考虑既有铁路影响的深基坑支护设计及变形规律的分析

文/童烈阳

1 前言

在深基坑的支护设计过程中，倘若其设计与实际情况有所出入，那么在施工过程中就很有可能产生围护结构形变、地表沉降和坑底隆起变形。这些现象出现后若是不能及时解决，那么很有可能会对周遭铁路的正常运营造成严重的负面影响，甚至使得铁路出现裂痕和形变，最终威胁到出行人员的生命财产安全。因此，技术人员需要在深基坑支护设计的过程中，对设计方式与形变规律进行深入探究[1]。

2 基坑工程概述

所谓的基坑工程指的是包括基坑降水、基坑支护和基坑开挖这三个流程的工程统称。在基坑施工的过程中，原本的土地应力平衡会随着施工进度的展开而发生较大的改变，一旦原有土层的应力平衡出现变化，那么原基坑附近的铁路建筑会因为土层应力平衡的改变而受到影响，甚至发生形变；倘若形变超出了既定铁路建筑承受的极限范围，那么相关铁路建筑就很可能发生倾斜、裂缝等不可挽回的损害，使得原本能够承担交通运输功用的铁路线路无法继续使用。

3 规律研究必要性分析

在传统的基坑工程建设过程中，施工人员往往只会注重基坑建设本身的稳定性，而对于基坑工程建设过程中可能对周边环境产生的影响并不能引起足够的重视。但实际上在基坑工程建设过程中，很容易出现垮塌现象，或者由于基坑建设过程中的组成应力平衡的改变而导致周边有的铁路线路出现大幅度变形状况。一旦出现了危险事故或是造成了周边既有铁路线路的损害，那么基坑工程建设就需要暂时停止，这不仅会给施工单位造成巨大的经济损失，还会严重影响到人们的日常出行。譬如：在南方某一城市的地铁站基坑修建过程中，由于基坑支护强度不够科学合理，基坑工程建设出现了塌方现象，有一部分工作人员由于缺乏警惕和危险意识，在塌方现象出现前没有及时撤离，最终被埋在了基坑底部，发生了十分严重的人员伤亡现象。因此，为了避免这些危险故障的出现，相关技术研究人员很有必要探究基坑工程建设过程中的支护形变规律，以此减少形变出现的可能性，最大限度降低基坑工程建设过程中可能出现的经济损失和人员伤亡概率[2]。

4 深基坑变形特征分析

为了科学合理地解决既有铁路影响下深基坑支护设计形变问题，技术人员需要对深基坑形变的特征进行深入研究与分析。

4.1 围护结构变形

在基坑工程建设过程中，基坑内部会随施工过程逐步开挖，这样一来围护结构内部就变成了悬空状态。在这种情况下，需要保障围护结构内侧所受应力与外侧所受应力的平衡。但在实际操作过程中，大多数情况都无法维系围护结构内侧应力的平衡，倘若围护结构外部应力大于内部应力，那么外侧的土体就很可能会逐步向内侧移动；在这一过程中，基坑底部的主体也会逐步向基坑内部移动，最终导致围护结构出现变形[3]。

4.2 地表沉降

地表沉降也是深基坑施工过程中较为常见的变形方式，这里说的地表沉降并不是基坑底部的地表发生沉降，而是基坑周边的土体发生沉降。之所以会出现这种状况，是由于围护结构内侧应力小于外侧应力，导致外侧土体逐渐向内部挤压，最终使得基坑内部发生形变。在这种情况下，基坑周边的土体就会出现明显的沉降现象，同时基坑底部的土体也会逐步隆起。根据实际情况不同，地表沉降的具体方式也会有所不同。倘若围护结构底部的土层含水量不足，或是围护结构本身埋在土层较深的地方，那么基坑周边的地表一旦发生沉降状况，就会呈现出凹槽型的沉降。但如果围护结构埋在较浅的土层，或是围护结构底部土层含水量较为丰富，那么基坑周边地表所发生的沉降会呈现出三角形[4]。

4.3 坑底隆起变形

之所以会出现坑底隆起变形状况，是由于围护结构内部的应力无法与外侧应力达到相应平衡。在基坑工程建设初期，如果由于围护结构内部应力小于外部应力而导致基坑底部的土地出现隆起，那么此时隆起土体大约集中在中部靠近围护结构两侧的土体，并不会发生过度隆起，但随着基坑工程建设逐步深入，围护结构内侧压力与外侧压力之间的差异进一步加大，原本只在中部隆起的基坑底部会出现塑性隆起，而围护结构也会随着坑底隆起变形程度的逐步加深而发生明显位移[5]。

