淺談礦山巖土工程施工中基坑支護設計存在的問題及改進策略

劉 萌

（中國建筑材料工業地質勘查中心河北總隊，河北 保定 071051）

基坑支護是保證礦井工程施工和施工質量的重要因素，在現代礦井建設中，必須建設地基基坑，而基坑開挖時，必須依據礦井基礎的設計，對開挖深度進行計算，且存在基坑中有另一個基坑的現象。礦井施工人員如果不重視這一點，很容易造成礦井的不穩定性提高，從而對礦井的總體質量和周圍的建筑環境造成不利的影響。同時，一些礦山施工單位在基坑支護工程中，往往采取靜態測量法，不能很好地預測工程中可能存在的問題，從而造成工程上的應力波動。特別是在軟巖結構工程中，應引起足夠的重視，及時發現問題，并提出相應的對策，并對工程中出現的各類危險進行及時的控制。

1 礦山基坑支護的重要性和設計原則

1.1 礦山基坑支護的重要性

由于巖土工程的施工比較復雜，所以在施工中要根據工程本身的特點，采取相應的防護措施，以防止發生塌方，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條件和水文條件，其次要對施工區域的開挖深度進行分析，同時還要考慮對施工場地的施工是否會對周圍的地質環境造成影響，會不會造成地質結構的錯位，在此基礎上，應對周圍的荷載﹑施工機械和支護結構的綜合性能進行嚴密的監控，以確保施工工作的安全性。在礦山基坑支護中，應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挖深度﹑支護設計要求，從而有效地防止資源的浪費。盡管礦井基坑工程技術已日趨成熟，但其支護設計規范仍不明確，許多設計者在進行基礎開挖時，往往是根據自己的經驗進行計算，缺少客觀的客觀性。因此，提高礦井基坑支護結構的合理設計顯得尤為重要。

1.2 礦山基坑支護設計的原則

在礦井基坑支護設計中，應注意四個方面：一是在確定基坑側墻的安全級別時，應參照有關的規范；第二，在基坑支護結構的設計中，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，并能滿足地基的基本施工需求；第三，基坑支護結構的穩定性﹑安全系數等應符合規范要求；第四，在基坑工程中，必須保證基坑的最大變形量與基坑規范一致（具體流程見圖1）。

圖1 基坑支護流程圖

2 巖土工程中軟質礦山基坑支護設計的影響因素

2.1 礦山基坑支護設計深度計算的影響

在實際工程中，由于受基礎稱重狀態﹑地質結構發展等原因的影響，導致了不同程度的不同。導致基坑坑底的深度存在一定的差異性，導致其在實際應用中不能保持其穩定性，在開挖過程中出現各類安全隱患。所以，應把這個問題列入深基坑的支護工作之中。在基坑支護設計中，特別要注意基坑深度的計算，要仔細地確定，保證考慮到的影響因子，從而避免在施工中發生不可預測的危險事故。在基坑附近，深坑的安全隱患較大，在軟巖基坑發生事故的可能性較大。

2.2 工程環境方面的影響因素

礦山施工場地與原有設備機房基礎厚度存在一定差距，雖然僅5cm，但過去已有的設備機庫基礎充填強度不足，可能會對新改建的基坑側向穩定性產生不利的影響。

3 巖土工程中軟質礦山基坑支護結構施工問題

3.1 力學參數選擇不科學

在礦井巖土工程中，深基坑支護方案的設計，通常是指在不同的氣流速度下，由不同的巖層產生的阻力和巖層之間的粘附力。這兩項力學指標是衡量建筑物主體受腐蝕程度的一個重要指標。但由于區域地質情況不同，地形復雜，不可能將相同的力學參數用于多個位置，因此工程師必須先進行地質調查，并經過仔細的計算，確定適合于此位置的力學參數。合理﹑科學的力學參數直接關系到基坑的安全穩定。在對礦井巖土工程進行基坑支護方案設計時，必須對其進行全面的巖土力學問題分析。然而，許多基坑支護方案在進行設計時，往往會選用不正確的力學參數，導致方案與實際情況不相匹配。尤其是大多數的設計者都是在室內進行方案設計，與現場實際情況存在很大差異，從而造成了機械參數的選取錯誤。最后，在工程實踐中，基坑支護的效果不能得到充分發揮。

