論文發(fā)表 淺析某地鐵基坑事故處理與思考

論文關(guān)鍵詞:地鐵站 基坑設(shè)計(jì) 施工 工程措施
　　論文摘要:本文 以某地鐵基坑施工中出現(xiàn)的問(wèn)題及事故處理為例，充分說(shuō)明基坑是工程的基礎(chǔ)，直接影響臨建場(chǎng)地內(nèi)的建筑物與道路管線等構(gòu)筑物的安全使用.現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)嚴(yán)格按圖施 工，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)，做到信息化施工、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，以合理的工程措施保證工程安全。
　　1工程概況
    某地鐵站位于城市主 干道上，車(chē)站周?chē)�均為多層及高層建筑物。該站為地下雙層車(chē)站，車(chē)站全長(zhǎng)204m，設(shè)南北兩個(gè)端頭井，均為盾構(gòu)到達(dá)井。車(chē)站標(biāo)準(zhǔn)段寬19.3m，端頭井處斷 面寬23.8m。車(chē)站主體基坑全長(zhǎng)207.2m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800mm厚的地下連續(xù)墻，標(biāo)準(zhǔn)段連續(xù)墻深27.5m,墻底進(jìn)入粉砂層3.5m,基坑深度為 16.2m左右，入土深度11.3m;盾構(gòu)井處連續(xù)墻深31m,墻底進(jìn)入粉砂層4.0m，基坑深度為18, 5m左右，入土深度12.5m。標(biāo)準(zhǔn)段和端頭 井基坑內(nèi)分別架設(shè)為4道和5道鋼管支撐。為保證基坑內(nèi)無(wú)水作業(yè)，采用坑內(nèi)降水，降水井設(shè)置深度:基坑底以下4.5m。
　　2工程地質(zhì)及水文地質(zhì) 條件
    (1)地層巖性。場(chǎng)地土類(lèi)型為軟弱一中硬場(chǎng)地土。站區(qū)地層主要為第四系全新統(tǒng)人工填土層(人工堆積Qml ) ,第I陸相層(第四 系全新統(tǒng)上組河床一河漫灘相沉積Qo’al)、第I海相層(第四系全新統(tǒng)中組淺海相沉積Qam) .第II陸相層(第四系全新統(tǒng)下組河床一河漫灘相沉積 Qe}al)、第川陸相層(第四系上更新統(tǒng)五組河床一河漫灘相沉積Q,`al )、第II海相層(第四系上更新統(tǒng)四組濱海一潮汐帶相沉積Q; mc)、第 W陸相層(第四系上更新統(tǒng)三組河床-河漫灘相沉積Q,`al) a
    (2)水文地質(zhì)特征。本場(chǎng)地地下水類(lèi)型表層為第四系孔隙潛水，賦存于 粘性土、粉土及砂類(lèi)土中�？辈炱陂g地下水埋深1.5，2.1m。第II陸相層及以下的粉土、砂土層中的地下水具微承壓性。地下水主要補(bǔ)給來(lái)源為大氣降水。 3基坑施工過(guò)程中發(fā)生的問(wèn)題及處理方案。
    該站自當(dāng)年8月6日開(kāi)始基坑開(kāi)挖施工，至9月7日基坑施工一直處于正常狀態(tài)。但自9月8日一 11月1日，基坑施工中發(fā)生了多次較為嚴(yán)重的問(wèn)題，主要有三次:①車(chē)站主體基坑右側(cè)小區(qū)居民樓沉降:②接地極施工時(shí)基底管涌:③北端頭井基坑施工時(shí)基底管 涌。
