深基坑施工中周围管线沉降预测与关联因素分析

因素分析

摘要：在深基坑挖开过程中，由于受到挖开设备及土层自身作用力的作用，导致周边土层出现变化，或塌陷或晃动，都会对土层自身应力造成一定破坏，而基坑周边的管线则因受到外力变化不断被拉扯，最终因拉力强度大于管线强度出现管线沉降、断裂等情况，对工程项目的开展产生巨大影响，甚至引发大型安全事故，对工程企业、人员生命安全及经济均造成极大损坏。虽然我国绝大部分施工现场均安装了监测设备，但该监测设备中并不包含风险预测功能，因此无法对可能对管线产生影响的因素及前兆进行预判，而监测系统也只能对管线断裂沉降后的现象进行反馈，作用并不大。为此，本文结合灰色关联度理论针对能够引发深基坑周边管线沉降的关联性因素进行分析，提出几点措施。

关键词：深基坑施工；周围管线沉降；预测与关联；分析；解决对策

前言：在实际深基坑开挖期间，会对土层造成振动，进一步破坏土的应力场，不断加大基坑周围管线的附加应力，当抗拉强度已超出材料自身时，将会导致管线出现断裂现象，进而引发安全事故。现阶段，在具体监测基坑周围管线沉降量的过程中，一些施工现场缺乏风险预测，未能构建完善的预警系统，当监测数据值较大已严重超出指定范围时，极易引发管线破裂。故而，为了避免这种现象，亟需针对深基坑施工中周围管线沉降预测与关联因素展开更为深入的探讨及分析。

1工程案例

因此，本文结合某地铁六号线换乘站工程对深基坑周围管线的沉降量进行预测，利用统计分析方法，通过研究监测数据利用MATLAB7.0进行编程，绘制三维的梯度走势图及三维的等高线图，来分析不同监测点间的沉降量差异及每个监测点的大体趋势；采用GM（1，1）灰色预测模型，进行定量预测分析；通过利用灰

色关联度分析法对主要关联因素进行分析，最终找出对管线沉降产生影响最大的因素。具体分析流程如下图。

图1深基坑周围管线沉降预测和关联分析流程 2深基坑周围管线沉降的关联因素分析

在对周边管线沉降原因进行分析时可发现，能够对其产生的因素主要包括连续墙测移、主筋内力变化、地下水位、基坑坑底因过度挖开导致变形以及土质自身稳定性等。而在对所有因素进行聚类分析后，可将主要关联因素锁定在主筋内力变化、连续墙以及地下水位三项中。因此，应当主要对这三种关联因素进行灰色管理分析。

2.1地下连续墙侧移

在对深基坑进行挖开时，挖开过程中会对其他土质层产生一定作用，导致周边土层发生变化，而如果在此过程中并未及时对周边土层采取相关措施，那么在地下连续墙施工时则必定会因土层的不稳定性导致墙体支护结构出现变形等情况。例如，在深基坑具体开挖过程中，围护墙的水平位置一定会发生移动，而在通常情况下，围护墙可能发生最大水平位移的位置位于墙顶。虽然在开挖过程中，墙顶位移的速度及明显程度会有所降低，但前墙体中间部位因墙体底部与顶部的不断位移产生的拉力逐渐出现问题，并明显向基坑内凸出，导致连续墙整体结构出现极大测移，使其质量及承载力均出现变化，而这极有可能是促使周边管线沉降的关联因素。

2.2地下连续墙主筋内力

地下连续墙的主筋内力不仅与围护墙类型、厚度及插入深度有关，且与支撑的种类、水平及竖向间距、预加载的大小、反压土的预留等因素有关。地下连续墙不仅要挡土挡水，还要承受结构的垂直荷载，在深基坑开挖过程中，地下连续墙要满足正常使用的要求，更要满足安全使用的要求。由土力学理论可知，随着开挖深度的增加，地下连续墙所承受的“郎肯被动土压力”增大，承受的弯矩和剪力也在增大，在工程设计中要进行承载能力的验算并配筋。若配筋不合理会使地下连续墙裂缝、受剪折断，甚至造成结构连续性倒塌，导致支护结构丧失承载功能。工程中通常采用测量主筋内力来代表地下连续墙的承载力的方法，判断结构是否安全可靠。综上所述，在开挖过程中，主筋内力是动态变化的，故可作为关联因素之一。