3.2 基坑土體選樣本缺乏整體性

在進行礦井基礎支護結構設計前，必須進行現場取樣。對采集到的樣品進行統計和分析。計算結果可供設計者參考，由設計者依據資料進行設計。但由于各區域地質條件的復雜，在進行取樣開挖時，往往無法充分反映礦井的總體地質狀況。有的時候，施工人員為了控制工程造價，往往不會對礦井進行多個區域取樣，造成土壤取樣不夠全面，采集到的資料往往帶有隨機性，無法為以后的深坑支護結構設計提供精確的資料，從而使設計方案無法應用于礦井。

3.3 土層的挖掘與基坑支護間存在不和諧現象

在礦井建設中，開挖土層與支護結構密不可分，特別是礦井地質環境的復雜性，對其設計和施工工藝的要求十分苛刻。然而，目前礦井的土層開挖技術水平普遍較低，施工技術水平還不能滿足工程需要。這就造成了團隊要同時存在兩組施工人員，一個是工地上的人太多，不利于管理，進度慢，工作效率低；另外，由于雇用了兩個施工隊，導致了大量的費用支出，導致了項目的預算出現了嚴重的超支現象。

4 巖土工程中礦山基坑支護設計及應用改進

4.1 針對力學參數選擇不科學采用新型基坑設計方式

筆者分析了基坑支護中的問題。根據傳統的基坑支護設計方法，提出了一種新的基坑支護設計方法。該方法解決了由于機械參數選取不當而造成的設計與最終工程的結果有較大偏差的問題。與常規的基坑支護相比，這種新的基坑支護結構的穩定性和安全性得到了明顯的改善，而且這種新的基坑支護結構的設計方案充分考慮了礦井的地質構造﹑各層的粘附力等力學性能，從而使礦井的巖土性能不斷變化，力學性能不斷變化，可滿足工程需要，同時也可以優化和提高其防護作用。新的基坑支護結構形式多種多樣，采用機械與水工結合的方式，按根據工程的實際情況，設計固定的或暫時的地基。在礦山地質條件較好的情況下，采取了各種支擋結構。在此基礎上，必須對礦山的地質數據進行準確的統計，并對其進行有效的控制和控制，以確保其在礦山的設計中更加科學和符合礦山的實際情況。

4.2 加強對施工具體要求的掌控

在巖土工程中，基坑支護的設計是一個非常重要的問題，在某些地區，基坑的致密程度很低，適當的支護設計可以提高整個基坑的承載力，保證工程的安全性和穩定性。為保證工程的順利進行，必須先確定基坑支護的設計目標，再依據這一目標進行整體的設計，在設計時，既要考慮到施工場地的各種因素，又要考慮周圍的各種不利因素，才能進行基坑的支護設計，保證設計的科學性和合理性。

4.3 開展礦山基坑支護結構的實驗工作

在現代礦井支護設計中，缺少系統性的試驗研究，有些支護結構在沒有試驗的情況下，取得了較好的施工效果，但為了保證對其進行系統的管理，沒有充分的技術資料，就會造成大量的試驗數據不足，無法進行科學的分析和系統的建立。所以，在基坑支護結構的建設中，應當撥出資金，進行實驗室模擬與現場測試，并將其記錄并運用于工程的設計中，不僅節約了工程造價，而且還可以為同類工程的施工工作帶來一定的借鑒意義，保證了施工的穩定性和安全性。

4.4 研究新型礦山基坑支護結構的計算方式

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結構的穩定性方面均有其獨特的作用，盡管這些技術目前已有相當成熟的應用，但隨著礦井建設對土石方開挖的要求不斷提高，新的支護結構也在不斷地被推廣，而組合拱帷幕﹑旋噴樁﹑雙排樁﹑預應力鋼筋砼多孔板等新的基礎工程技術也在逐步發展。

4.5 改進礦山基坑支護設計的管理問題

在實際的施工過程中，施工單位要組織相關的管理人員進行統籌﹑協調，以保證所有的工作人員按照各自的流程和要求來履行自己的工作，以防止在施工中出現事故。在礦井建設中，在進行基坑支護時，應加強對施工場地的勘察，對周圍的環境進行深入而細致的調查，并對現場采集到的資料等進行全面的記錄。