    (1)車(chē)站主體基坑西側(cè)小區(qū)居民樓沉降月9日車(chē)站主體基坑西側(cè) 18m左右處小區(qū)居民樓6號(hào)樓沉降發(fā)生突變，沉降速率達(dá)到 10.70mm/d，累計(jì)沉降為20.59mm，當(dāng)天下午14點(diǎn)，沉降速率為12.2mm/d,累計(jì)沉降32.79mm。隨后幾天內(nèi)，沉降不斷發(fā)展，且沉降速率極不穩(wěn)定，速率無(wú)常，累計(jì)差異沉降量也不斷增加，接 近規(guī)范允許值。業(yè)主多次組織監(jiān)理、設(shè)計(jì)、施1_各方召開(kāi)專(zhuān)題會(huì)，同時(shí)邀請(qǐng)部分老專(zhuān)家參加，進(jìn)行原因分析，研究處理方案。施工單位、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位以及 各方專(zhuān)家在居民樓沉降原因分析及處理方案上存在較大分歧，甚至產(chǎn)生了完全不同的觀點(diǎn)。部分專(zhuān)家認(rèn)為基坑西側(cè)居民樓發(fā)生沉降的主要原因是:①基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)先 天不足，連續(xù)墻底座落在砂層，而砂層水有壓力，連續(xù)墻設(shè)計(jì)應(yīng)穿透砂層;②基坑內(nèi)降水井的實(shí)際深度已達(dá)砂層，基坑降水量過(guò)大，基坑內(nèi)降水可能造成坑內(nèi)水體與 坑外水體溝通，引起水土流失，造成小區(qū)居民樓沉降。根據(jù)其分析結(jié)果，這部分專(zhuān)家認(rèn)為處理居民樓沉降應(yīng)該采取以下措施:①將基坑內(nèi)降水井進(jìn)行封堵，采取明排 水施工;②在連續(xù)墻周邊采取高壓旋噴穿透砂層進(jìn)行土體加固，以封堵連續(xù)墻底砂層中的地下水。但我們根據(jù)監(jiān)測(cè)報(bào)告，認(rèn)真地進(jìn)行設(shè)計(jì)復(fù)查，認(rèn)為小區(qū)居民樓沉降 主要有以下原因:①開(kāi)挖、架撐工序銜接不當(dāng)，造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形加大，使工程力學(xué)性質(zhì)極不穩(wěn)定的第I海相層(9月8日、9日挖土速度過(guò)快，鋼支撐架設(shè)滯后 48小時(shí)以上)產(chǎn)生蠕變，造成建筑物沉降加劇;②主體基坑西側(cè)與居民樓間曾有大量堆載，大大超過(guò)堆載小于20KPa的要求;③盾構(gòu)井處降水井施工質(zhì)量有待 提高，降水過(guò)程中水土流失現(xiàn)象嚴(yán)重:④基坑施工前曾有管線切改，回填土可能不密實(shí)。同時(shí)我們認(rèn)為采用高壓旋噴樁封堵由于無(wú)法確切把握其防滲效果，所以不但 可能堵漏作用不明顯，并且其巨大的作業(yè)壓力倒可能對(duì)連續(xù)墻穩(wěn)定形成威脅，有相當(dāng)大的安全隱患。我們要求盡快恢復(fù)按原設(shè)計(jì)施工，整治有問(wèn)題的降水井，確保出 水不出砂，防止降水引起的水土流失，導(dǎo)致地面建筑物的沉降危險(xiǎn)。同時(shí)在下一步施工中加強(qiáng)降水、開(kāi)挖、支撐、監(jiān)控量測(cè)等各道工序的管理力度，保證基坑的安全 實(shí)施。現(xiàn)場(chǎng)雖然只是初步整治降水井，但加強(qiáng)了各道工序的管理力度，居民樓沉降速率得到控制，差異沉降值也有所減少，收到了一定的效果。
(2)接地極施工時(shí)基底管涌10月10日開(kāi)始，當(dāng)?shù)剡B續(xù)降雨近50小時(shí)，為50年一遇的大暴雨，10月12日，在施工6m長(zhǎng)的接地極時(shí)，由于鉆孔穿透粘性 隔水層，進(jìn)入砂層，導(dǎo)致基底發(fā)生了涌水、涌砂現(xiàn)象，24小時(shí)內(nèi)約冒出20m左右泥砂，導(dǎo)致離該段基坑較近的小區(qū)5,6號(hào)樓沉降較大，沉降速率每小時(shí)接近 1 mm，累計(jì)最大沉降值達(dá)到10cm，情況十分危急。