熊 斌

（湖北省城市地质工程院，湖北 武汉 430000）

矿山深基坑开挖的变形发展和其破坏模式与基坑在开挖过程中产生的应力场变化有着密不可分的联系。因此，为实现矿山工程质量的提升，并保证周围地层结构的稳定性，相关领域研究人员逐渐将研究重点转移到对地层稳定性影响因素上[1]。在进行矿山施工的过程中，由于社会需求不断提升，矿产资源的开采深部不断加深，使得矿山企业不得不持续增加基坑的开挖深度。在不但加深基坑的开挖和支护施工项目中，不合理的开挖手段常常会造成周围土体位移大、侧向抗弯刚度弱、对周围环境适应能力差等问题，严重影响矿山地层的稳定性，对于矿山施工以及矿山周围的居民而言造成巨大的安全隐患问题。本文以湖北地区矿山为例，通过对真实的矿山深基坑开挖项目产生的各类历史资料进行分析，并以此为依据，开展矿山深基坑开挖对地层稳定性的影响研究研究。

1 矿山深基坑开挖对地层稳定性的影响研究

1.1 坑外地层结构出现明显沉降

为探究矿山深基坑开挖对地层稳定性的影响，分析其与坑外地层结构沉降的关系，对不同矿山深基坑工况下湖北地区某监测点维护结构上的水平位移，并对多个矿山深基坑开挖步骤下的坑外地层结构沉降情况进行记录，并绘制成如表1所示的记录表。

表1 多个矿山深基坑开挖步骤下坑外地层结构沉降表

表1中1～5分别表示为矿山深基坑开挖的不同步骤，同时随着步骤序号的增加，相应的开挖深度也增加。表1中A～E分别表示为地层结构出现沉降时相关数据的具体表达内容，A表示为深基坑开挖的实际深度；B表示为地层沉降的最大值；C表示为地层沉降的最大值位置；D表示为与地层相连接的基坑支护结构水平位移；E表示为与地层相连接的基坑支护结构水平位移位置。从表1中的数据可以看出，在矿山深基坑开挖过程中，与地层相连接的基坑支护结构水平位移最大值呈现出不断增加的趋势，并且其发生的位置也逐渐向向下偏移；通过计算进一步得出，地层沉降的最大值产生区域与基坑支护结构的最大位移之间比值在0.85～1.15范围以内，地层沉降的最大值与基坑支护结构在水平方向上的最大值比值在0.6～0.75范围以内。因此，通过上述数据进行分析得出，矿山深基坑开挖会导致坑外地层结构出现明显沉降。同时，在矿山深基坑开挖过程中，随着开挖深度的不断增加，坑外地层结构的最大沉降位置、沉降量大小与开挖深度的关系逐渐明显[2]。再通过对矿山深基坑开挖过程中地层的断面沉降现象可以看出，通过数值模拟的方法得出的数据与地层断面沉降实际实测数据的整体发展趋势相一致，但实际测量数值整体偏低，其主要原因是由于矿山深基坑支护结构具有一定的整体性，因此在开挖过程中经历坑外地层局部沉降后，沉降值会呈现出逐渐降低的趋势现象，曲线呈现出勺形。同时，再利用该方法对湖北地区其他矿山深基坑开挖项目进行分析得出，地层结构沉降曲线呈勺形的变化趋势十分普遍。再结合国内外研究成果进一步得出，地层结构出现最大沉降值的位置一般位于距离深基坑开挖过程中其建立的支护机构的0.75倍开挖深度。同时在距离基坑支护结构的1.5～2倍开挖深度范围以内，地层结构的沉降更加明显，是矿山深基坑开挖主要的影响区域，同时该区域当中地层的稳定性更弱，而在主要影响区域以外，地层结构的沉降明显程度逐渐降低。

1.2 开挖过程中地层整体结构出现破坏变形

在明确矿山深基坑开挖对坑外地层结构沉降的影响后，再通过对地层断面的实际变化情况，进一步分析得出在进行矿山深基坑开挖过程中，地层结构出现了结构破坏变形现象。图1为在矿山深基坑开挖过程中地层内外破坏区域的大小及具体分布情况示意图。

