深基坑局部下沉部位开挖突涌稳定性评价方法研究

郭 新 韩旭睿 詹曜珲 栗国法 代文博 朱松林

（中建七局安装工程有限公司，河南 郑州 450000）

0 引言

在深基坑施工过程中[1]，最常见的问题之一就是开挖位置发生突涌，这不仅会对施工人员的生命安全造成极大的威胁，同时也对施工项目的顺利推进有着明显的阻碍作用[2]。此外，一旦深基坑出现突涌灾害，也会间接增加其他地质灾害发生的可能性，使得潜在危险因素更加严重[3]。近年来，诸多专家和学者们对突涌灾害的防治展开了研究，并提出了防治措施，但大多是以统一的标准执行的[4]，而在实际的深基坑施工过程中，现场情况存在明显的差异，需结合实际情况采取针对性的防治措施才能切实降低突涌危害[5]。为此，对突涌稳定性作出客观评价是十分必要的。本文以实际施工深基坑为基础，对深基坑局部下沉部位开挖突涌稳定性评价方法进行研究，通过对比测试的方式验证了所设计评价方法的可靠性。

1 深基坑局部下沉部位开挖突涌稳定性评价方法设计

1.1 突涌灾害风险影响因素分析

在开展深基坑局部下沉部位开挖突涌稳定性评价之前，明确影响突涌灾害风险的因素构成是保障最终评价结果可靠性的关键[6]。为此，本文结合突涌灾害的实际发生条件，构建了突涌灾害风险影响因素，见表1。

表1 突涌灾害风险影响因素

从表1 可知，本文设计的突涌灾害风险影响因素共包含11 个，涵盖施工环境的客观地质条件、水文条件、深基坑施工条件3 个主要方面。但需注意的是，由表1 还可以看出，一部分因素是以量化参数的形式存在的，另一部分因素是以非量化参数的形式存在的，这就导致在后续的稳定性分析评价阶段需要对其作相应的转化处理。为此，本文对势能降压措施、超前加固措施、开挖方法、施工技术水平以及施工管理水平的状态参数进行量化处理，按照配置的合理性，划分为合理、较合理、较不合理、不合理4 个等级，对应的量化结果分别为4.0、3.0、2.0 以及1.0。在此基础上，对地形地貌以及地层岩性情况进行量化处理。其中，无负地形的量化结果为4.0，小型负地形的量化结果为3.0，中型负地形的量化结果为2.0，大负地形的量化结果为1.0。非岩溶岩的量化结果为4.0，弱岩溶岩的量化结果为3.0，中等岩溶岩的量化结果为2.0，强岩溶岩的量化结果为1.0。

按照这样的方式，实现对突涌灾害风险影响因素的全面分析，为后续的稳定性评价提供可靠基础。

1.2 开挖突涌稳定性评价

结合1.1节对突涌灾害风险影响因素的分析结果，本文在具体的开挖突涌稳定性评价阶段，引入了权重参数，利用其实现对各因素对突涌灾害风险导向强度的差异化处理。其中，具体的权重计算方式可以表示为：

式中：ki——表示突涌灾害风险影响因素i的权重参数；

u1——突涌灾害的临界稳定状态；

λ——突涌灾害风险影响因素的综合。

需要注意的是，由于突涌灾害风险影响因素构成是相对固定的，因此，在对u1进行取值时，需结合实际情况对其进行设置，客观地质环境对于相同突涌灾害风险影响因素的承载能力不同，因此，该参数的取值结果与深基坑施工前期的地质探测结果为基准。

在此基础上，对开挖突涌稳定性的评价方式可以表示为：

式中：f——开挖突涌稳定性的评价结果；

xi——突涌灾害风险影响因素的状态参数。

按照上述公式，实现对深基坑局部下沉部位开挖突涌稳定性的客观评价，为相关防治措施的设计和实施提供指导。

2 评价方法的应用效果测试

2.1 测试环境

为了验证本文设计的突涌稳定性评价方法实际应用效果，开展了对比测试，其中，对照组采用的评价方法分别为文献[2]和文献[3]提出的突涌稳定性评价方法。对于测试环境的准备，本文以某实际深基坑施工项目为基础，在仿真环境中进行测试。对测试深基坑的基础信息进行分析，其中，多年降雨量均值为950.0mm，多年蒸发量均值为823.44mm，对应的降雨入渗指数达到了0.32%。在深基坑施工环境内，地表水系、湖泊的总规模达到了253.16×104m3。在深基坑开挖区域，地形的坡度为22.0°。在基础上，对深基坑施工区域的地质情况进行分析，其中，断层性质为张扭性，可溶岩石露出面积比值达到了32.15%，在开挖区域，存在断层破碎结构，对应的宽度为2.23m，中间伴随部分褶皱发育，对应的发育程度较小，负地形状态属于小型。在开挖施工过程中，开挖断面面积为150.0m2，采取的施工方法为新奥法。结合上述的数据分析，在仿真环境中分析，无外力作用下，测试深基坑的突涌稳定性。

2.2 测试结果与分析

结合2.1 节所示的测试环境，本文进行了为期60d的突涌稳定性评价测试，并与仿真环境的实际输出结果进行比较，得到的数据结果如图1所示。

图1 不同方法测试结果对比图

结合图1 所示的信息对3 种不同评价方法的测试结果进行分析，可以发现不同方法的评价结果与实际情况之间的关系表现出了较为明显的差异。其中，在文献[2]方法的测试结果中，虽然对于测试深基坑突涌稳定性评价结果与实际情况的最小误差仅为0.05（开挖后10d），但是最大误差达到了0.44（开挖后60d），并且整体误差呈现出随着开挖施工的推进逐渐增大的发展趋势，测试结果表明该方法对于短期深基坑突涌稳定性的评价结果具有较高的可靠性，但是对于长期深基坑突涌稳定性的评价效果存在进一步提升的空间。

在文献[3]方法的测试结果中，对于测试深基坑突涌稳定性评价结果与实际情况之间的关系表现出了不规则的发展特点。其中，最小误差为开挖后30d，对应的误差为0.03，最大误差为开挖施工后40d，对应误差为0.26，测试结果表明该评价方法的稳定性存在一定的不足。

相比之下，在本文设计方法的测试结果中，对于测试深基坑突涌稳定性评价结果表现出了较高的可靠性，其中，误差始终小于0.05，最大值仅为0.04（开挖施工后40d）。这是因为本文设计方法实现了对突涌灾害风险影响因素的综合分析，并且结合各因素对突涌灾害风险导向强度，实现了对其权重的合理差异化。

综合上述测试结果可以得出结论，本文设计的深基坑局部下沉部位开挖突涌稳定性评价方法可以实现对深基坑突涌状态的准确评价，对于实际的深基坑安全管理以及突涌风险防治具有良好的指导价值。

3 结束语

在开展深基坑施工的过程中，受客观地理环境以及开挖施工情况的影响，存在不同程度的突涌风险，一旦发生突涌事故，不仅会对深基坑施工作业人员的人身安全造成极大的威胁，同时也会对整体建筑项目的稳定性产生负面影响。针对此，为了能够更加科学、合理地实现对突涌危害的有效防治，本文提出深基坑局部下沉部位开挖突涌稳定性评价研究，结合影响突涌的因素构成，实现了对深基坑突涌状态的准确评价分析。希望本文设计的突涌稳定性评价方法能够为实际的深基坑施工安全管理提供参考。