矿山深基坑开挖施工监测分析

1 引言

矿山深基坑开挖的变形发展和其破坏模式与基坑在开挖过程中产生的应力场变化有着密不可分的联系。因此，为实现矿山工程质量的提升，并保证周围地层结构的稳定性，相关领域研究人员逐渐将研究重点转移到对地层稳定性影响因素上。在进行矿山施工的过程中，由于社会需求不断提升，矿产资源的开采深部不断加深，使得矿山企业不得不持续增加基坑的开挖深度。在不但加深基坑的开挖和支护施工项目中，不合理的开挖手段常常会造成周围土体位移大、侧向抗弯刚度弱、对周围环境适应能力差等问题，严重影响矿山地层的稳定性，对于矿山施工以及矿山周围的居民而言造成巨大的安全隐患问题。本文以A市某地区矿山为例，通过对真实的矿山深基坑开挖项目产生的各类历史资料进行分析，并以此为依据，开展矿山深基坑开挖施工监测分析研究。

2 工程概况

2.1 项目介绍

深基坑开挖与井下巷道平面布置如图1所示。

研究所选项目为我国A市的大型矿山如图一。基坑支护体系采用钻孔灌注桩与内支撑组合的方式，钻孔灌注桩为Φ1000的加筋混凝土桩，间距1600mm；第一道内支撑为水平间距8.0m的0.8m×1.0m加筋混凝土支撑，第二道和第三道支撑为水平间距4.0m的Φ609×16mm的金属管。混凝土标号为C30，金属管材为Q235B。场地地层主要由素填土和中风化石灰岩组成。场地计算域选取：基坑尺寸为27.2m×30.8m，开挖深度为19.5m，综合考虑各方面因素，整体模型竖直方向选取3倍开挖深度57m，东西向选择3.4倍基坑长度，南北向选择3.6倍基坑宽度，即模型尺寸为105m×98m×57m。支护截面为2m×1.5m的矩形，高度11m；桩基为圆形截面，直径为3.2m，桩长15.5m，高度1.6m、翼板宽10m、翼板厚1m、腹板厚5m的T型截面。高架桥、围护桩和金属支撑采用线弹性本构，场地底面及侧面均为固定约束，采用混合网格生成器划分单元，模型共76215个单元，52591个节点。

2.2 地质条件

项目所在地的地质条件由岩土工程现场调查确定，包括现场调查和实验室试验。其中，现场调查进行了两次试坑开挖（TP1和TP2）和四次钻孔（BH1、BH2、BH3和BH4）（图2）。

如图2所示，测试区域的尺寸为30m（长）×11.6m（宽）。开挖试验坑2.50m，钻孔直径0.10m，深度13m，南侧钻孔20m。观察到的地下水位距离钻孔2.20m，进行测试的粘土层的饱和率约为80%。通过目视检查和统一土壤分类系统可以清楚地识别三个底土层：第一层深度为0.80m，被观察为表土，并在测试前被移除；中间层在0.80m至7.0m深度之间，呈现出具有高可塑性（CH）的粉质粘土地层；在底层观察到10.0m深的粉砂质粘土层。在每个钻孔的钻孔过程中都进行了标准渗透测试（SPT），SPT值随深度的分布如图3所示。

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基坑地处繁华地带，基坑东南侧紧临城市主要干道，南侧圆弧处紧临城市主干道，沿场地周边地下管网较多，且施工场地狭小。因此，基坑侧面支护最初预备采用穿透深度27.0m的金属打桩板，以及为板桩建造横隔墙。在详细设计阶段，根据安全情况进行校核计算，以减少桩板的渗透深度，并放弃使用地下连续墙施工的昂贵解决方案。其次，根据早期地质设计，进行板桩、基坑支护和开挖、借桩和基础板施工。板桩采用金属arselor az 37-700型13.5m长桩板，板桩通过钻孔借桩，在现有地基内侧，施工喷射灌浆桩，与现有地基间距450mm，深度至少2m)。

综上所述，TLR4及TNF-α可能在慢性支气管炎的进程中起炎症损伤作用，苗药杆努尽烟可通过影响其表达水平，抑制气道炎症。

2.3 支护方案

此外，实验室根据《土壤环境监测技术规范》（HJ/T 166—2004）对土壤样品进行阿特伯格极限测试。发现土壤的液限和塑限分别为27和10，可塑性指数估计为17，土壤的比重为2.65。

