复杂地质条件下深基坑支护工程施工技术创新与风险防控

中国建设学会 2021 年发布的数据显示，在全国范围内，支护结构和地下水引起的安全问题分别为 34.5% 和 28.7% ，二者加起来都在 60% 以上。尤其是长三角和珠三角等软弱区域，由于开挖引起的周围建筑沉降超标问题尤其严重，至 2025 年的实测资料表明，该区域的地基沉降已高达 35-50mm ，超过了现行标准的 15%～20%_⨀ 。同时，新颁布的《建筑基坑工程技术规范》（GB50497-2025）将深基坑的安全性水平提升 30% 以上，对深开挖过程中的变形管理也有了更为苛刻的规定。

一、复杂地质深基坑支护关键技术体系

（一）复合支护结构创新应用技术

在复杂地质条件下，组合支撑是解决高危险性条件下的关键技术。A 型钢-黏土混合墙（SMW）采用三轴混砂机对现场土进行强迫式搅拌，并在其中嵌入H 型钢，使其具有比普通排桩高出2-3 倍的抗弯承载力（《建筑基坑支护技术规程》JGJ120-2023），是一种新型结构形式。在工程实践中，必须对混凝土的掺量（一般为 20%～25% ）、搅拌速率（ 30-50r/min ）和型钢竖向误差 (±1/200 ）进行精确地调控。上海一座深基坑，利用改良后的四轴搅拌装置，将型钢的距离由1.2 米调整到0.8 米，从而实现了最大变形小于 25mm 。本项目拟在已有研究的基础上，利用旋转钻（孔径 800-1200mm ），在灌注 C30 微膨胀混凝土的基础上，在其承载力达到 75% 的情况下，设置（设计 600-1000 kN）的预应力锚杆（设计荷载 600-1000kN ）。广州一大型商场工程中，创新性地使用了可回收的 GFRP 锚杆，并利用熔融法将其完全回收，从而降低了地面上的障碍[1]。

（二）地下水控制关键技术突破

为了防止地基下沉（《建筑与市政工程地下水控制技术规范》GB51040-2023），必须按照地层特征，在基坑周边布设 15～20 米管井（间隔 15～20 米），并利用变频泵进行抽水，并在周边布设一口回灌井（回流量为抽取水量的 30%～50% ），防止地表下沉（GB51040-2023）。通过对北京一家大型综合医院的地下排水系统进行了模拟计算，对排水井的布置进行了优选，使得周围建筑的沉陷小于 8mm 。高压旋喷灌浆作为一种新型的止水结构形式，其主要特点是：在 20-40 MPa 的压力下，以水泥浆的比例 0.8-1.0，搅拌速率 10～15cm/ min，从而使其成为一道 600-800mm 的连续隔离墙。

（三）智能化监测与预警系统

以 BIM 为基础，以 4 G/5 G 为核心，以 4 G/5 G 为基础，以 1min/min 的速率将多个传感信息整合到云计算中（《建筑基坑工程监测技术标准》GB50497-2023）。在深圳一座超高层建筑工程中，应用本系统对支撑桩水平位移和支撑轴力等 18 个参量进行了动态显示。基于布里渊散射法（BOTDA）的时间分辨（BOTDA），可实现 0.01% 的变形观测，且具有 0.5m 的空间分辨能力。武汉一座大型深基坑开挖中，采用了 2.3km 的分布光纤对周围土体的蠕变危险进行了有效的监测和预报。基于相位扫描（距离精度为 ±1mm ）的三维激光扫描系统，每日完成深开挖面的点云对比，形成 mm 量级的形变，并将其用于城市轨道交通换乘车站，实现了常规监控无法获取的 0.8mm/ 日的微小位移变化 [2]。

二、全周期风险防控与管理策略

（一）地质风险预控技术体系

针对复杂环境下的深基坑施工，提出一套多水平探测方法。利用 400MHz 的高频地波雷达，以 cm 量级的空间分辨能力对 20m 以内的地质体进行探测，结合 3D-Lidar，每日可实现 5000 平方米以上地表面积 5000 平方米（《工程地质勘察规范》GB50021-2023）。利用该方法，对深圳一高耸建筑工程中 3 个尚未勘探的断裂带进行了初步研究。基于 BIM+ GIS 的工程前期数字地质模型，将钻孔资料、地球物理成果等多源数据进行 3D 可视化集成，构建的模型精度为 1:200，地层接触面的误差小于 0.5 米。杭州一座城市轨道交通枢纽为研究对象，通过构建 12 项地质要素的“双体”数值模拟方法，使其能够在施工期间与隧道内的地质情况进行实时对比 [3]。

（二）动态化施工风险管控

采用 FBG 传感方法，以 10Hz 的频率在支撑桩桩身钢筋周围 2 米处布设应变传感器，并利用 4 G 通信将其上传到云计算平台（GB50497-2023）进行处理（《建筑基坑工程监测技术标准》。上海一座大型工程共布设 258 个监测点，该方法能够在 1.5 以下的范围内实现对建筑物的稳定度的自动计算，并对其进行报警。将位移、应力和水位等12 个监控指数集成在一起，运用模糊综合评判方法，构建了一个黄色预警（指标超标 80% ）、橙色预警（超标 90% ）、红色预警（超标 100% ）三个预警机制。北京一实际项目的应用结果证明，采用本方法可以将虚警率下降到 5% 以内。建立相应的应急物资储备体系，如预制钢架（提高承载能力 20% ）、快凝水泥（浇筑期 ⩾5min ）等。

（三）全链条协同管理机制

以 BIM+ IoT 为基础，搭建三方数据资源，包括地质模型、支护设计、监测等 6 大功能，并可与 20 台设备同步在线（JGJ/T434-2023）（见《建设工程协同管理平台技术标准》。在成都一座城市轨道交通工程中，采用本系统，使设计更改的响应周期由 7 个工作日压缩到 8 个工作日。在此基础上，将《建设工程风险管理规范》（GB/T50921-2023）纳入“共同投保”的模式，即三个或更多的公司共同承担，单个项目的总保额不少于 15% ，并配合第三方专业技术人员对其进行每一次抽查。本项目拟构建具有代表性的项目实例 1000 个，利用知识地图构建安全风险及预防对策的关联网络，实现安全风险的模糊检索与智能推演。

结束语

综上所述，研究和开发复杂环境下的深基坑支护方法，既是单项工程成功与否的关键，也是反映一个国家土木工程科技发展程度的一个重要指标。随着数字孪生与人工智能等新兴科技的深入融合与运用，“智能感知－精细控制－主动防护”是未来深基坑施工发展的必然趋势。通过不断推进技术革新与规范提升，使我国的深基坑由 " 经验施工 " 走向 " 科学施工 "，为保障城市地下空间的安全、有效利用，促进高品质的新型城镇化发展奠定基础。

参考文献

[1] 任青刚 . 复杂地质条件下深基坑支护及降排水设计研究 [J]. 建筑技术开发 ,2025,52(05):150-152.DOI:10.20259/j.jzjskf.2025.05.0150.

[2] 李四红 . 复杂地质条件下高层住宅地下室深基坑支护施工技术 [J]. 建材技术与应用 ,2025,(02):101-104.DOI:10.13923/j.cnki.cn14-1291/tu.2025.02.021.

[3] 王楚鑫 . 复杂地质条件下深基坑支护施工优化与风险控制 [J]. 建筑工人 ,2025,46(03):53-56.