深基坑局部下沉部位開挖突涌穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法研究

郭 新 韓旭睿 詹曜琿 栗國(guó)法 代文博 朱松林

（中建七局安裝工程有限公司，河南 鄭州 450000）

0 引言

在深基坑施工過程中[1]，最常見的問題之一就是開挖位置發(fā)生突涌，這不僅會(huì)對(duì)施工人員的生命安全造成極大的威脅，同時(shí)也對(duì)施工項(xiàng)目的順利推進(jìn)有著明顯的阻礙作用[2]。此外，一旦深基坑出現(xiàn)突涌災(zāi)害，也會(huì)間接增加其他地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的可能性，使得潛在危險(xiǎn)因素更加嚴(yán)重[3]。近年來(lái)，諸多專家和學(xué)者們對(duì)突涌災(zāi)害的防治展開了研究，并提出了防治措施，但大多是以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行的[4]，而在實(shí)際的深基坑施工過程中，現(xiàn)場(chǎng)情況存在明顯的差異，需結(jié)合實(shí)際情況采取針對(duì)性的防治措施才能切實(shí)降低突涌危害[5]。為此，對(duì)突涌穩(wěn)定性作出客觀評(píng)價(jià)是十分必要的。本文以實(shí)際施工深基坑為基礎(chǔ)，對(duì)深基坑局部下沉部位開挖突涌穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法進(jìn)行研究，通過對(duì)比測(cè)試的方式驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)方法的可靠性。

1 深基坑局部下沉部位開挖突涌穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法設(shè)計(jì)

1.1 突涌災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)影響因素分析

在開展深基坑局部下沉部位開挖突涌穩(wěn)定性評(píng)價(jià)之前，明確影響突涌災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的因素構(gòu)成是保障最終評(píng)價(jià)結(jié)果可靠性的關(guān)鍵[6]。為此，本文結(jié)合突涌災(zāi)害的實(shí)際發(fā)生條件，構(gòu)建了突涌災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)影響因素，見表1。

表1 突涌災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)影響因素

從表1 可知，本文設(shè)計(jì)的突涌災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)影響因素共包含11 個(gè)，涵蓋施工環(huán)境的客觀地質(zhì)條件、水文條件、深基坑施工條件3 個(gè)主要方面。但需注意的是，由表1 還可以看出，一部分因素是以量化參數(shù)的形式存在的，另一部分因素是以非量化參數(shù)的形式存在的，這就導(dǎo)致在后續(xù)的穩(wěn)定性分析評(píng)價(jià)階段需要對(duì)其作相應(yīng)的轉(zhuǎn)化處理。為此，本文對(duì)勢(shì)能降壓措施、超前加固措施、開挖方法、施工技術(shù)水平以及施工管理水平的狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行量化處理，按照配置的合理性，劃分為合理、較合理、較不合理、不合理4 個(gè)等級(jí)，對(duì)應(yīng)的量化結(jié)果分別為4.0、3.0、2.0 以及1.0。在此基礎(chǔ)上，對(duì)地形地貌以及地層巖性情況進(jìn)行量化處理。其中，無(wú)負(fù)地形的量化結(jié)果為4.0，小型負(fù)地形的量化結(jié)果為3.0，中型負(fù)地形的量化結(jié)果為2.0，大負(fù)地形的量化結(jié)果為1.0。非巖溶巖的量化結(jié)果為4.0，弱巖溶巖的量化結(jié)果為3.0，中等巖溶巖的量化結(jié)果為2.0，強(qiáng)巖溶巖的量化結(jié)果為1.0。

按照這樣的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)突涌災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)影響因素的全面分析，為后續(xù)的穩(wěn)定性評(píng)價(jià)提供可靠基礎(chǔ)。

1.2 開挖突涌穩(wěn)定性評(píng)價(jià)

結(jié)合1.1節(jié)對(duì)突涌災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)影響因素的分析結(jié)果，本文在具體的開挖突涌穩(wěn)定性評(píng)價(jià)階段，引入了權(quán)重參數(shù)，利用其實(shí)現(xiàn)對(duì)各因素對(duì)突涌災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)向強(qiáng)度的差異化處理。其中，具體的權(quán)重計(jì)算方式可以表示為：

式中：ki——表示突涌災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)影響因素i的權(quán)重參數(shù)；

u1——突涌災(zāi)害的臨界穩(wěn)定狀態(tài)；

λ——突涌災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)影響因素的綜合。

需要注意的是，由于突涌災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)影響因素構(gòu)成是相對(duì)固定的，因此，在對(duì)u1進(jìn)行取值時(shí)，需結(jié)合實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行設(shè)置，客觀地質(zhì)環(huán)境對(duì)于相同突涌災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)影響因素的承載能力不同，因此，該參數(shù)的取值結(jié)果與深基坑施工前期的地質(zhì)探測(cè)結(jié)果為基準(zhǔn)。

在此基礎(chǔ)上，對(duì)開挖突涌穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)方式可以表示為：

式中：f——開挖突涌穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)結(jié)果；

xi——突涌災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)影響因素的狀態(tài)參數(shù)。

按照上述公式，實(shí)現(xiàn)對(duì)深基坑局部下沉部位開挖突涌穩(wěn)定性的客觀評(píng)價(jià)，為相關(guān)防治措施的設(shè)計(jì)和實(shí)施提供指導(dǎo)。