3.2.3 地下连续墙的变形

为了在基坑开挖时提供桩板的稳定性，分别采用“旋喷桩+钻孔灌注桩”“旋喷桩+钻孔灌注桩+原搅拌桩”“旋喷桩+钻孔灌注桩+原搅拌桩+原钻孔灌注桩”“旋喷桩+钻孔灌注桩+原搅拌桩+原钻孔灌注桩+钻孔灌注桩”的组合支护

。此外，在11.500m～14.000m深处使用喷射技术建造的水平水泥土板。预计板材容量达到2.5立方米。600mm直径的临时钻孔灌注桩，在6x6米网孔的基坑内嵌入。钻孔灌注桩的高度为29m800mm至1200mm，在基坑底部下方嵌入桩柱，作为将来基坑底部水平板栅的永久承重结构。在基坑挖掘期间，支撑钢筋混凝土的平板安装在4.410m至11.100m的深度。在4.410m深处，一块400mm厚的板靠在临时桩上，在11.100m深处，一块1200mm厚的板以一块喷射灌浆板作为基础。在基坑揭露的最后一个阶段，在基坑底部埋设横梁和横墙，以保证基坑围护结构在这一层的刚度。

3 施工监测

3.1 监测方法

3.2.1 地表沉降监测结果

除了关键的传感器保护，安装方法也必须实用和快速，以防止对桩的施工过程产生重大干扰。研究了不同安装技术的实验室测试表明，使用常规的卡箍固定电缆0.5m～1m之间的间距（取决于桩径）足以保证在打入过程中电缆的固定位置，在灌浆硬化后，传感电缆的结构化表面最终与周围材料形成刚性结合

。另外，与传统传感器类似，分布式光纤监测需要传感器特性曲线来从原始测量量导出应变值。然而，光纤传感电缆的制造商通常不提供他们自己的校准参数，这可能会导致几个百分点的误差。为此，在现场测量之前，对所用传感电缆的几个样品进行单独校准，以可靠地确定频率与应变的关系。最后，由于光纤沿桩垂直埋入地下，在长期监测中，必须在应变传感器附近安装一条不受应变影响的附加传感电缆，以消除产生的温度影响。

3) 基础数据统计分析系统。在数据分析处理之前,商场内的位置信息、冷热情况、客流高峰和营业额比、商业报告、转化率、客流均滞留率和新客率等数据虽然也有，但相互之间缺少交叉和融合，限制着数据发现的能力。在综合数据分析下，跨行业、多维度的数据经常发生碰撞，从而得到更多有价值的信息。

3.2 监测结果

近年来，分布式光纤监测系统在岩土工程应用中变得越来越流行，因为它们可以沿整个物体提供高精度的分布式应变，可用于监测隧道、土工结构元件、管道和基坑等

。分布式光纤监测系统的基本原理是基于光脉冲在沿传感光纤前向传播期间的自然散射，散射光的一小部分被反射回询问单元，并可在那里用于传感目的

。在本次研究中，为了及时收集和反馈围护结构、周边土体及环境在施工中的变形信息，需要适当调整光纤询问单元、传感电缆和安装技术，以保证测量结果的质量。具体来说，由于现场环境恶劣，需要坚固的传感电缆来确保驱动过程中传感光纤的完整性。出于这个原因，使用预制传感电缆来测量沿桩的应变。光纤由金属管保护，因此，电缆具有良好的抗机械冲击能力。两条电缆的外表面都经过结构化处理，以提供与周围灌浆材料的牢固连接，电缆的所有层都是互锁的，以确保从外层到敏感的玻璃纤维芯的可靠应变传递。

在进行桩柱及板桩工程时，会进行土力监测以测量振动加速度。在前10根桩的施工中，振动加速度矢量值为0,011-0,038m/s

，允许值为0,15m/s

。对30m灾害范围内基坑基础的垂直变形发展进行定期大地测量，使沉降基准有一定程度的提高，显然与钻孔灌注桩施工时地基土的隆起程度不大有关。其后，在挖掘工程时，大地基准上观察到轻微的沉降。当时，沉降基准所记录的最大额外垂直变形不超过8毫米，最大的沉降量是10.95mm，具体监测结果如图4所示。

