深基坑局部下沉部位開挖突涌穩定性評價方法研究

郭 新 韓旭睿 詹曜琿 栗國法 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生突涌，這不僅會對施工人員的生命安全造成極大的威脅，同時也對施工項目的順利推進有著明顯的阻礙作用[2]。此外，一旦深基坑出現突涌災害，也會間接增加其他地質災害發生的可能性，使得潛在危險因素更加嚴重[3]。近年來，諸多專家和學者們對突涌災害的防治展開了研究，并提出了防治措施，但大多是以統一的標準執行的[4]，而在實際的深基坑施工過程中，現場情況存在明顯的差異，需結合實際情況采取針對性的防治措施才能切實降低突涌危害[5]。為此，對突涌穩定性作出客觀評價是十分必要的。本文以實際施工深基坑為基礎，對深基坑局部下沉部位開挖突涌穩定性評價方法進行研究，通過對比測試的方式驗證了所設計評價方法的可靠性。

1 深基坑局部下沉部位開挖突涌穩定性評價方法設計

1.1 突涌災害風險影響因素分析

在開展深基坑局部下沉部位開挖突涌穩定性評價之前，明確影響突涌災害風險的因素構成是保障最終評價結果可靠性的關鍵[6]。為此，本文結合突涌災害的實際發生條件，構建了突涌災害風險影響因素，見表1。

表1 突涌災害風險影響因素

從表1 可知，本文設計的突涌災害風險影響因素共包含11 個，涵蓋施工環境的客觀地質條件、水文條件、深基坑施工條件3 個主要方面。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的形式存在的，另一部分因素是以非量化參數的形式存在的，這就導致在后續的穩定性分析評價階段需要對其作相應的轉化處理。為此，本文對勢能降壓措施、超前加固措施、開挖方法、施工技術水平以及施工管理水平的狀態參數進行量化處理，按照配置的合理性，劃分為合理、較合理、較不合理、不合理4 個等級，對應的量化結果分別為4.0、3.0、2.0 以及1.0。在此基礎上，對地形地貌以及地層巖性情況進行量化處理。其中，無負地形的量化結果為4.0，小型負地形的量化結果為3.0，中型負地形的量化結果為2.0，大負地形的量化結果為1.0。非巖溶巖的量化結果為4.0，弱巖溶巖的量化結果為3.0，中等巖溶巖的量化結果為2.0，強巖溶巖的量化結果為1.0。

按照這樣的方式，實現對突涌災害風險影響因素的全面分析，為后續的穩定性評價提供可靠基礎。

1.2 開挖突涌穩定性評價

結合1.1節對突涌災害風險影響因素的分析結果，本文在具體的開挖突涌穩定性評價階段，引入了權重參數，利用其實現對各因素對突涌災害風險導向強度的差異化處理。其中，具體的權重計算方式可以表示為：

式中：ki——表示突涌災害風險影響因素i的權重參數；

u1——突涌災害的臨界穩定狀態；

λ——突涌災害風險影響因素的綜合。

需要注意的是，由于突涌災害風險影響因素構成是相對固定的，因此，在對u1進行取值時，需結合實際情況對其進行設置，客觀地質環境對于相同突涌災害風險影響因素的承載能力不同，因此，該參數的取值結果與深基坑施工前期的地質探測結果為基準。

在此基礎上，對開挖突涌穩定性的評價方式可以表示為：

式中：f——開挖突涌穩定性的評價結果；

xi——突涌災害風險影響因素的狀態參數。

按照上述公式，實現對深基坑局部下沉部位開挖突涌穩定性的客觀評價，為相關防治措施的設計和實施提供指導。

2 評價方法的應用效果測試

2.1 測試環境

為了驗證本文設計的突涌穩定性評價方法實際應用效果，開展了對比測試，其中，對照組采用的評價方法分別為文獻[2]和文獻[3]提出的突涌穩定性評價方法。對于測試環境的準備，本文以某實際深基坑施工項目為基礎，在仿真環境中進行測試。對測試深基坑的基礎信息進行分析，其中，多年降雨量均值為950.0mm，多年蒸發量均值為823.44mm，對應的降雨入滲指數達到了0.32%。在深基坑施工環境內，地表水系、湖泊的總規模達到了253.16×104m3。在深基坑開挖區域，地形的坡度為22.0°。在基礎上，對深基坑施工區域的地質情況進行分析，其中，斷層性質為張扭性，可溶巖石露出面積比值達到了32.15%，在開挖區域，存在斷層破碎結構，對應的寬度為2.23m，中間伴隨部分褶皺發育，對應的發育程度較小，負地形狀態屬于小型。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。結合上述的數據分析，在仿真環境中分析，無外力作用下，測試深基坑的突涌穩定性。

2.2 測試結果與分析

結合2.1 節所示的測試環境，本文進行了為期60d的突涌穩定性評價測試，并與仿真環境的實際輸出結果進行比較，得到的數據結果如圖1所示。

圖1 不同方法測試結果對比圖

結合圖1 所示的信息對3 種不同評價方法的測試結果進行分析，可以發現不同方法的評價結果與實際情況之間的關系表現出了較為明顯的差異。其中，在文獻[2]方法的測試結果中，雖然對于測試深基坑突涌穩定性評價結果與實際情況的最小誤差僅為0.05（開挖后10d），但是最大誤差達到了0.44（開挖后60d），并且整體誤差呈現出隨著開挖施工的推進逐漸增大的發展趨勢，測試結果表明該方法對于短期深基坑突涌穩定性的評價結果具有較高的可靠性，但是對于長期深基坑突涌穩定性的評價效果存在進一步提升的空間。

在文獻[3]方法的測試結果中，對于測試深基坑突涌穩定性評價結果與實際情況之間的關系表現出了不規則的發展特點。其中，最小誤差為開挖后30d，對應的誤差為0.03，最大誤差為開挖施工后40d，對應誤差為0.26，測試結果表明該評價方法的穩定性存在一定的不足。

相比之下，在本文設計方法的測試結果中，對于測試深基坑突涌穩定性評價結果表現出了較高的可靠性，其中，誤差始終小于0.05，最大值僅為0.04（開挖施工后40d）。這是因為本文設計方法實現了對突涌災害風險影響因素的綜合分析，并且結合各因素對突涌災害風險導向強度，實現了對其權重的合理差異化。

綜合上述測試結果可以得出結論，本文設計的深基坑局部下沉部位開挖突涌穩定性評價方法可以實現對深基坑突涌狀態的準確評價，對于實際的深基坑安全管理以及突涌風險防治具有良好的指導價值。

3 結束語

在開展深基坑施工的過程中，受客觀地理環境以及開挖施工情況的影響，存在不同程度的突涌風險，一旦發生突涌事故，不僅會對深基坑施工作業人員的人身安全造成極大的威脅，同時也會對整體建筑項目的穩定性產生負面影響。針對此，為了能夠更加科學、合理地實現對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定性評價研究，結合影響突涌的因素構成，實現了對深基坑突涌狀態的準確評價分析。希望本文設計的突涌穩定性評價方法能夠為實際的深基坑施工安全管理提供參考。