5 實例分析

5.1 礦山工程概況

某礦山礦山土建工程，深15.7m，該工程為基礎支護，開挖面積8000m2，土石量為2.4＊105m3，支護上部為土釘支護，下部為鉆孔灌注樁支護，并采取單側支承和土體錨固法。在進行深挖時，礦體主要以粉砂﹑陶粒和陶粒為主要成分，而礦區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，礦區與居住區的關系較為密切。周圍的環境比較復雜，有地下工程，有高壓電纜，有地下管線。

5.2 施工方案

在礦井建設中，最常見的是重力式支護結構﹑土釘支護﹑排樁支護﹑地下連續墻支護﹑內支護﹑預應力錨索等。根據礦區的實際地質條件，我們選用了預應力錨桿柔性支護法，并與預應力錨索組合支護結構協同工作。本礦井的基坑施工與居民區相鄰，且礦井周邊的地質條件也比較復雜。對于大型﹑深﹑大﹑復雜的大基坑，必須對支護結構進行有效的變形控制。結合鄰近工地的實際情況，認為基坑開挖對基坑產生的影響最大，其影響范圍為2～3倍。在基坑開挖過程中，受力的部分是由地質和水的壓力引起的，另一部分是由于機械對基坑的支撐。通常情況下，在基坑邊坡的土體上都會產生一定的土壓，并在此基礎上對基坑的側向力進行計算。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，所以可以通過有限元方法對地下水的壓力進行計算，并將這些參數加到土壤中。由于礦井緊鄰居民區的主要交通干道，因此，在基坑支護中，必須同時考慮到路面的壓力。在現場進行基坑開挖開挖時，可采用預應力錨桿柔性支護結構，以減少施工工期。在進行基礎工程施工的同時，將灌注樁和預應力錨索連接起來，但在基坑開挖完成之前，要進行最后的開挖，以確保工人的生命安全。

在多個支護結構施工中，當第一個基坑開挖完畢，再進行開挖的時候，就會啟動另一條支護支護。基坑開挖時間應視開挖長度而定，而第二個基坑的開挖深度要比前一個大。開挖要比隧道工程進度緩慢，以確保工人的生命安全。基坑東﹑南﹑西為公路，北面緊鄰相門塘駁岸，對基坑的變形比較敏感，需要加強防護。由于場地面積較大，為了便于土方開挖和主體建筑的應用，棧橋的支護方案必須與土方開挖相結合，并按照土建施工的需要，在西邊﹑北邊以灌注樁與預應力錨索為主。在基坑西側，在距基坑4至5m處修建一條平行于基坑的橫截面，并在橫截面內側設一條排水溝。為了保證排水順暢，第一期的基坑開挖將在大約七公尺處進行。在該地區，由于受強烈的風化作用影響，基坑北部的地質結構較為復雜。在強烈的風化作用下，巖石的主要成分是從西到東，斷裂發育，其間夾有幾個軟弱巖層，高低起伏大，施工難度大。

圖2 基坑支護施工示意圖

在施工過程中，為了避免在施工過程中發生支護坍塌，需要增設樁錨結構。基坑南部為軟弱的預應力支護剖面。這里的基坑開挖深度約為20m，由于土質比較軟，應增設錨固結構以保證地基結構能牢牢抓牢這一區域的土壤。錨固結構選擇8m至18m的鋼筋，其布置間隔為縱向2m﹑橫向2m。第一列錨固結構應采用18m長的鋼筋作為地基，依次依次遞增。各錨固結構的應力強度均為100KN，以確保其能經受住后期施工的荷載。在基坑側壁上設置溝槽，溝槽與錨桿連接，錨桿之間采用螺釘結構，使其形成較為穩定的網格，然后再進行噴水從而保證了基坑的安全。在工程施工中，應采用密閉的擋墻，并對淤泥進行疏干，使淤泥淤泥在2-2中進行深滲，以確保工程施工的順利進行，確保礦山及其周邊建筑的施工。另外，為更好地評估其對基坑開挖的影響，在施工單位提供了塔段的升降坑結構圖后，還要進行抗突涌穩定性校核。

6 結語

在現代建筑中，巖土工程是一項非常重要的工作，它涉及到的施工技術也很多，其中最常用的就是基坑支護，它的合理設計與運用可以保證巖土工程的穩定。然而，巖土工程往往會出現一些松散的地質構造，從而影響到基坑的支護設計，因此，必須強化設計的合理性，以保證整個巖土工程的質量符合行業的要求，從而推動巖土工程的可持續發展。