从这些值推断项目所在地的土壤为典型软土。在岩层顶部，技术成因沉积以人造充填地层的形式出现；在其下方3.2m处，有以砂质和粉质粘土地层为代表的湖相海相沉积：饱水灰质粉砂、黄色和灰色低塑性砂质壤土，以及砂质和粉质高塑性壤土。这些沉积物的总厚度为4.1m～9.0m，其上覆有条带状和层状的冰川沉积物、流动的非常柔软的壤土和带状的低塑性粉砂质壤土。这些沉积物的厚度为3.4m～10.2m。值得注意的是，最近的湖泊海洋沉积物和冰川沉积物是触变性土壤，在动力作用下可以转变为流动状态，强度和变形性能也随之恶化。这些沉积物的总厚度为7.8到20m。

3.2.2 基坑沉降监测结果

由于基坑施工，排水土壤和降低地下水位会导致沉降。由于土壤压实，地表降低，因为之前充满水的土壤孔隙空间被压缩。当水流失时充满孔隙的空气比水更具压缩性，因此无法承受上覆建筑的压力。这种压实通常是一个不可逆转的过程，因为土壤在干燥过程中重新排列并降低孔隙率，留下更少的孔隙空间供水填充。相比之下，软土更容易因干燥而发生体积损失，导致基坑沉降。在本次监测中，基坑变形量在-5.5mm～0.4mm之间，具体监测结果如图5所示。

1.小姐从尊贵到低俗；2.美女从惊艳到性别；3.老板从稀有到遍地；4.鸡从禽类到人类；5.奶粉从食品到毒品；6.专家从内行到流氓；7.表哥从亲戚到贪官；8.干爹从长辈到老公；9.秤砣从量器到凶器；10.临时工从无能到万能卧槽。

(1)矿级响应处置内容，即作业条件变化大、施工难度大、技术性强、或涉及面广、对全矿的安全生产影响大的一级变化内容。

软土是细粒土壤，例如来自先前冰河时代的冲积沉积物或由先前沉积物组成的土壤，由具有小孔隙空间的松散材料的细颗粒组成。这些类型的土壤具有较低的导水率，并且输送水的速度较慢。一些粘土可能含有化学结合水，并且在与水接触时会发生物理膨胀，这取决于粘土矿物的离子组成。另一方面，因为土壤在粒度、孔径和渗透性方面是异质的，富含有机质的软土排水更快，不仅会促进微生物活动的增加，还会增加作用于不饱和埋藏介质的桩的摩擦应力。这种应力，也称为“轴阻力”，在饱和状态下，土壤变得更有弹性并且可以随着基桩移动，而饱和度较低的土壤更硬。当受到压力时，饱和土壤会在桩周围移动和重塑，并均匀地支撑基桩）。随着收缩土壤的运动对桩施加力，降低了基坑中地下连续墙的承载能力，具体监测结果如图6所示。

3.2.4 地下水位沉降监测

储存在饱和土壤层中的水称为地下水，与湖泊或溪流等地表水相反。土壤中水压与大气压力相等的水位称为地下水位，可与湖泊的表面水位相媲美。由于毛细管力，即使高于此点，土壤也可以完全饱和，并且在高于此水平的非饱和带中仍然可能存在土壤水分，由于重力，这些水分可以通过土壤向下排出，并有助于地下水补给。地下基础工程会影响土壤不同层的地下水位，这可以通过安装在下部含水层的水位监测点进行监测，具体监测结果如图7所示。

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4 结论

综上所述，在矿山深基坑开挖施工时，重要的是要考虑即将进行的干预和地面工作如何影响土壤环境，同时，还需要考虑土壤环境对工程项目的影响。在矿山深基坑开挖施工中，工地地下水位不受控制的局部降低了桩头周围土壤的干燥过程，这将在一定程度上影响基坑的位移，即便在基坑支护的保护下，依旧不可避免的造成不良影响，这一点从3.2的监测结果中可见一斑。因此，在矿山深基坑开挖施工中，建议从控制建筑物变形的角度出发，时刻对地表、基坑、地下连续墙和地下水位进行监测，一旦发现位移超过标准，则立刻对变形较大的一侧的基坑建筑基础做加固处理。，深基坑支护施工技术在矿山岩土工程当中占据着非常重要的地位，为了能够确保施工正常开展，施工人员要对施工过程中存在的问题进行充分分析，在此基础上来提高施工效率和质量，确保各个施工环节可以正常开展。

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