5 主要改善措施分析

要想让深基坑工程建设变得更加顺利，使得既有铁路基础上基坑工程建设影响变小、触发危险事故的概率得到控制，就需要采取具有可行性的措施进一步完善深基坑工程建设。

5.1 详细考察地质水文条件

深基坑工程建设质量与工程建设的目标地所具备地质情况以及水文情况有十分密切的联系。倘若工程地质情况与水文情况存在问题，那么即便相应工作人员按照科学合理的规章制度流程进行深基坑工程建设，也未必能够取得良好的工程建设质量，为此在进行深基坑工程建设之前，相应工作人员需要前往现场详细勘察，对工程目标选择地所具备的地质情况和水文情况进行一个详细的了解。在这一过程中，技术人员研究土层地质的性质特征，并根据土层特性改进和讨论维护方案制定计划，进一步确认深基坑建设步骤，务必使得深基坑工程建设步骤与当地的水文条件和自然环境相贴合，以此才能在确保施工安全的基础上，稳步提升施工质量[6]。另外，技术人员还需要统计该地区地下水位的情况，对施工过程中可能出现的各类危险状况进行紧急预案，并且对整体的深基坑支护方案设计进行可行性探讨，制定出较为详细的施工进度安排表和风险预案。这样一来，即便在施工过程中出现了突发状况，也能够通过前期各类工作安排有条不紊地使用应急措施，确保相应基坑建设不会出现任何可能触发严重影响的危险灾害。

5.2 确定基坑规模及土压力值

在铁路建设过程中，需要进行各类不同规模、不同方案的基坑施工。为了使各类基坑建设都能够得到较为良好的支护，相应技术人员需要针对各级基坑的性质和规模特征设计围护结构。在各技术人员进行围护设计布置时，需要将围护结构中冠梁与腰梁部分连接，以此使每一个围护结构变得更加稳定、更加协调。但在这一过程中，相关技术人员还需要考虑基坑本身的规模以及基坑工程建设的土压力值。实际上，对土压力值进行考察是至关重要的，土压力值不仅会对基坑工程建设过程中的支护结构设计产生重大影响，还会对基坑建设过程中是否出现形变现象产生十分重大的影响，因此技术人员应精准计算基坑建设过程中的土地压力值，计算结果要尽量符合基坑建设过程的实际情况。

5.3 保障维护结构的刚度

在深基坑开挖的过程中，施工所产生的应力变化状况会在围护结构中直接反映。理想状况下，如果基坑工程周边的围护结构和内支撑结构具有较大的刚度，那么其发生形变的概率就越小；如果围护结构以及内部支撑结构的刚度过小，那么其发生形变概率也就越大。但需要注意的是，虽然刚度大小与形变发生概率之间存在密切关系，但这并不意味着技术人员就可以在围护结构制造过程中肆意增加构件的刚度。实际上，在围护结构建设过程中，如果采取适当的方式增加结构本身刚度，或是增加围护结构建设所需使用材料强度，的确能够有效降低形变发生的概率，但这并不意味着刚度越强越好。当围护结构刚度到达某一个临界点，如果继续增加围护结构的刚度，那么发生形变的概率又会继续提升。换句话说，围护结构刚度与发生形变概率的正相关关系存在一个极限值。对于技术研究人员而言，要想在围护结构刚度变化方面控制形变概率，那么就需要采取必要的措施和手段预估极限值，确保围护结构的刚度增加在极限范围内，从而有效控制形变发生概率。

5.4 加深围护墙体的埋置深度

在围护结构建设过程中，技术人员除了确定基坑建设过程中围护结构的刚度外，为了降低形变发生的概率，相应技术人员还可以尝试提高围护墙体埋置深度。从理论上来看，埋置深度越深，墙体发生位移的概率就越小；埋置深度越浅，墙体发生位移的概率就越大。但这一影响因素也存在极限，当埋置深度到达极限后，不仅无法控制形变概率，还会提高工程投入成本。因此，技术研究者需要合理控制埋置深度，进而才能在合理控制成本的基础上控制形变概率。

6 结语

总而言之，随着我国交通工程建设的逐步发展，深基坑工程建设方式和质量的提升显得尤为重要。只有把握深基坑工程建设的规律，才能够确保其对周遭环境影响降到最低，确保既有铁路不会由于地层应力的改变而发生形变、出现裂缝等质量问题，避免原本的公共交通和运输事业由于深基坑工程建设的不断展开而受到负面影响，将施工单位的经济损失降到最低；同时，相关施工人员也不会由于深基坑工程建设中所产生塌方现象而出现人身安全事故。