图1 地层内外破坏区域大小及分布情况示意图

当产生如图1所示的现象时，说明在开挖过程中，与支护结构相互连接的地层土体塑性区域内的土体受到了破坏作用力的影响，逐渐呈现出松动的现象，并且整体呈现出明显的隆起状态。同时，与地层土体单元相互连接的地层破坏区域发生改变也是地层失去稳定性的前兆特征。

再结合有限元分析方法，对图1所示的现象进行变化数值分析。对于地层土体周围的支护结构，应当根据矿山深基坑开挖的实际需要，将其看作是连续性的作用方式，并转化为等效的抗弯刚度以及等效抗拉刚度，从而方便对矿山深基坑开挖过程中周围受到影响的地层土体变形进行分析[3]。通过分析得出，在进行矿山深基坑开挖的过程中，产生的直接结果是造成地层周围土体发生隆起，并进一步造成深基坑内部的土体单元受到周围支护结构的作用，出现作用力不平衡的问题产生，因此进一步造成支护结构向地层内部的侧向变形，直到达到全新的平衡状态时才会停止改变。而在这种平衡状态下，支护结构的外侧土压力会逐渐向着主动土压力的方向发展，而内侧的土压力会逐渐向着被动土压力的方向发展，因此导致地层维持稳定性的作用力逐渐分散，最终出现失稳的现象。

2 矿山深基坑开挖对地层稳定性的影响启示

结合本文上述对矿山深基坑开挖对地层稳定性的影响分析，为实现对地层稳定性控制，提出以下几点启示：

首先，当矿山深基坑开挖过程中，周围环境复杂程度较高，尤其是对地层整体变形要求更加严格时，需要严格控制地层的变形情况，以此满足对周围矿山环境的保护要求。通常情况下，可通过优化深基坑开挖方案设计、施工和后续处理等环节实现对地层沉降的控制。

其次，在进行矿山深基坑开挖的过程中，应当选择更加符合地层条件的支护方案，尤其是针对支护结构及支撑体系选择会对地层造成直接影响。同时，在优化的过程中还应当充分考虑到开挖现场的地质条件、周围矿山环境条件，并从技术、经济以及施工的便利性等多方面进行综合考量，从而确保在矿山深基坑开挖过程中地层的稳定性不受影响。

再次，在实际矿山深基坑开挖过程中，支护结构的施工和降水工程等都会对地层的稳定性造成一定的影响，因此针对这些方面同样需要提高重视程度，政府及有关部门也应当出台与矿山深基坑开挖项目相关的监管机制，加强对这一方面的监督力度，从而确保施工单位的施工水平不断提升，保证各项施工内容均不会对矿山地层的稳定性造成影响，实现绿色化施工和开采。

最后，在矿山深基坑开挖过程中还应当考虑到时空效应问题，给出更加合理的施工方案。适当情况下，可通过增加分层开挖的层数、减少每一层开挖深度和宽度等方式降低地层结构底部无支护结构支撑暴露的时间。针对含有矿井施工的区域，在进行矿山深基坑开挖时还应当合理选择矿井类型，设置隔水帷幕，并保证矿井内降水漏斗不超过支护结构底部。以此，通过上述多种方式的防护，降低矿山深基坑开挖对地层稳定性的影响，从而确保地层的稳定，避免出现不必要的安全事故，增强开挖施工单位的经济效益和社会效益。

3 结语

本文分析了能够影响地层稳定性的关键因素，以矿山深基坑开挖程度为例，进一步确保地层稳定性。

通过提出两点矿山深基坑开挖对地层稳定性的具体影响，证明矿山深基坑开挖能够对地层的稳定性造成不利的影响。但本文存在不足之处在于，没有设计实例分析，进一步证明本文提出两点影响在实际应用中的适用性，进而论证本文提出影响的可信度，这一点在以后的研究中可以拓展分析。与此同时，还需要针对提升地层稳定性的措施展开探讨，为避免矿山深基坑开挖对地层稳定性的不利影响提供一定的帮助。