论深基坑工程的信息化设计施工

　　摘要：根据深基坑开挖和支护结构的工程特点，介绍了地下工程信息化施工的特点，并指出信息化施工技术是今后深基坑工程发展的必然趋势。
　　关键词：深基坑；信息化施工；稳定；监测；支护
　　伴随现代城市的建设，如何能更有效的利用土地和空间日益得到重视。其中地下空间的应用也逐步走向了多样化，人们对深基坑的开挖中所遇到的问题也开始了相应的探索和研究。深基坑开挖工程往往位于建筑密集、人口稠密的城区进行，通常周围有重要的建(构)筑物和地下管网,基坑相邻的建筑物又相当于较重的集中荷载，由此引起的土体变形将在一定程度上改变这些建筑物和地下管线的正常使用状态，开挖深基坑有可能使其产生位移、沉降和变形,以至遭受破坏、造成严重的工程事故。因此，为了更加安全有效地进行深基坑开挖，就必须依靠现有的现场测试技术和先进的数值计算方法。
　　1、深基坑工程的特点
　　深基坑支护结构的设计、施工是一个综合性的岩土工程难题。其特点如下：
　　（1）基坑支护具有基坑越来越深、工程地质条件越来越差、基坑周围环境条件复杂多变、基坑支护方法众多、基坑工程事故多等特点；
　　（2）支护工程造价高，但又多为临时性结构，一般不愿投入太多资金。可是一旦出现事故，处理十分困难；
　　（3）施工过程中应尽量减少对周围建筑物的影响；
　　（4）基坑周围的土压力很难准确确定，在开挖过程中它随开挖深度、宽度、地下水等情况的变化而变化。因此，在深基坑开挖工程中，应当同时考虑强度、稳定、变形、土与墙体的共同作用及开挖过程的设计方法。
　　鉴于以上特点从而产生了一种新的施工设计方法，即信息化设计。即在深基坑施工过程中，通过对基坑支护结构、周围的土体和相邻的构筑物进行全面、系统的监测，而对基坑工程的安全性和对周围环境的影响程度有全面的了解，以确保工程的顺利进行，出现异常情况时能及时采取必要的应急工程措施。
　　2、信息化设计施工原理
　　基础工程信息化施工是近年来新发展的一项施工技术。其原理是：在施工准备阶段和施工期间，通过全面的观测与测试，获取新的资料信息，将获得的实测参数与设计参数进行对比，重新确定新的施工参数，进而调整施工措施。
　　在地下工程信息化施工过程中，实测值可以作为输入量用来反演周围岩土的力学参数，检验地质状况。将反演得来的力学参数应用于有限元分析方法中对施工过程围岩稳定性进行分析。信息化设计施工流程见图1。同时基坑信息化施工技术也是建设部于《建设部推广应用和限制禁止使用技术》公告中推广应用的技术：在深基坑施工过程中，在基坑侧壁和支挡结构以及周边建(构)筑物有代表性部位设置应力、应变、斜率和孔隙水压与变形等测试元器件。通过对监测数据的分析，对设计成果进行预测和修正，调整施工方案，确保基坑和周边环境的安全。此法适用于软土地区或周边环境要求严格的深基坑工程中。
　　
　　图1信息化设计流程
　　3、信息化施工技术的三个重要步骤：
　　3.1施工监测及数据采集
　　监测时可以把开挖后围岩和支护系统的变化动态作为判断围岩稳定性和支护系统可靠性的依据，把监测所获得的数据加以处理，并与工程类比的经验法相结合，建立一些必要的判断数据，以及时调整、确定支护参数或进行施工方案决策。
　　监测数据必须填写在为该项目专门设计的表格上。所有监测的内容都须写明：初始值、本次变化量、累计变化量。工程结束后，应对监测数据，尤其是对报警值的出现，进行分析，绘制曲线图，并编写工作报告。在基坑降水及开挖期间，原则上每天观测一次，如出现异常或险情，则加密监测，甚至一天24小时连续监测，以确保基坑开挖的安全，基础底板浇筑完毕，每隔4～5天监测1次。每次监测的同时，需进行现场目测巡视，主要目的为：观察是否出现渗漏水和塌方等现象。遇超过报警值时，应根据具体情况及时调整监测时间间隔，加密监测频率，甚至跟踪监测，以保证及时反馈信息。
　　3.2反演分析
　　反演分析是将施工监测得到的岩土的一些基础信息通过计算来求解岩土体设计参数。其目的是把施工监测中采集到的信息以及通过反演分析获得的参数反馈应用到设计当中去，进而对施工设计提出改进性意见或方案。由于施工时间紧促，因而对修改的施工方案和图纸要在短期内完成。此外，还要考虑改后方案与整体工程的协调问题。
　　3.3稳定分析
　　稳定问题主要是一个岩土结构问题，一方面通过观测和测量围岩的应力状态可以了解岩土结构；另一方面，将反演分析得到的岩土力学参数，应用于稳定分析。评价围岩的稳定性，实质就是分析围岩在施工过程中的应力变形。对深基坑工程而言，研究重点放在对围岩承载能力的研究上，即以围岩实际的应力水平来作为判断围岩稳定性的判据。通过对围岩稳定性的分析，一方面用来指导后续施工，采取合理的支护措施；另一方面可以为类似工程地质条件提供可靠的实践资料。
　　动态设计施工借助于工程计算中比较成熟的有限单元法，在施工过程中监测到的信息及时为设计人员所利用。通过分析这些信息以及时调整施工参数，提出下一步最优开挖方案。正反分析、仿真分析与优化分析在该方法中有机的结合起来，组成一个动态分析系统。
　　4、展望与结论
　　深基坑工程是一个施工周期长、造价高、综合难度大的施工过程。据统计每年因设计问题而出现的工程事故大约占30%。因此，设计的好坏直接影响到基坑工程的安全稳定性。信息化设计是将监测技术、力学计算及经验评估等融为一体的地下工程施工设计方法，易于一般工程技术人员理解，易于计算机实现，有待于进一步发展。
　　在目前的建筑状况下，一座高层建筑物造价中通常有1/3要投资在基坑开挖支护上，而支护通常都为临时性的建筑结构，在基础施工完后便失去了其存在意义。然而，在前期施工过程中它却占有举足轻重的地位，一旦支护结构失稳，将会对周围建筑产生极大破坏，不但造成巨大的经济损失，甚至会危及人的生命安全。因此在深基坑工程开挖领域，信息化设计施工方法有着巨大而深刻的意义。但由于数值方法在介质力学模型建立、材料参数确定等方面应用所存在的困难和问题，其分析成果的工程应用还有待于进一步的研究。
　　目前信息化设计、施工技术在理论上还不太成熟，但随着科技进步、施工手段的更新与完善，信息化设计施工必将成为深基坑开挖工程中的主流。
　　参考文献：
　　[1]中国建筑科学研究院.JGJ120-99建筑基坑支护技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,1999。
　　[2]张贵然.深基坑支护技术的发展和展望.洛阳大学学报,2004.19(2)。
　　[3]陈丽萍信息化施工和动态设计在深基坑支护工程中的应用地质与勘探2001（03）