我們通過(guò)組織地質(zhì)、基坑方面專(zhuān)家進(jìn)行討論，對(duì)地質(zhì)勘察及基坑設(shè)計(jì)進(jìn)行復(fù)查，并對(duì)發(fā)生管涌部位提出如 下處理方案:①發(fā)生管涌部位，首先應(yīng)堆土約2m反壓，然后進(jìn)行基底注漿加固，在加固體達(dá)到強(qiáng)度后，才能開(kāi)挖基底剩余土體;②在本區(qū)段內(nèi)發(fā)生管涌處墊層采用 鋼筋混凝土，鋼筋采用鋼筋網(wǎng)片，在地面分塊成型后，吊入基底，其余仍維持原設(shè)計(jì)不變;③在管涌發(fā)生處基坑、墊層及底板施工時(shí)，與其相鄰北側(cè)的基坑嚴(yán)禁開(kāi) 挖，以保證該段基坑的穩(wěn)定。同時(shí)繼續(xù)要求從基坑開(kāi)挖、支撐預(yù)加軸力、基底墊層施工、基坑降水及監(jiān)測(cè)等各個(gè)環(huán)節(jié)入手，加強(qiáng)管理，保正安全。按照我們的施工建 議及處理方案，現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過(guò)24小時(shí)奮戰(zhàn)，成功地將這次管涌封堵。
    (3)北端頭井基坑施工時(shí)基底管涌。10月18日，北端頭井基坑挖至基 底，在進(jìn)行墊層施工時(shí)，連續(xù)墻接縫處出現(xiàn)小量涌水，施工單位認(rèn)為坑內(nèi)涌水是由于連續(xù)墻接縫漏水或者地下水通過(guò)地下連續(xù)墻繞流發(fā)生涌水，采取注漿進(jìn)行封堵， 在連續(xù)墻外側(cè)鉆孔過(guò)程中，由于鉆孔深度達(dá)到30.5m，將粘性隔水層穿透，使坑外與坑內(nèi)地下水連通，導(dǎo)致基坑內(nèi)突然涌水，水頭高達(dá)1.0m左右，北端頭井 基坑積水立刻滿槽，均為黃色泥水�，F(xiàn)場(chǎng)回填大量片石和石子，不見(jiàn)效果。10月20日，管涌處涌水量沒(méi)有減小，墻體背后鉆孔11個(gè)進(jìn)行注漿，均未見(jiàn)效果。為 保證基坑及周邊環(huán)境安全，對(duì)基坑進(jìn)行了回填。我們通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)清況及補(bǔ)充勘察資料的分析，我們認(rèn)為該站基坑原設(shè)計(jì)方案是合理的、安全的，勘察資料 是準(zhǔn)確的。出現(xiàn)問(wèn)題的主要原因是將原設(shè)計(jì)的降水井進(jìn)行了封堵，導(dǎo)致基底水壓過(guò)大，引起基坑內(nèi)出水冒砂，所以下一步應(yīng)嚴(yán)格按以下幾個(gè)方面恢復(fù)施工:①盡快恢 復(fù)降水井，如基坑內(nèi)恢復(fù)有困難，則在基坑外施工減壓井，以便降低基底水壓，保證基底穩(wěn)定。但基坑內(nèi)應(yīng)采取嚴(yán)格措施進(jìn)行排水，避免基底浸泡;②應(yīng)嚴(yán)格保證減 壓井施工質(zhì)量，確保減壓不降水，出水不出砂;③同時(shí)降水過(guò)程中應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，確保工程安全。按以上三點(diǎn)要求實(shí)施后，基坑施工相當(dāng)順利，周?chē)�建筑�? 及地表沉降也得到了很好的控制。目前該站主體結(jié)構(gòu)早己順利完工。
　　3處理后的思考
