復雜環境下礦山基坑工程設計與實踐研究

顧海龍，柳國明，王逢爽

（1.山東省地質礦產勘查開發局八〇一水文地質工程地質大隊，山東 濟南 250014；2.山東省地礦工程勘察院，山東 濟南 250014）

我國工程施工以及其地下空間不斷發展，在復雜環境下的基坑開挖隨之不斷增加，所以如何減小深大基坑工程開挖對周邊環境的影響逐漸成為如今的重點研究方向。而基坑開挖的結構設計與工程施工既應考慮周邊環境的安全，也應使整體施工方便、工期合理并考慮到整體經濟性。因此對于復雜環境下的礦山工程深大基坑工程的設計與施工進行研究，有利于礦山開采行業的整體發展，有利于國民經濟的進一步提升。

1 工程概況

1.1 工程簡介

本工程為綜合性礦山地質結構，地處復雜區域，周邊均為灌木以及綜合性地質環境，本工程地塊基本呈正方形，總用地面積約四萬七千平方米，地上2層，地下3層。基坑長210m、寬202m，周長約950m，屬于深大基坑工程。

表1 地層物理力學性質綜合成果表

1.2 礦山工程地質和水文條件

本礦山工程施工場地處于沖積平原地帶，基礎覆蓋層依次為填土層、沖積層和殘積層，詳細地層參數見表一所示。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，總體呈現以弱透水為主。

2 支護結構常用類型及使用條件

深大基坑的設計和施工中支護結構的實施極其重要，在其眾多種類中，放坡、坡體加固和排樁較為常見[1]。在工程施工深大基坑的設計中，根據地質結構的不同特點，例如地質環境、工程目標要求、結構特點、用途種類以及施工方法等，進行合理的支護結構選擇是一項重要環節。

2.1 自穩邊坡

自穩邊坡屬于放坡型支護結構，此類結構的邊坡保護與支護結構為根據施工的具體地質與特點進行邊坡的保留并運用土工膜的方式進行保護與覆蓋，并可使用混凝土噴涂以及水泥砂漿噴涂進行一定量的加固。其具體的使用范圍為，基坑開闊并沒有重要地下管線的鋪設與經過，周圍沒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。當坑底土質地基較為松散的情況下，避免坑底變形過大時，可運用反式放坡卸載。

2.2 復合噴錨支護

復合噴錨支護是對坡體進行加固類支護結構的一種，此支護系統的護坡方式為在使用混凝土面層的同時用鋼筋網或錨桿等進行加固，同時采用復合方式借助其它支護樁來解決坑底土質較差而引發的坑底變形以及土層的滑動問題。這一方式多用于深層的厚軟土無法采用一般方式進行解決的情況下，而深厚軟土以及其極易出現的滲水現象，可采用此種方式加以解決并且能夠做好防水問題。

2.3 噴錨支護

噴錨支護也屬于坡體加固類支護結構，其護坡與擋護方式同復合噴錨支護類似，都利用混凝土以及鋼筋網、錨桿等進行加固操作，但此種方式多用于填土、巖性土以及粘性土質當中。但其限制條件為除巖質土層外，支護深度最高不得超過5.9m。而在軟弱土層或深厚土層中使用時，支護效果欠佳，故其不適合在此類土層中進行設計與施工。

2.4 錨固式

錨固式分為單層或雙層結構，此類結構屬于排樁類支護，護坡方式主要為上列樁型加預應力或非預應力灌漿錨桿、螺旋錨或灌漿螺旋錨、錨定板以及冠梁與圍檀[2]。此類結構的適用范圍較廣，對于深度不同的基坑都能有所運用并起到一定效果，并且其占用空間較小，但在運用中必須設置避過障礙以及插入基坑，在相鄰工程施工的基坑的具體情況未能詳細了解時，不能進行良好適配，并且此類錨固不能設置在流動性強的土質中，細沙等土質也不能進行使用。

