—— 以司家营铁矿高压辊磨车间改造工程为例

李新月 贲勇 冯宗来

（滦县司家营铁矿有限公司 063700）

摘要：针对老旧矿山铁矿厂区改扩建项目基坑施工场地狭小、临近既有建（构）筑物、地下管线密集、开挖深度超 5m 且属于危险性较大分部分项工程的施工难题，以河钢司家营铁矿碎选系统红转磁改造高压辊磨车间深基坑为工程依托，重点研究二级放坡喷锚 + 微型钢管桩 + 多层预应力锚索复合支护成套施工技术。该基坑统一开挖深度为 6.7m，受厂区既有设施限制，局部区域无常规放坡条件，采用差异化支护设计方案：开阔区域采用 1:1 二级放坡喷射混凝土护坡体系；紧邻既有厂房、电缆沟等狭窄区段采用 φ114×4 微型钢管桩 + 三道预应力锚索联合支护体系。系统阐述了项目施工重难点、支护结构分区设计、稳定性验算、分层流水施工工艺、全过程动态监测、分级风险管控及应急保障体系。验算与现场监测结果表明，基坑整体稳定安全系数为 1.557，各开挖工况抗倾覆安全系数均大于规范限值 1.2，支护结构变形、周边建（构）筑物沉降均控制在规范允许范围内。该复合支护体系兼顾安全性、经济性与施工效率，有效解决了矿山厂区受限空间深基坑施工技术难题，可为同类工矿技改深基坑工程施工提供参考与借鉴

关键词：矿山厂区；受限空间；深基坑；微型钢管桩；预应力锚索；复合支护；危大工程管控

引言

随着钢铁矿山选矿工艺升级改造项目逐年增多，厂区改扩建深基坑普遍存在多重不利工况：场地被原有厂房、电缆管沟占用，放坡空间严重不足；地层多为杂填土、砂层、粉质黏土互层，雨季雨水入渗易软化边坡；开挖深度超过 5m，依据住建部 31 号令属于超过一定规模危险性较大分部分项工程，必须编制专项方案并组织专家论证^[3]。何鸥研究指出^[6]狭窄场地基坑工程中，由于基坑工程临近建筑红线，无法采用自然放坡方式支护，难以满足基坑施工安全和周围构建物安全要求；常规排桩支护体系造价高、施工周期长，难以满足矿山技改项目短周期、高效率、低成本的建设要求。微型钢管桩、锚杆注浆体与喷锚面层加厚复合面层结构共同受力和承受变形，能够显著提高狭窄场地基坑边坡稳定性、安全性，降低狭窄场地基坑施工对周围构建物的影响。目前国内现有研究多聚焦城市房建、市政深基坑工程，针对铁矿厂区狭小场地、临近生产管线、不停产技改场景的复合支护施工及安全管控研究较为匮乏。赵斌研究指出^[7]很多项目用地红线距结构边线较近,场内可用场地紧张。在技术可行、经济合理的情况下选择最优基坑支护方案,可适当缓解场地内用地紧张的压力,对现场施工生产的正常开展起到推动作用。

本文依托司家营铁矿高压辊磨车间改造深基坑工程，结合场地受限、雨季施工、临近既有设施等复杂工况，开展分区复合支护设计、施工工艺优化、稳定性验算及全流程安全管控研究，总结形成一套适配工矿厂区受限空间深基坑的施工与安全管控成套技术。

1 工程概况及施工重难点

1.1 项目基本参数

本工程为河钢司家营铁矿碎选系统红转磁技术改造高压辊磨车间，施工单位鑫龙冶建设工程有限公司，监理单位中冶沈勘秦皇岛工程设计研究院。车间平面尺寸 A至C 轴、1至4 轴均为25.5m；原设计基础底标高 - 2.8m至-5.8m，经五方（建设、监理、设计、勘察、施工）会审，持力层位于 - 6.7m，全部基础统一开挖至该标高，超挖区域采用 C20 毛石混凝土回填至 - 5.7m，换填厚度 1m。建筑安全等级、抗震等级均为二级，抗震设防烈度 8 度，设计使用年限 50 年；场地地基承载力特征值(fak=300kpa)，场地无稳定地下水，但施工期恰逢雨季，地表径流易冲刷、浸泡边坡，标准冻土深度 0.8m。开挖深度 6.7m，满足危大工程专家论证要求。

1.2 周边约束与地质条件

1）周边受限条件：基坑西南角距原有厂房仅 7.5m，北侧电缆沟与基础重叠 1.1m，（图1）两处无常规放坡工作面，坡率仅能做到 1:0.1，支护长度分别为 21.4m、35.96m；厂区持续生产，土方运输、机械作业与生产车流交叉干扰。2）地层分布：自上而下依次为素填土、细砂、粉土、多层粘性土交替，砂层易塌孔、粉土遇水强度大幅降低，成孔与坡面防护难度大。