2.3地下承压水位

地下承压水使系统更加复杂，深基坑施工过程中，为避免发生流砂、管涌、基底突涌，防止坑壁土体坍塌，保证施工安全和减少基坑开挖对周围环境的影响，当基坑开挖深度内存在饱和软土层和含水层及下部承压水对基坑地板产生作用时，就需选择合适的降低地下水位或水头的方法对基坑进行降水。降低承压水位能防止其基坑坡面和基底的渗水，保证坑底干燥，便于施工开挖；能增加边坡和基坑的稳定性，防止边坡或坑底的土层颗粒流失，防止流砂的产生；能减少土体含水量，有效提高土体物理力学性能指标；降低下部水头，减少承压水头对基坑地板的顶托力，防止基坑突涌。开挖过程中，地下承压水位也是动态变化的，故可以作为关联因素之一。

3降低深基坑周围管线沉降情况的具体解决对策

通过对以上内容的分析可知，该地铁地施工处的深基坑出现周围管线沉降现象主要是由地下连续墙内的主筋引力引起的，同时，在具体施工过程中，基坑降水方法不科学、因沉降出现的深基坑砂土流失以及承压水位对后土层的固结、次固结产生影响等均对深基坑内周边管线的沉降过程存在部分部分影响，因此在具体减少管线沉降过程中做好以下几点。

3.1提升地下连续墙配筋科学程度，合理设置内支撑

首先，在对地下连续墙进行施工时，除了要保证混凝土浇筑之外，还要严格控制墙体配筋率，利用科学合理的配筋数量、分布位置以及配筋规格等，对配筋及地下连续墙进行合理设计，确保在施工过程中降低对墙体后的土质层的影响力降低到最小化，提升施工安全水平的同时，将对周边管线的土体的影响力降低，降低沉降概率；其次，为了降低周边管线沉降度，可通过合理控制内支撑来实现。在具体设置内支撑时，可将内支撑的位置进行调整，将内支撑与内支撑、内支撑与铺杆的竖向间距适当缩短，进而提升连续墙之间的相对作用力及整体刚度，能够将墙体开挖与支护时间长度缩短，提升内支撑与铺杆之间的作用力，从而使墙外的土层产生的压力合理分散，降低对内部土层的压力，从而缓解变形现象及其作用力。

3.2加强基坑降水与排水

在基坑开挖过程中，应尽可能防止由于地下水位的改变而影响坑外地层的变化。控制地下水的方法有降低地下水位、隔离地下水两类。

3.3施加预应力

通过选择适合的预应力铺杆，并针对支撑施加预应力，可以切实增强土体的抗剪水平，弥补墙体与支撑墙体间产生的缝隙，从而进一步降低深基坑周围管道变形几率，加大墙体与土二者间的粘结性与摩擦力。

3.4降低基坑变形的其他方法

在实际开展基坑支护过程中，如果只是采取单一的增加墙体厚度与配盘率的方法，并不能完全解决地层位移的问题。故而，需要在开挖前首先开展基坑内降水作业，这样做的目的是为了利用坑内土体进一步强化力学性能，以此来降低基底开挖面隆起，充分发挥墙前被动区的抗力。另外，通过运用防止地面超载等手段，还可以对深基坑周围管线的变形现象予以有效降低。

结语：

本文结合实际案例对深基坑施工过程中能够使周边管线出现沉降的关联因素进行了分析，通过利用灰色关联理论法对可能产生影响的几点影响因素进行了关

联与分析，并最终发现对周边管线造成沉降的主要因素为主筋内力，因此在具体施工过程中，可通过合理设置内支撑、科学配筋、合理降水排水以及控制开挖技术等加以改善。而除此之外，还要加强对监测系统的调整，通过增加预警系统等对施工中的风险因素进行中监控，做到防患于未然，为提升我国深基坑施工水平奠定基础。

参考文献：

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