2 評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用效果測(cè)試

2.1 測(cè)試環(huán)境

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的突涌穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法實(shí)際應(yīng)用效果，開展了對(duì)比測(cè)試，其中，對(duì)照組采用的評(píng)價(jià)方法分別為文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[3]提出的突涌穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法。對(duì)于測(cè)試環(huán)境的準(zhǔn)備，本文以某實(shí)際深基坑施工項(xiàng)目為基礎(chǔ)，在仿真環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試。對(duì)測(cè)試深基坑的基礎(chǔ)信息進(jìn)行分析，其中，多年降雨量均值為950.0mm，多年蒸發(fā)量均值為823.44mm，對(duì)應(yīng)的降雨入滲指數(shù)達(dá)到了0.32%。在深基坑施工環(huán)境內(nèi)，地表水系、湖泊的總規(guī)模達(dá)到了253.16×104m3。在深基坑開挖區(qū)域，地形的坡度為22.0°。在基礎(chǔ)上，對(duì)深基坑施工區(qū)域的地質(zhì)情況進(jìn)行分析，其中，斷層性質(zhì)為張扭性，可溶巖石露出面積比值達(dá)到了32.15%，在開挖區(qū)域，存在斷層破碎結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)的寬度為2.23m，中間伴隨部分褶皺發(fā)育，對(duì)應(yīng)的發(fā)育程度較小，負(fù)地形狀態(tài)屬于小型。在開挖施工過程中，開挖斷面面積為150.0m2，采取的施工方法為新奧法。結(jié)合上述的數(shù)據(jù)分析，在仿真環(huán)境中分析，無(wú)外力作用下，測(cè)試深基坑的突涌穩(wěn)定性。

2.2 測(cè)試結(jié)果與分析

結(jié)合2.1 節(jié)所示的測(cè)試環(huán)境，本文進(jìn)行了為期60d的突涌穩(wěn)定性評(píng)價(jià)測(cè)試，并與仿真環(huán)境的實(shí)際輸出結(jié)果進(jìn)行比較，得到的數(shù)據(jù)結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同方法測(cè)試結(jié)果對(duì)比圖

結(jié)合圖1 所示的信息對(duì)3 種不同評(píng)價(jià)方法的測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)不同方法的評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況之間的關(guān)系表現(xiàn)出了較為明顯的差異。其中，在文獻(xiàn)[2]方法的測(cè)試結(jié)果中，雖然對(duì)于測(cè)試深基坑突涌穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況的最小誤差僅為0.05（開挖后10d），但是最大誤差達(dá)到了0.44（開挖后60d），并且整體誤差呈現(xiàn)出隨著開挖施工的推進(jìn)逐漸增大的發(fā)展趨勢(shì)，測(cè)試結(jié)果表明該方法對(duì)于短期深基坑突涌穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)結(jié)果具有較高的可靠性，但是對(duì)于長(zhǎng)期深基坑突涌穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)效果存在進(jìn)一步提升的空間。

在文獻(xiàn)[3]方法的測(cè)試結(jié)果中，對(duì)于測(cè)試深基坑突涌穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況之間的關(guān)系表現(xiàn)出了不規(guī)則的發(fā)展特點(diǎn)。其中，最小誤差為開挖后30d，對(duì)應(yīng)的誤差為0.03，最大誤差為開挖施工后40d，對(duì)應(yīng)誤差為0.26，測(cè)試結(jié)果表明該評(píng)價(jià)方法的穩(wěn)定性存在一定的不足。

相比之下，在本文設(shè)計(jì)方法的測(cè)試結(jié)果中，對(duì)于測(cè)試深基坑突涌穩(wěn)定性評(píng)價(jià)結(jié)果表現(xiàn)出了較高的可靠性，其中，誤差始終小于0.05，最大值僅為0.04（開挖施工后40d）。這是因?yàn)楸疚脑O(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)突涌災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)影響因素的綜合分析，并且結(jié)合各因素對(duì)突涌災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)向強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)其權(quán)重的合理差異化。

綜合上述測(cè)試結(jié)果可以得出結(jié)論，本文設(shè)計(jì)的深基坑局部下沉部位開挖突涌穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)深基坑突涌狀態(tài)的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，對(duì)于實(shí)際的深基坑安全管理以及突涌風(fēng)險(xiǎn)防治具有良好的指導(dǎo)價(jià)值。

3 結(jié)束語(yǔ)

在開展深基坑施工的過程中，受客觀地理環(huán)境以及開挖施工情況的影響，存在不同程度的突涌風(fēng)險(xiǎn)，一旦發(fā)生突涌事故，不僅會(huì)對(duì)深基坑施工作業(yè)人員的人身安全造成極大的威脅，同時(shí)也會(huì)對(duì)整體建筑項(xiàng)目的穩(wěn)定性產(chǎn)生負(fù)面影響。針對(duì)此，為了能夠更加科學(xué)、合理地實(shí)現(xiàn)對(duì)突涌危害的有效防治，本文提出深基坑局部下沉部位開挖突涌穩(wěn)定性評(píng)價(jià)研究，結(jié)合影響突涌的因素構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了對(duì)深基坑突涌狀態(tài)的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)分析。希望本文設(shè)計(jì)的突涌穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法能夠?yàn)閷?shí)際的深基坑施工安全管理提供參考。