1.3 核心施工重难点

1）空间受限：局部垂直开挖，单一喷锚刚度不足，需钢管桩 + 锚索复合支护控制侧向变形，保护既有建筑与电缆；2）雨季施工：无地下水但地表水丰富，需完善地表截水、坑内排水系统，防止边坡泡水失稳；3）分层时序管控：遵循 “分层开挖、随挖随支”，严禁超挖，24h 内封闭临空土体；4）危大全流程管控：支护施工、土方开挖、变形监测、应急处置标准化；5）多工序流水衔接：钢管桩、锚索、土方、换填交叉作业，工序衔接工期要求严格。

图1 开挖前平面示意图

2 支护体系分区设计与稳定性验算

2.1 编制规范依据

设计与施工严格遵循《建筑基坑支护技术规范》（JGJ 120-2012）^[1]、《建筑基坑工程监测技术标准》GB50497-2019^[2]、《建筑深基坑工程施工安全技术规范》JGJ311-2013、《河北省建筑基坑工程技术规程》DB13（J）133-2012^[4] 及住建部 31 号令、国务院 37 号令^[3]，同步结合地勘报告、施工图纸、专项计算书开展设计。

2.2 差异化分区支护方案

将基坑划开阔放坡区与狭窄刚性支护区两大区域，分别设计防护体系。

2.2.1 开阔区域二级放坡喷锚支护

基坑大部分场地具备放坡条件，采用两级放坡，两级坡率均 1:1，坡间平台宽度≥3m；开挖分层厚度≤2m，基底预留 200mm 人工清槽，避免扰动持力层。坡面防护：φ6@200 单层双向钢筋网，100mm 厚 C25 细石混凝土喷射面层；采用 φ12 长 600mm 锚固筋固定钢筋，下设 70mm 砂浆垫块；坡顶外侧 2m 设置 500mm 高混凝土挡水围堰，坑底四周设置排水沟 + 集水坑，配备两套泥浆泵持续抽排雨水。

2.2.2 狭窄区段钢管桩 - 锚索复合土钉墙

针对临近建筑、电缆沟垂直开挖段，采用微型钢管桩 + 三道预应力锚索联合支护，顶部设置 C25 冠梁整体受力。1）微型钢管桩：φ114×4 Q345 无缝钢管，桩间距 500mm；采用 φ200 钻机成孔，M20 水泥砂浆注浆，水泥：砂 = 1:1.1，水灰比 0.45~0.5，采用多次加压注浆填充桩周空隙；桩位偏差≤50mm，垂直度≤1%。2）预应力锚索：单束 φ15.2 钢绞线，总长 15m，锚固段 10m、自由段 5m，倾角 15°，竖向分三层布置；采用双次注浆工艺，首次 1:1.2 水泥砂浆（注浆量≥1.2 倍孔体积），初凝后二次压注纯水泥浆，水灰比 0.5~0.6，注浆压力 0.4~0.6MPa；垂直坡面喷射 100mm 厚 C30 混凝土增强抗冲刷能力。3）临边安全防护：坑外 1.5m 设置 1.2m 高标准化红白防护栏杆，间隔 5m 布设夜间警示灯，基坑内设置宽度≥1m 专用上下梯道。

2.3 支护结构稳定性验算

依据JGJ120-2012规范，采用增量法、瑞典条分法对基坑整体稳定性、抗倾覆性能、嵌固段土反力及锚索承载力进行验算，基坑计算深度6.1m，钢管桩嵌固深度5.9m，布设三道预应力锚索，验算结果如下^[1]：1）整体稳定（图2）：滑裂面圆弧半径 10.604m，整体稳定安全系数(K_=1.557＞1.30)，满足规范；2）抗倾覆验算：七层开挖工况中最小抗倾覆安全系数(Kov = 2.538 >= 1.200)，各工况均满足抗倾覆要求；3）嵌固段土反力：全部开挖工况内侧土反力均小于被动土压力合力，无踢脚失稳风险；4）锚索承载力：单根锚索材料抗力 260.4(kN/m)，各工况实际轴向内力远低于设计承载力，张拉锁定后 48h 内预应力损失超 10% 可实施补偿张拉；锚索抗拔抽检 5% 且每层不少于 3 根，满足验收要求。

图2 整体稳定验算简图

3 复合支护与土方核心施工工艺

3.1 总体流水施工顺序

钢管桩及冠梁施工（7d）→养护 7d→第一层土方开挖至 - 3.7m（2d）→第一层锚索成孔注浆（3d）→养护 7d→腰梁安装、锚索张拉（4d）→拉拔试验（1d）→第二层土方开挖至 - 6.7m（2d）→二、三层锚索循环施工；土方开挖总工期 33d，全部支护完工 48d。施工严格遵循超前支护、分层分段、逐层施作、限时封闭、严禁超挖核心原则。

