深基坑开挖围护结构及邻近管线变形风险研究

深基坑开挖围护结构及邻近管线变形风险研究

周健

常州市中元建设工程勘察院有限公司江苏常州213000

摘要：深基坑在施工过程中面临周边环境、水文地质、工程机械设备、人员、建筑方案、管理组织方案等诸多不确定因素的影响，工程系统复杂、风险高，因此针对深基坑建设过程的风险管理研究具有十分重要的意义。

关键词：深基坑开挖；维护结构；管线变形；风险研究

一、深基坑开挖围护结构及邻近管线变形风险概述

工程风险研究中提出了风险辨识、风险估计、风险评价、风险决策、风险控制组成的五阶段风险管理模式。研究分析了工程招投标、承包和施工等阶段的风险，提出了PＲAM模型，将工程风险管理划分为定义、重点整理、识别、结构层次、隶属关系、估计、评价、计划和管理等九部分。研究将风险总结为4种不同的定义，并以工程应用为目标，从费用、工期、耐久性和环境4个部分对隧道盾构施工风险进行了系统的分析与研究。对地铁项目在规划、设计、施工及运营阶段的风险因素进行系统研究，提出了在LCIＲMM模式中风险事件发生的概率和损失之间的函数。在地铁深基坑施工动态风险控制研究中将工程风险分为人为风险和非人为风险，强调了人为风险对深基坑工程的重要性。研究中提出以故障树分析为基础，结合工作分解结构（WBS）与风险分解结构（WBS）进行风险识别的方法。将可信性风险分析理论引入深坑开挖的总体风险分析中，综合地表沉降曲线形式、建筑物几何尺寸和破坏评价准则，采用裂缝宽度来评价深基坑开挖引起的建筑物潜在破坏，给出风险评估过程。采用有限元法模拟了隧道下穿既有地铁出入口通道问题，得出安全评价新指标。施工中基坑工程监测数据为基础，通过数据挖掘法寻找工程风险和变形数据特征变化值之间的内在联系和规律，用于评价工程的危险程度。现有的风险管理理论研究主要集中在工程规划和可行性阶段，评估主要为定性或半定量分析，缺乏对风险量化评估。监测是保证工程建设安全的重要手段，监测结果是对工程结构和周边环境的综合反映。本研究分析了工程现场围护结构的位移监测数据，运用Elman网络方法对围护结构变形风险进行预测，引入风险指标计算和风险拟合，确定监测和预测数据的风险等级，并提出相应的风险管理措施。

二、深基坑开挖维护结构管线变形风险

一些基坑事故是由于勘察不足造成的。由于勘查工作不到位，加上勘察人员对土性判断不准确，使基坑工程勘察资料无法指导实际的工程。勘察偏差还会使土的物理力学指标取值偏高，计算结果的误差可能导致支护方式难以承载外力，引发事故。

1、不符合规范要求。基坑采取原状土样及相应主要力学试验指标较少，不能完全反映基坑土性的真实情况。勘察单位未考虑薄壁取土器对基坑设计参数的影响，且在选用推荐土体力学参数未根据当地软土特点进行综合判断。勘察报告推荐的直剪固结快剪指标，其平均值未按规范要求采用标准值，指标偏高。勘察报告提供土层的比例系数m值与类似工程经验值差异显著。提供的土体力学参数互相矛盾。

2、无法验证数据来源真实性。岩土数据勘测时，如果所测数据与类似工程经验值差异显著，则可能是试验原始记录已遗失，无法判断其数据的真实性。

3、地下水失控。若施工场地四周的市政管线较为丰富，或距离较近，应做好安全防护措施，避免破坏管道。一旦地连墙断裂倒塌，则可能引发淤泥涌入基坑，造成地面塌陷。若地面塌陷造成地下供水管线破裂，则可能使水倒灌进入基坑。土体渗透破坏包括以下问题：基坑壁流土破坏在饱和含水地层（特别是有砂层、粉砂层或者其他的夹层等透水性较好的地层），由于围护墙的止水效果不好或止水结构失效，致使大量的水夹带砂粒涌入基坑，严重的水土流失会造成地面塌陷。

