考慮既有鐵路影響的深基坑支護設計及變形規律的分析

文/童烈陽

1 前言

在深基坑的支護設計過程中，倘若其設計與實際情況有所出入，那么在施工過程中就很有可能產生圍護結構形變、地表沉降和坑底隆起變形。這些現象出現后若是不能及時解決，那么很有可能會對周遭鐵路的正常運營造成嚴重的負面影響，甚至使得鐵路出現裂痕和形變，最終威脅到出行人員的生命財產安全。因此，技術人員需要在深基坑支護設計的過程中，對設計方式與形變規律進行深入探究[1]。

2 基坑工程概述

所謂的基坑工程指的是包括基坑降水、基坑支護和基坑開挖這三個流程的工程統稱。在基坑施工的過程中，原本的土地應力平衡會隨著施工進度的展開而發生較大的改變，一旦原有土層的應力平衡出現變化，那么原基坑附近的鐵路建筑會因為土層應力平衡的改變而受到影響，甚至發生形變；倘若形變超出了既定鐵路建筑承受的極限范圍，那么相關鐵路建筑就很可能發生傾斜、裂縫等不可挽回的損害，使得原本能夠承擔交通運輸功用的鐵路線路無法繼續使用。

3 規律研究必要性分析

在傳統的基坑工程建設過程中，施工人員往往只會注重基坑建設本身的穩定性，而對于基坑工程建設過程中可能對周邊環境產生的影響并不能引起足夠的重視。但實際上在基坑工程建設過程中，很容易出現垮塌現象，或者由于基坑建設過程中的組成應力平衡的改變而導致周邊有的鐵路線路出現大幅度變形狀況。一旦出現了危險事故或是造成了周邊既有鐵路線路的損害，那么基坑工程建設就需要暫時停止，這不僅會給施工單位造成巨大的經濟損失，還會嚴重影響到人們的日常出行。譬如：在南方某一城市的地鐵站基坑修建過程中，由于基坑支護強度不夠科學合理，基坑工程建設出現了塌方現象，有一部分工作人員由于缺乏警惕和危險意識，在塌方現象出現前沒有及時撤離，最終被埋在了基坑底部，發生了十分嚴重的人員傷亡現象。因此，為了避免這些危險故障的出現，相關技術研究人員很有必要探究基坑工程建設過程中的支護形變規律，以此減少形變出現的可能性，最大限度降低基坑工程建設過程中可能出現的經濟損失和人員傷亡概率[2]。

4 深基坑變形特征分析

為了科學合理地解決既有鐵路影響下深基坑支護設計形變問題，技術人員需要對深基坑形變的特征進行深入研究與分析。

4.1 圍護結構變形

在基坑工程建設過程中，基坑內部會隨施工過程逐步開挖，這樣一來圍護結構內部就變成了懸空狀態。在這種情況下，需要保障圍護結構內側所受應力與外側所受應力的平衡。但在實際操作過程中，大多數情況都無法維系圍護結構內側應力的平衡，倘若圍護結構外部應力大于內部應力，那么外側的土體就很可能會逐步向內側移動；在這一過程中，基坑底部的主體也會逐步向基坑內部移動，最終導致圍護結構出現變形[3]。

4.2 地表沉降

地表沉降也是深基坑施工過程中較為常見的變形方式，這里說的地表沉降并不是基坑底部的地表發生沉降，而是基坑周邊的土體發生沉降。之所以會出現這種狀況，是由于圍護結構內側應力小于外側應力，導致外側土體逐漸向內部擠壓，最終使得基坑內部發生形變。在這種情況下，基坑周邊的土體就會出現明顯的沉降現象，同時基坑底部的土體也會逐步隆起。根據實際情況不同，地表沉降的具體方式也會有所不同。倘若圍護結構底部的土層含水量不足，或是圍護結構本身埋在土層較深的地方，那么基坑周邊的地表一旦發生沉降狀況，就會呈現出凹槽型的沉降。但如果圍護結構埋在較淺的土層，或是圍護結構底部土層含水量較為豐富，那么基坑周邊地表所發生的沉降會呈現出三角形[4]。

4.3 坑底隆起變形

之所以會出現坑底隆起變形狀況，是由于圍護結構內部的應力無法與外側應力達到相應平衡。在基坑工程建設初期，如果由于圍護結構內部應力小于外部應力而導致基坑底部的土地出現隆起，那么此時隆起土體大約集中在中部靠近圍護結構兩側的土體，并不會發生過度隆起，但隨著基坑工程建設逐步深入，圍護結構內側壓力與外側壓力之間的差異進一步加大，原本只在中部隆起的基坑底部會出現塑性隆起，而圍護結構也會隨著坑底隆起變形程度的逐步加深而發生明顯位移[5]。