3.2 微型钢管桩施工流程

测量放线定位→φ200 钻机就位钻孔→孔底沉渣清理（≤50mm）→下放 φ114×4 钢管→布设注浆管→拌制 M20 水泥砂浆→初次 0.5MPa 注浆→间歇多次加压注浆（3~5 次，二次压力≥1.5MPa，间隔 1.5~4h）→养护成型。质量控制要点：严格控制水泥用量、注浆压力与桩长，每根桩留存施工记录，桩体垂直度、桩径偏差满足规范。

3.3 预应力锚索标准化施工

1）修坡：每层开挖后人工修整坡面，预留 50mm 找平层，保证坡面平顺；2）成孔：砂层采用套管跟进，粘土层使用螺旋钻机，孔深超出设计 0.3~0.5m，孔位偏差≤100mm；3）锚索加工：1×7φ15.2 钢绞线，每隔 2m 设置对中支架，自由段涂抹黄油、套 PE 套管防腐；4）双次注浆：注浆管距孔底 150mm，全程埋入浆液，封堵孔稳压；5）分级张拉：浆体强度达 80% 设计强度后分级加载（0.1(N_t)~1.1(N_t)），每级持荷 5~10min，超张拉后锁定，及时补偿应力损失；6）坡面喷护：自下而上分层喷射，单次厚度 30~50mm，总厚度 100mm，钢筋网保护层≥25mm。

3.4 土方开挖与基底处理

采用 220 型挖掘机配合液压锤开挖，分层厚度不大于 2m；同步修建施工马道，坡率≤10%，宽度≥6m；坡顶 1.5m 范围内禁止堆载、停放机械。开挖完成 24h 内完成土钉与喷砼封闭，避免土体长期暴露淋雨。基坑开挖至 - 6.7m 后组织五方联合验槽，采用钎探排查软弱层；验收合格立即浇筑 C20 毛石混凝土换填层，厚度 1m，12h 后洒水养护，垫层宽出基础每侧 1m。

3.5 防排水及文明施工措施

地表设置截水围堰阻断场外雨水；坑内环形排水沟 + 集水坑 24h 排水；施工现场设置洗车池、三级沉淀池，裸土全覆盖绿网，雾炮定时洒水降尘；土方车辆密闭加盖，出场高压冲洗，避免厂区道路污染。

4 质量、安全保障体系

4.1 全过程质量管控

1）三级技术交底：项目总工→施工员→班组，钢管桩、锚索、张拉、土方各工序单独书面交底并签字归档；2）三检制度：班组自检→项目部复检→监理专检，锚索抗拔试验、支护隐蔽工程必须监理见证；3）原材料管控：钢管、钢绞线、水泥、砂石进场查验合格证与复检报告，不合格材料严禁使用；4）测量复核：全站仪、水准仪建立两级控制网，开挖边线、锚索孔位、标高多次复核，控制点经监理签字后方可使用。

4.2 安全组织与风险分级管控

4.2.1 组织架构

设立专项管理团队：项目经理任组长，副经理、项目总工任副组长，配备专职安全员、技术员、质量员；投入挖掘机、运输车、泥浆泵、雾炮等成套设备，固定电工、机操、力工共 16 人专职作业。

4.2.2 风险分级辨识

将基坑施工风险划分为红、橙、黄、蓝四级：1）一级红色风险：深度≥5m 基坑未论证、无专项方案，易发生整体坍塌；2）二级橙色风险：支护不达标、超挖、坡顶超载、无监测，边坡滑移；3）三级黄色风险：排水缺失、机械回转伤人、临边无防护；4）四级蓝色风险：照明不足、无专用梯道、交叉作业物体打击。针对各级风险制定对应管控措施，每日班前排查隐患，建立整改销项台账。

4.2.3 通用安全措施

落实三级安全教育、安全五同时制度；特种作业人员持证上岗，机械严禁带病、超载作业；基坑周边设置标准化警示标识，夜间全覆盖应急照明；动火作业配备灭火器材、专人监护；制定机械伤害、高处坠落、基坑坍塌、中暑、火灾专项应急处置流程。

5 基坑动态监测体系

为保障厂区既有厂房、地下电缆沟及支护结构自身安全，建立全方位、全天候动态监测网络，实行“日常监测、异常加密、险情停工”的监测管控机制，监测数据每日报送建设、监理单位，形成常态化监测台账^[2]。主要监测内容包括三类：1）周边建（构）筑物监测：持续观测墙体沉降、裂缝发展，每日记录； 2）地下管线监测：重点监测北侧电缆沟竖向沉降、水平位移； 3）支护体系监测：坡顶水平位移、坡面沉降、支护裂缝、坑内积水水位。 监测数据临近预警值时，加密观测并采取坡顶卸载、临时注浆加固等处置措施。