2.5 懸臂式或撐錨式支護

這兩類支護類型都屬于地下連續墻支護范疇，護坡方式主要使用連續墻機構，例如鋼筋混凝土地下連續墻、灌注樁連續構造以及SMW工法等，在設置時需要進行內部支撐與錨固。連續墻式結構主要適用于超深基坑支護中，并常被作為逆作法進行施工運用。

3 工程難點與地質分析

3.1 工程難點

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

（2）在本工程基坑開挖的周圍，因其處于地質較為復雜地段，故周邊有地下結構分部，并且原基坑采用樁錨支護結構，有部分錨固結構施工位于本基坑場地內。東側與西側地下結構采用大放坡開挖基坑，回填土成分復雜且成分較多，土壓力計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）基坑開挖總體呈正方形形態，周長較長且開挖深度超過20m，總體開挖體量大，基坑內外環境多變且復雜，開挖難度較大。且還需考慮支護的安全性、經濟性等因素，故本工程總體施工設計難度較大。

3.2 施工場地地質條件分析

在深基坑開挖的設計中，對于支護結構以及各水井、隔滲設施以及地質開挖條件的設計與分析必不可少，這就要求在開挖設計前進行地形地貌與水文地質條件的分析與掌握。必須對于基坑周邊的地表水環境以及地下水環境同周圍環境的形式與深度進行整合分析并結合判斷。此礦山工程處于沖積平原地帶，其地下環境有強度極低的厚軟土以及黏土。詳細情況為地表2m～3m處為新填土，其下依次為厚粘性土與淤泥，土質的多樣化導致位移的時常發生，基坑開挖中涉及到的問題較多，需要著重注意。

4 基坑開挖設計

4.1 礦山地質工程部分設計

因其基坑部分地質環境較為復雜，所以在開挖前以及開挖過程中都需要結合地質周邊環境的影響，以及土層特點進行綜合考慮并謹慎選擇支護方案。在礦山工程部分的基坑開挖中，開挖不久就遇到砂層并有滲漏現象出現，必須進行相應的降水處理。若使用深井降水法則會影響周邊環境安全與和諧，故采用止水帷幕力求減小降水漏斗的影響范圍[4]。而工程區域南側放坡距離相對較小，則可以使用成本投入相對低廉的噴錨支護法。而東、西兩側放坡距離較大，為確保施工空間以及預留車道，故采用鉆孔灌注樁加預應力錨桿的支護方式。

4.2 施工區域東側支護措施

在施工區域東側位置上，此方位受厚軟土土層的影響相對較小，但因其有地貨物運輸通網影響，則不可使用樁錨支護法。在基坑開挖中必須避免形變以及控制開挖深度。利用排樁法可以有效控制單排懸臂樁變形大、且支護深度有限的缺點。故使用排樁支護結構運用在東側，并使用內部鋼筋進行加固[5]。

4.3 區域南側支護措施

區域南側臨近周邊深部地質，而南側深部地質結構同基坑相連，但由于南側工程施工時間較長，裝置與設施存在老化現象，而樁基礎則正處于穩定沉降狀態，所以此次施工若不加以注意，很可能會影響到其基礎。為防止這一現象出現，可以使用噴錨支護法進行底部支護與加固。

4.4 工程區域北側支護設計

工程區域北側有臨街門面分布，周圍環境較為復雜且不利于施工，施工空間難以搭設。在此部分使用連鎖灌注樁墻法，并通過錨桿補充進行加固，還應對蓄留的土體進行改性和支護等加固措施。但因這一部分支護存在難度以及軸線接樁等問題，此部分的設計與施工必須滿足整體施工要求。

5 結語

隨著我國社會經濟的不斷發展，礦山工程施工也隨之快速發展，但復雜環境下的深大基坑設計與施工存在較多難點，應充分考慮到具體環境與特點所帶來的影響。深大基坑的設計施工應引起廣泛研究與關注，保障工程安全的同時，促進礦山開采行業的進一步發展。