5 主要改善措施分析

要想讓深基坑工程建設變得更加順利，使得既有鐵路基礎上基坑工程建設影響變小、觸發危險事故的概率得到控制，就需要采取具有可行性的措施進一步完善深基坑工程建設。

5.1 詳細考察地質水文條件

深基坑工程建設質量與工程建設的目標地所具備地質情況以及水文情況有十分密切的聯系。倘若工程地質情況與水文情況存在問題，那么即便相應工作人員按照科學合理的規章制度流程進行深基坑工程建設，也未必能夠取得良好的工程建設質量，為此在進行深基坑工程建設之前，相應工作人員需要前往現場詳細勘察，對工程目標選擇地所具備的地質情況和水文情況進行一個詳細的了解。在這一過程中，技術人員研究土層地質的性質特征，并根據土層特性改進和討論維護方案制定計劃，進一步確認深基坑建設步驟，務必使得深基坑工程建設步驟與當地的水文條件和自然環境相貼合，以此才能在確保施工安全的基礎上，穩步提升施工質量[6]。另外，技術人員還需要統計該地區地下水位的情況，對施工過程中可能出現的各類危險狀況進行緊急預案，并且對整體的深基坑支護方案設計進行可行性探討，制定出較為詳細的施工進度安排表和風險預案。這樣一來，即便在施工過程中出現了突發狀況，也能夠通過前期各類工作安排有條不紊地使用應急措施，確保相應基坑建設不會出現任何可能觸發嚴重影響的危險災害。

5.2 確定基坑規模及土壓力值

在鐵路建設過程中，需要進行各類不同規模、不同方案的基坑施工。為了使各類基坑建設都能夠得到較為良好的支護，相應技術人員需要針對各級基坑的性質和規模特征設計圍護結構。在各技術人員進行圍護設計布置時，需要將圍護結構中冠梁與腰梁部分連接，以此使每一個圍護結構變得更加穩定、更加協調。但在這一過程中，相關技術人員還需要考慮基坑本身的規模以及基坑工程建設的土壓力值。實際上，對土壓力值進行考察是至關重要的，土壓力值不僅會對基坑工程建設過程中的支護結構設計產生重大影響，還會對基坑建設過程中是否出現形變現象產生十分重大的影響，因此技術人員應精準計算基坑建設過程中的土地壓力值，計算結果要盡量符合基坑建設過程的實際情況。

5.3 保障維護結構的剛度

在深基坑開挖的過程中，施工所產生的應力變化狀況會在圍護結構中直接反映。理想狀況下，如果基坑工程周邊的圍護結構和內支撐結構具有較大的剛度，那么其發生形變的概率就越小；如果圍護結構以及內部支撐結構的剛度過小，那么其發生形變概率也就越大。但需要注意的是，雖然剛度大小與形變發生概率之間存在密切關系，但這并不意味著技術人員就可以在圍護結構制造過程中肆意增加構件的剛度。實際上，在圍護結構建設過程中，如果采取適當的方式增加結構本身剛度，或是增加圍護結構建設所需使用材料強度，的確能夠有效降低形變發生的概率，但這并不意味著剛度越強越好。當圍護結構剛度到達某一個臨界點，如果繼續增加圍護結構的剛度，那么發生形變的概率又會繼續提升。換句話說，圍護結構剛度與發生形變概率的正相關關系存在一個極限值。對于技術研究人員而言，要想在圍護結構剛度變化方面控制形變概率，那么就需要采取必要的措施和手段預估極限值，確保圍護結構的剛度增加在極限范圍內，從而有效控制形變發生概率。

5.4 加深圍護墻體的埋置深度

在圍護結構建設過程中，技術人員除了確定基坑建設過程中圍護結構的剛度外，為了降低形變發生的概率，相應技術人員還可以嘗試提高圍護墻體埋置深度。從理論上來看，埋置深度越深，墻體發生位移的概率就越小；埋置深度越淺，墻體發生位移的概率就越大。但這一影響因素也存在極限，當埋置深度到達極限后，不僅無法控制形變概率，還會提高工程投入成本。因此，技術研究者需要合理控制埋置深度，進而才能在合理控制成本的基礎上控制形變概率。

6 結語

總而言之，隨著我國交通工程建設的逐步發展，深基坑工程建設方式和質量的提升顯得尤為重要。只有把握深基坑工程建設的規律，才能夠確保其對周遭環境影響降到最低，確保既有鐵路不會由于地層應力的改變而發生形變、出現裂縫等質量問題，避免原本的公共交通和運輸事業由于深基坑工程建設的不斷展開而受到負面影響，將施工單位的經濟損失降到最低；同時，相關施工人員也不會由于深基坑工程建設中所產生塌方現象而出現人身安全事故。