6 应急处置方案

6.1 应急组织机构

应急总指挥：项目经理；抢险副组长：项目副经理、总工；成员包含安全员、施工员、各班组长，明确抢险、警戒、医疗联络分工，留存附近人民医院、中医院急救电话及项目现场负责人、安全员 24h 联系电话。王荣者研究指出^[8]深基坑支护施工质量管控关平工程安全与顺利推进，甲方监理单位作为质量安全监管的核心力量，作为质量安全监管体系的关键执行主体，必须通过严格设计审查、全过程质量控制和强化安全管理，切实履行监督职责。应急预案应根据不同类型的潜在风险进行分类，如支护结构失稳、地基沉降等，并针对每种风险制定相应的应急措施，报送质量安全监督部门备案审核,并定期进行检查和更新。

6.2 典型事故处置流程

1）基坑坍塌前兆（裂缝、渗水、土体滑移）：立即停止所有作业，疏散坑内人员，坡顶卸载，快速堆筑砂袋压坡，增设临时注浆加固；2）高处坠落、机械挤压伤人：迅速转移伤者至安全区域，止血、固定骨折部位，休克伤员抬高下肢，心跳骤停实施心肺复苏，及时送医；3）高温中暑、电气火灾、渗水淹坑：分别采取通风降温、断电灭火、加大排水泵抽排等专项处置措施。所有险情处置完成后组织五方复盘，优化支护与开挖工序。

7 工程实施效果

本项目采用二级放坡喷锚 + 微型钢管桩 + 多层预应力锚索复合支护方案，成功解决铁矿厂区狭小场地深基坑施工难题，施工全过程实现零坍塌、零重大人身伤害事故，主要成效如下：1）安全储备充足：基坑整体稳定、各工况抗倾覆安全系数均远超规范最低限值，支护结构受力满足设计要求；2）周边保护到位：施工全过程既有厂房、电缆沟沉降、位移均控制在预警值以内，无开裂、渗漏病害；3）工期可控：土方开挖 33d、支护 48d 完成，满足厂区技改投产节点要求；4）经济性优于全排桩支护：开阔区域采用放坡喷锚降低造价，狭窄区段局部钢管桩针对性加固，兼顾安全与成本；5）管控体系成熟：形成了适配工矿技改项目的“分区支护、分层流水、动态监测、分级应急”成套管控技术，标准化、可复制性强。

8 结论与展望

1）针对矿山厂区既有建构筑物、管线密集、放坡空间不足的 6.7m 深基坑，采用大面积放坡喷锚 + 局部钢管桩 - 预应力锚索复合支护差异化设计，可有效控制侧向变形，相比全排桩支护大幅降低工程造价与施工周期；2）基坑施工严格执行分层限时开挖、24h 坡面封闭、双次高压注浆工艺，配合坡顶截水、坑内排水系统，可显著降低雨季边坡失稳风险；3）完善的稳定性验算、全过程动态监测、四级风险辨识与专项应急体系，是深度超 5m 危大基坑安全施工的核心保障； 4）本方案适用于填土砂黏土工矿场地，岩溶、高地下水场地可增设止水帷幕优化。后续可结合智能化监测、智能张拉、绿色支护材料开展深化研究，进一步提升矿山厂区深基坑施工的智能化、绿色化、标准化水平，为同类冶金矿山改扩建工程提供更完善的技术参考^[5]。

参考文献

[1]  JGJ120-2012, 建筑基坑支护技术规程 [S].

[2]  GB50497-2019, 建筑基坑工程监测技术标准 [S].

[3]  住房和城乡建设部令第 37 号，危险性较大的分部分项工程安全管理规定 [Z].

[4]  DB13 (J) 133-2012, 河北省建筑基坑工程技术规程 [S].

[5]  黄强。深基坑支护工程设计技术 [M]. 北京：中国建材工业出版社，1995.

[6]  何鸥。狭窄场地条件下微型钢管桩 + 喷锚支护技术应用研究—— 以站南小学项目为例 [J]. 福建建材，2025 (01)建设工程深基坑支护施工质量常见问题及管控措施

[7] 赵斌，漆俊，王一欧。微型钢管桩在狭小场地复合土钉墙支护体系中的应用 [J]. 建筑技术开发，2017,44 (12):53-54.

[8] 王荣者。建设工程深基坑支护施工质量常见问题及管控措施 [J]. 中国住宅设施，2026(03)：200-202.