    (1)該站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是安全可靠 的。該基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用國(guó)內(nèi)通用的《深基坑支擋結(jié)構(gòu)分析計(jì)算軟件》 模擬施工全過(guò)程進(jìn)行受力分析:開(kāi)挖期間連續(xù)墻作為支擋結(jié)構(gòu)，承受全部的水土壓力和施工荷載。采用有限元法，根據(jù)施工過(guò)程將結(jié)構(gòu)受力、變形過(guò)程劃分為若干相 對(duì)獨(dú)立的階段，并考慮各階段結(jié)構(gòu)受力及變位的繼承性�？拥滓陨习粗鲃�(dòng)土壓力三角形分布，坑底以下土壓力按矩形分布，用水平彈簧模擬坑底地層對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的約 束作用，對(duì)連續(xù)墻長(zhǎng)度及嵌固深度、連續(xù)墻內(nèi)力及位移、支撐的內(nèi)力及穩(wěn)定、基坑穩(wěn)定性等進(jìn)行檢算。計(jì)算過(guò)程中選擇最不利土層結(jié)構(gòu)及最不利地下水位，驗(yàn)算了基 坑整體穩(wěn)定性、坑底抗隆起、抗傾覆、抗管涌等，安全系數(shù)全部滿足要求，并且也是經(jīng)濟(jì)合理的。政府主管部門(mén)對(duì)該站基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作了審查，對(duì)圍 護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了充分的肯定。
    (2)實(shí)踐證明，我們針對(duì)該基坑出現(xiàn)的一系列問(wèn)題進(jìn)行的原因分析及提出的處理方案是正確的、合理的、有效 的、可行的。
    (3)對(duì)深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思考。通過(guò)該基坑的問(wèn)題可以看到，水是誘發(fā)事故的源頭。因此在今后的設(shè)計(jì)與施工中一定要注意 以下幾點(diǎn):①在深基坊拍勺施工中，坑內(nèi)井點(diǎn)降水是必要的。坑內(nèi)井點(diǎn)降水一方面可以保證在無(wú)水條件下，基坑開(kāi)挖順利進(jìn)行;另一方面也是保證基坑安全的重要措 施，坑內(nèi)土體通過(guò)降水后固結(jié)，能夠更好地提供抗力，保證基坑開(kāi)挖的安全;②坑內(nèi)降水井應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求施工，防止泥砂流失，如發(fā)現(xiàn)水色有問(wèn)題應(yīng)及時(shí)尋找 問(wèn)題的根源;③施工期間應(yīng)分層設(shè)置水位觀察孔，對(duì)基坑內(nèi)外的地下水位變化進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)建筑物、地下管線的變形速率或變形量超過(guò)警戒值時(shí)，及時(shí)與監(jiān)理、設(shè) 計(jì)、業(yè)主溝通，采取措施，保證基坑及周?chē)�建筑物的安�?健)提高連續(xù)墻的質(zhì)量，尤其應(yīng)確保連續(xù)墻接縫防水效果;⑤設(shè)計(jì)與施工中要充分注意基坑開(kāi)挖與地下水 變化引起的基坑內(nèi)外土體的變形及其對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)、鄰近建筑物和周邊環(huán)境的影響;⑥基坑開(kāi)挖至設(shè)計(jì)高程后應(yīng)立即對(duì)基坑進(jìn)行封閉，防止水浸和暴露，并及時(shí)進(jìn)行地 下結(jié)構(gòu)的施工，以防止基底的管涌和隆起等。
    總之，通過(guò)對(duì)該基坑事件的總結(jié)分析，我們應(yīng)該總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為深基坑設(shè)計(jì)和施工積累經(jīng)驗(yàn)，既可促進(jìn) 基坑施工技術(shù)水平的提高，又可以減少工程損失，保證工程進(jìn)度。轉(zhuǎn)