复杂地质条件下地下结构深基坑支护体系稳定性研究

引言：

随着城市建设用地的日益紧张，开发利用地下空间成为缓解城市功能压力、提升城市综合效益的重要手段。尤其是在大型城市中心区域，地下结构物如地铁车站、地下通道、人防工程等普遍面临基坑开挖深度大、临近建筑密集、施工环境受限等特点。在此背景下，深基坑支护技术不断发展，从传统重力式支护发展为内支撑体系、土钉墙、锚杆支护、地连墙等多种形式相结合的复合型支护体系。然而，随着工程的深入实施，一些深基坑工程出现了结构变形超限、支护失稳甚至塌方等安全问题，其根源往往指向了复杂地质条件下支护设计与地基响应的不匹配。因此，在面对软硬交错、地下水发育、断层破碎等复杂地质环境时，如何准确把握地质特征、科学制定支护方案、有效控制变形与位移，成为深基坑工程安全管理的关键问题。本文在充分回顾深基坑支护发展路径与理论基础的前提下，结合工程实例，从地质复杂性对支护体系稳定性的影响出发，探讨合理支护设计、施工控制与监测预警机制在复杂地质背景下的协同应用。

一、复杂地质条件对深基坑支护体系稳定性的影响机制分析

在地质条件复杂区域，如层状结构明显的软土场地、岩溶密集带、断层活动带或地下水位较高区域，地层结构与水文环境对基坑围护结构稳定性产生直接而深远的影响。软弱地层如淤泥质土、粉质黏土等具有高孔隙率、低强度、大压缩性，在基坑开挖过程中极易发生侧向位移和沉降，导致支护结构受力超限，甚至产生塑性流动破坏；而在硬岩与软土交界处，结构响应差异会在支护界面诱发应力集中和滑移破坏。此外，地下水的流动会产生动水压力或潜水浮力，加速基坑底部突涌与渗透变形过程，尤其在地下连续墙等止水结构未形成有效闭合圈时风险更为突出。复杂地质条件还导致土体参数的不确定性显著提升，在支护设计中难以准确获取可靠参数，进而引发安全系数偏低或设计不当。因此，深基坑工程若忽视地质复杂性，不加针对性采取统一支护策略，将严重削弱支护结构的承载能力与稳定性，埋下施工安全隐患。

二、常见支护体系在复杂地质条件下的适应性对比分析

在软弱土层与富水地质条件下，传统刚性结构如灌注桩或排桩支护容易因地基失稳、土压力不均而产生过大变形，需辅以内支撑体系加强刚度控制。但其适用于空间受限或不便设置内支撑的场地存在局限性。在此基础上，地下连续墙支护因其整体性强、止水效果好，常成为优选方案，但其高造价与施工复杂性也需考量。在岩溶发育带，桩基穿越不规则溶洞区域存在空洞注浆质量不均或桩身悬空等问题，易引发桩身沉降与开裂，需配合超前地质雷达探测与三维注浆设计提升适应性。此外，锚杆支护虽在斜坡与临空面支护中广泛应用，但在断层带、滑带泥等不良地质中锚固力衰减快，施工质量控制难度大，易产生锚头拔出或失效。近年来，复合式支护技术如“地连墙 + 内支撑 + 止水帷幕”及“SMW 工法桩 + 锚索”逐渐成为应对复杂地质的重要手段，可在保证结构稳定基础上提供止水、支撑与加固多重功能，有效提升系统整体稳定性与施工安全性。

三、变形监测与信息化管理在支护稳定性控制中的实践作用

基坑工程具有显著的动态变化过程，其结构稳定性不仅取决于初期设计参数，更与施工过程控制与外界扰动密切相关。特别是在复杂地质环境中，基坑变形具有滞后性、突发性与非线性特征，依赖传统定期人工巡查已无法满足实时预警需求。因此，构建科学的监测体系成为稳定性控制的关键途径。当前主流变形监测方法包括多点位移计、倾斜仪、静力水准仪、光纤光栅传感器等，可实现基坑周边土体、支护结构及周边建构筑物的三维变形数据采集。结合BIM 平台与物联网技术，可构建“监测—分析—预警—控制”的信息闭环管理系统，提升监测数据的即时性与可视化水平。在实际工程中，通过监测数据识别变形趋势与发展速度，辅助施工单位动态调整支护参数或加固范围，避免过度开挖与结构非预期受力，极大提升了工程的调控能力与稳定性。监测结果还可为地质模型修正、数值分析校准及后续设计提供数据支持，实现“设计—施工—运维”全过程的信息耦合与风险防控。

四、基于数值模拟与风险评估的支护体系优化路径探索

面对复杂地质条件引发的支护设计不确定性，应用数值模拟与稳定性风险评估技术成为提升设计可靠性的重要方式。通过 FLAC、PLAXIS、MIDAS 等有限元软件构建地质—结构耦合模型，能模拟不同支护结构在非均质土体中的应力分布与变形响应，分析位移发展趋势、支护内力变化及极限承载状态。在实际工程中，可通过调整参数边界条件、加载路径与施工阶段，评估各设计方案在不同地质情境下的稳定性等级与安全裕度，并结合概率论方法进行结构可靠度分析与风险等级划分，为支护设计优化提供量化依据。此外，采用多方案对比评估（如不同内支撑布置方式、止水墙深度选择、预应力锚索参数变化）可探索最优结构配置路径，兼顾安全性、经济性与施工可行性。结合现场实测数据动态修正模型参数，将极大提升模拟预测结果的可信度与适应性，为深基坑支护体系的精细化设计与主动控制提供技术支撑。

五、结论

深基坑支护体系的稳定性在复杂地质条件下尤显关键，其设计与实施必须高度依赖地质调查成果与工程实践数据。文章通过对软弱土层、断裂破碎带、富水砂层等不良地质条件下的支护行为特征分析，指出了传统支护方式的适应性不足与潜在风险，强调了复合支护与多道防线的重要性。信息化变形监测手段的引入及数值模拟方法的深化应用，为支护结构的风险控制与实时优化提供了有力工具。要想实现深基坑在复杂地质环境下的安全运行，需将“前期详勘—中期设计—过程监测—后期评估”贯通融合，构建以数据驱动、模型支撑、风险预警为核心的现代支护体系。未来发展还应进一步推动高性能新型支护材料的研发、人工智能辅助支护设计技术的应用、智能感知系统的普及，以提升基坑工程面对不确定地质风险的适应能力与韧性水平。

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[5] 李义足 1995.12 男 汉 湖南岳阳 本科 助理工程师 研究方向：电气自动化