铁路工程建设中深基坑支护结构的稳定性分析

铁路工程建设中深基坑支护结构的稳定性分析

刘志宇

中国铁路哈尔滨局集团有限公司佳木斯铁路工程建设管理部 黑龙江佳木斯  154000

摘要：本文围绕铁路工程建设中深基坑支护结构的稳定性展开深入研究，分析了影响其稳定性的多种因素，包括地质条件、施工工艺、地下水作用等。通过理论计算和数值模拟方法对支护结构稳定性进行分析，最后提出了确保深基坑支护结构稳定性的有效措施，旨在为铁路工程建设中的深基坑施工提供科学依据和技术指导，保障工程的安全与顺利进行。

关键词：铁路工程；深基坑；支护结构；稳定性分析

引言

随着我国铁路建设的快速发展，大量铁路工程涉及到深基坑工程的施工。深基坑支护结构的稳定性直接关系到铁路工程的施工安全、周边环境的保护以及工程的进度和质量。在复杂的地质条件和施工环境下，如何确保深基坑支护结构的稳定是铁路工程建设中亟待解决的关键问题之一。因此，对深基坑支护结构的稳定性进行深入分析具有重要的现实意义。

1.影响深基坑支护结构稳定性的因素

1.1地质条件

地质条件是影响支护结构稳定性的关键因素之一。不同的岩土体类型，其力学性质如抗剪强度、弹性模量、重度等差异较大，会直接影响支护结构所承受的土压力大小和分布形式。例如，在软土地层中，土体的强度较低，流变特性明显，基坑开挖后土体容易产生较大的变形，对支护结构施加的荷载较大且持续时间长，增加了支护结构失稳的风险；而在砂土地层中，土体的内摩擦角较大，但颗粒间的粘结力较小，容易发生流砂现象，对支护结构的稳定性也会造成不利影响。

1.2基坑深度与形状

基坑的深度和形状对支护结构的稳定性有着重要影响。随着基坑深度的增加，支护结构所承受的土压力和水压力呈非线性增长，对支护结构的强度和刚度要求也相应提高。此外，基坑的形状不规则，如存在阳角、阴角等部位，会导致土压力分布不均匀，在这些部位容易出现应力集中现象，增加支护结构局部失稳的可能性。

1.3地下水作用

地下水的存在会显著影响深基坑支护结构的稳定性。一方面，地下水会增加土体的重度，使支护结构所承受的侧向压力增大；另一方面，地下水的渗流会在土体中产生动水压力，当动水压力达到一定程度时，可能引发流砂、管涌等现象，导致土体颗粒流失，削弱土体的稳定性，进而危及支护结构的安全。

1.4施工工艺与质量

施工工艺的合理性和施工质量的好坏直接关系到支护结构的稳定性。例如，在桩锚支护结构施工中，护坡桩的成桩质量、锚杆的钻孔精度、注浆饱满度等都会影响支护结构的承载能力和锚固效果。如果在施工过程中出现桩身缺陷、锚杆锚固力不足等问题，将大大降低支护结构的稳定性。

2.深基坑支护结构稳定性分析方法

2.1理论计算方法

（1）极限平衡法：极限平衡法是基于土体的极限平衡理论，通过假设土体处于极限平衡状态，计算支护结构所承受的土压力和所需的入土深度等参数，以评估支护结构的稳定性。常见的极限平衡法有朗肯土压力理论和库仑土压力理论。朗肯土压力理论假设土体为半无限弹性体，墙背垂直光滑，填土表面水平，在此基础上推导出主动土压力和被动土压力的计算公式；库仑土压力理论则考虑了墙背与填土之间的摩擦力以及填土表面的倾斜情况，其计算结果更接近实际情况。极限平衡法计算简单，在工程设计中应用较为广泛，但该方法没有考虑土体的变形特性和支护结构与土体之间的相互作用，计算结果存在一定的局限性。（2）弹性地基梁法：弹性地基梁法将支护结构视为弹性地基梁，土体视为弹性地基，通过建立支护结构的挠曲微分方程，并结合边界条件求解，得到支护结构的内力和变形分布。该方法考虑了支护结构与土体之间的相互作用，能够较为准确地反映支护结构的受力和变形情况，但在计算过程中需要对土体的弹性模量、地基反力系数等参数进行合理假定，且对于复杂的地质条件和支护结构形式，计算过程较为繁琐。