4、支护方式选择不当。在支护前应进行实地测量，收集相关信息，了解实际地下结构，以保证设计方案的合理性。为确保支护质量，应合理选择支护方式，主要依据的内容便是实地测量得到的信息。若测量信息不准确，土质情况掌握不到位，则可能会选择不适宜的支护方式。锚杆支护应用广泛，但该支护方式也有一定的适用范围，同时，如果该方式使用不当，会对直呼效果产生不良影响。如若锚杆设置长度不足，则会使锚杆与土体间的摩擦力小于土体主动土压力，导致基坑坑壁土体的整体滑移。如果锚杆设置位置不得当或锚杆施加的预应力不足，则会导致支护结构抵抗力不足而产生过大变形。支撑刚度不够而产生过大弯曲变形，支撑节点强度小于支撑强度使节点先于支撑破坏，支撑设计位置不当而承受附加弯矩等，易使支撑失去作用。

三、深基坑开挖维护结构管线变形风险策略

1、深基坑围护结构的受力变形具有一定的规律性，同时又受各类环境因素的影响。监测结果表明，随着开挖深度的增加，围护结构受力呈动态变化，水平位移曲线呈抛物线形，开挖至设计深度后围护结构的水平位移趋于稳定，最大位移量为14.5mm，位于－12m深度处。墙顶各观测点在基坑土体开挖过程中的累计水平位移表现出波动。管线的沉降受到不同支撑的约束，产生的位移不同。

2、利用Elman动态神经网络对地铁车站基坑开挖施工过程中的变形风险进行预测，预测值围绕着实测结果波动，预估数据和监测数据的规律具有较好的一致性。采用风险指标计算法对实测数据进行风险量化计算，反映基坑安全状态，风险指标体现了监测数据的累计值、累计预警值、监测数据变化速率值和监测数据变化速率预警值等因素的影响。通过权重系数反映不同风险的影响，利用综合风险值分析工程的风险，并对工程风险等级进行划分，判断工程风险，提出相应的风险处置措施。

3、根据围护结构水平位移的分析，结合基坑开挖特点，分析降低围护结构位移风险的方法如下：土方开挖阶段应严格按照分层和分段的方法，开挖的分层高度不超过3m，开挖段的长度不超过25m，开挖过程中保证台阶形状；支撑的架设需及时，按照设计要求进行架设，及时观测支撑系统变形，出现问题时采取应急处理措施；基坑降水过程中，需监测周围地下水位的变化，降水不正常需立即查找问题，查看降水井出水是否含砂，若有应及时查明原因并制定相应措施，若无则减小出水量，以防止围护桩水平位移增大；尽量减小基坑周边堆载。一旦发生围护结构变形超限应停止施工，及时疏散人员，并邀请专家进行现场查看、分析原因、制定相应措施。措施实施后加强监测，待变形速率和变形值在控制值范围内且趋于安全稳定，恢复正常施工。

4、管线系统是城市的生命线工程，深基坑工程等工程常处于地下管线密集区域，管线破坏会对城市生命线工程造成重大影响，因此在工程施工前需要掌握管线的位置和埋设深度。根据对地下管线风险分析，提出如下管线变形风险控制措施：其一，工程施工前，通过现场调查，确定地下管线的位置；其二，通过隔离、地基土体加固等方法，对平行于基坑方向的重要光缆进行保护，通过临时改迁、悬吊等方法对横穿基坑的管线进行保护；其三，通过移除管线上方的荷载，减少地基土体对管线的影响；第四，实现信息化施工和动态化管理，及时发现和处理基坑开挖中的问题。

结束语

深基坑工程中风险发生的可能性和工程风险能否在工程中得到接受，直接影响工程采取何种风险控制措施。工程风险等级的划分需要根据工程建设规模、勘察设计施工、工程重要性程度及风险管理经验等工程实际情况确定。施工过程中将监测数据报警值的风险设定为几个等级。通过计算的监测风险指标，对工程的风险等级进行划分。确保基坑施工的安全顺利进行。

参考文献：

［1］李明锋.长大深基坑围护桩施工力学特性分析［J］.公路工程，2018（23）：497．

［2］罗云敏.环形超深基坑围护结构受力变形特性分析［J］.岩土力学，2017（28）：117-119．

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