘結(jié)構(gòu)，使其形成較為穩(wěn)定的網(wǎng)格，然后再進(jìn)行噴水從而保證了基坑的安全。在工程施工中，應(yīng)采用密閉的擋墻，并對(duì)淤泥進(jìn)行疏干，使淤泥淤泥在2-2中進(jìn)行深滲，以確保工程施工的順利進(jìn)行，確保礦山及其周邊建筑的施工。另外，為更好地評(píng)估其對(duì)基坑開(kāi)挖的影響，在施工單位提供了塔段的升降坑結(jié)構(gòu)圖后，還要進(jìn)行抗突涌穩(wěn)定性校核。

6 結(jié)語(yǔ)

在現(xiàn)代建筑中，巖土工程是一項(xiàng)非常重要的工作，它涉及到的施工技術(shù)也很多，其中最常用的就是基坑支護(hù)，它的合理設(shè)計(jì)與運(yùn)用可以保證巖土工程的穩(wěn)定。然而，巖土工程往往會(huì)出現(xiàn)一些松散的地質(zhì)構(gòu)造，從而影響到基坑的支護(hù)設(shè)計(jì)，因此，必須強(qiáng)化設(shè)計(jì)的合理性，以保證整個(gè)巖土工程的質(zhì)量符合行業(yè)的要求，從而推動(dòng)巖土工程的可持續(xù)發(fā)展。