2.2数值模拟方法

随着计算机技术的发展，数值模拟方法在深基坑支护结构稳定性分析中得到了广泛应用。常用的数值模拟方法有有限元法、有限差分法等。以有限元法为例，其基本原理是将土体和支护结构离散为有限个单元，通过建立单元的刚度矩阵和节点力向量，组装得到整体刚度矩阵和平衡方程，求解得到土体和支护结构的位移、应力、应变等物理量。有限元法能够考虑土体的非线性特性、支护结构与土体之间的复杂相互作用以及施工过程的模拟，能够较为真实地反映深基坑工程的实际情况，为支护结构的设计和稳定性分析提供详细的信息。但数值模拟方法对计算模型的参数选取和边界条件的设定较为敏感，需要一定的工程经验和试验数据支持，否则可能导致计算结果与实际情况存在较大偏差。

3.深基坑支护结构稳定性保障措施

3.1合理设计支护结构

在深基坑支护结构设计前，应进行详细的工程地质勘察和周边环境调查，获取准确的地质参数和周边荷载信息。根据工程特点和要求，选择合适的支护结构类型，并进行精心设计。在设计过程中，充分考虑各种不利因素的影响，采用合理的计算方法和参数取值，确保支护结构的强度、刚度和稳定性满足设计要求。

3.2严格控制施工质量

加强施工过程中的质量控制，确保支护结构的施工质量符合设计和规范要求。对于桩锚支护结构，严格控制护坡桩的成桩质量，包括桩径、桩长、垂直度、混凝土强度等指标；确保锚杆的钻孔精度、注浆质量和预应力施加符合要求。对于地下连续墙支护结构，重点控制槽壁的稳定性、混凝土的浇筑质量和接头的处理质量。在土钉墙支护结构施工中，保证土钉的长度、间距、角度和注浆饱满度满足设计要求，并确保喷射混凝土面板的厚度和强度。

3.3加强监测与信息化施工

在深基坑施工过程中，应建立完善的监测系统，对支护结构的位移、内力、周边土体的变形以及地下水位等进行实时监测。通过监测数据的分析，及时掌握支护结构的工作状态和基坑的稳定情况，发现异常情况及时采取有效的处理措施。根据监测结果，及时调整施工参数和支护措施，做到信息化施工，确保深基坑支护结构的稳定性和施工安全。

3.4重视地下水治理

针对地下水对深基坑支护结构稳定性的不利影响，应采取有效的地下水治理措施。在基坑开挖前，进行降水设计，根据地质条件和基坑深度，选择合适的降水方法，如井点降水、深井降水等，将地下水位降低至基坑底部以下一定深度，减少地下水对土体的影响和对支护结构的压力。同时，在基坑周边设置止水帷幕，如采用水泥土搅拌桩、高压旋喷桩等形成连续的止水墙体，阻止地下水的渗流，防止流砂、管涌等现象的发生，保障支护结构的稳定性。

结语

铁路工程建设中深基坑支护结构的稳定性是一个复杂的系统工程，受到地质条件、基坑深度与形状、地下水作用、施工工艺与质量以及周边荷载与环境等多种因素的影响。通过合理选择支护结构类型、采用科学的稳定性分析方法、加强施工过程中的质量控制和监测工作以及采取有效的地下水治理措施等，可以有效地保障深基坑支护结构的稳定性，确保铁路工程的施工安全和顺利进行。随着铁路建设的不断发展和技术的进步，深基坑支护技术也将不断创新和完善，为铁路工程建设提供更加可靠的技术支持。在未来的工程实践中，应进一步加强对深基坑支护结构稳定性的研究，不断积累经验，提高设计和施工水平，推动铁路工程建设事业的健康发展。

参考文献：

[1]杨羿.深基坑开挖安全稳定性分析及支护优化研究[J].工程技术研究,2023,8(17):32-34.

[2]王永祥,廖婷,李洪高,詹同江,耿大新.基于SEM-MC的地铁车站深基坑施工危险性测度研究[J].中国安全生产科学技术,2022,18(06):127-133.

[3]史钟,张俊赟,叶冬明,王晓强.上方明挖基坑及盾构隧道施工对已运营地铁隧道变形影响分析[J].建筑结构,2022,52(S1):3154-3158.