基坑工程事故分析

基坑与地铁工程的事故分析清华大学岩土工程研究所李广信目录•前言•杭州地铁1号线湘湖站北二基坑事故•新加坡Nicoll大道地铁基坑倒塌•上海轨道交通4号线越江隧道的事故•北京万亨大厦基坑事故•广州京光广场基坑事故•珠海祖国广场基坑事故•其他地下工程事故•日本的现场滑坡试验•结语1.前言人类在工程实践中的成与败远古的岩土工程失败案例•古代帝尧“用鲧治水，九年而水不息。功用不成。”据说是由于采用了以“堵”为主的战略，结果“治水无状”而被“殛于羽山而死”。是最早的工程事故案例。•大禹吸取了经验教训，采用“导、截、蓄结合”的战略，结果“开九州，通九道，陂九泽，度九山”完成了治水任务，功成于天下。•人们都是在失败中总结经验，认识规律，增长才干，成为专家。•屈原《惜颂》：“九折臂而成医兮，吾至今而知其信然。”•屈原《天问》：“洪象极深，何以填之？”,“鲧何所营，禹何所成？”•张元干：“天意从来高难问”－岩土材料的复杂性、影响因素多样性造成对客观世界的不可确知性和人类认识的一定程度的盲目性-使岩土工程具有很多不确定性；•“天行有常，不为尧存，不为桀亡。应之以治则吉，应之以乱则凶。”（荀子•天论）：客观规律不可违抗；•工程事故的发生归根结蒂是违反了客观规律，岩土工程的事故是违反了岩土和岩土力学基本的原理。太沙基：•Awelldocumentedcasehistoryshouldbegivenasmuchweightasteningenioustheories.•“一个记录完善的工程实录应当受到与十个具创新性的理论一样程度的重视。”“有关部门”对工程事故的做法•隐瞒事故；•控制现场，掩藏人证，销毁物证；•危机公关-收买；•评审专家-严禁扩散；•封锁舆论-阿Q的精神。天灾还是人祸？•将造成近300人死亡的襄汾县尾矿坝事故说成是“泥石流”；•将掩埋了20多人的杭州地铁基坑事故说成是“突发性自然事故”。•“天何言哉？四时行焉，万物生焉”（论语•阳货）。•鲁迅先生说过：既然像螃蟹这样的东西，人们都很爱吃，那么蜘蛛也一定有人吃过，只不过后来知道不好吃才不吃了，但是第一个吃螃蟹的人一定是勇士。•关键在于他肯将失败的结果告诉大家。•所以他不仅勇敢；而且也很坦诚。•神农尝百草，失败的案例肯定比成功的多。对待工程失败的正确态度工程事故是可预防与与可避免的人的不安全行为事故物的不安全状态不可抗力因素海因里希调查了75000件工伤事故的结果占88%占10%占2%星期一星期二星期三星期四星期五星期六星期日7:00-19:0019:00-7:00主体结构附属结构对2001-2007国内地铁建设事故的不完全统计事故一般是可以避免的：事故有预兆，可以反映在监测中；事故萌芽到险情发生一般会有2-3天的时间。事故萌芽缓慢发展期快速发展期事故险情关键时段事故的发生与发展抗力缓慢发展期（预警值）快速发展期事故险情正常施工时间(变形)对工程事故模型的认识领导者计划者监督者操作者失误变化失误失误失误失误失误变化变化事故变化对工程事故模型的认识变化事故伤害损害失误人的不安全行为物的不安全状态事故•约翰逊的工程事故变化—失误理论认为：事故是由意外的能量释放引起的，•这种能量释放的发生是由于管理者或操作者没有适应生产过程中的物的或人的因素变化，产生了计划错误或人为失误，从而导致不安全行为或不安全状态，破坏了对能量的屏蔽或控制，即发生了事故。事故•这种理论可以用多米诺骨牌来形象的解释，即：•变化→失误→不安全行为或不安全状态→事故→人的伤害和物的损害•在工程管理实践中，变化是不可避免的，也非均对安全有害，但是，从安全角度考虑，必须及时发现和预测出变化后的安全隐患，并采取适当的措施或对策，做到顺应有利的变化，克服不利的变化。杭州地铁1号线湘湖站北二基坑事故2008年11月15日事故回放•2008年11月15日下午3时20分左右，基坑西侧，风情大道街口的交通号正值红灯，南行的14辆车停在路面待行。•司机们觉得人车整体下沉，前门的红绿灯突然不见，紧接着车内进水，车内人员紧急逃离，被淹的K327公交车上的乘客也全部脱险。•风情大道沉陷7m,宽40m,长近百米，很快漫水；•百余名坑中现场施工人员纷纷逃离；•５名蛙人进行潜水作业。抽干积水之后，派出了搜救犬帮助确定失踪者方位。未能有所发现。救援人员采取每隔50厘米分区挖沟的方式下探。•当时确定17个施工人员死亡，4人失踪。事故现场西侧基坑内的预应力钢管支撑南端破碎的钢筋混凝土连续墙(内)南端破碎的钢筋混凝土连续墙(外)涌进坑内的淤泥工程概况简介•湘湖站为杭州地铁1号线的起点站，位于萧山湘湖杭州乐园西侧，风情大道东侧。•车站东侧为奥兰多小镇、东南方向为杭州乐园，西侧为在建苏黎世小区，建筑物主要为小高层。•车站段总长932m，宽21m。根据结构分期分段施工，•本站主体基坑依照从北向南分段封堵施工顺序，分为北一、北二、南一、南二等多期，地质断面图①②2④2⑥1⑧2强/中风化砂岩工程情况•车站主体为地下两层三跨钢筋混凝土矩形框架结构；•北二基坑长度为106m，宽度20.5m；•车站主体结构顶板覆土1.8m，底板埋深16m；•地面标高一般在6.0m左右；•主体开挖深度约15.7m16.2m；•围护结构采用800mm厚地下连续墙，连续墙入土深度约17.28m；•竖向设置4道ф609钢管支撑，支撑中部设置中间立柱；•分步拆除，分步替换支撑。横断面图④2⑥1事故发生前•自10月9号至事发前，临近北二基坑西侧风情大道位于污水管附近上方的车道路面结构层开裂严重、路面下沉明显；曾多次采取架钢筋、浇灌混凝土、对路面的裂缝进行了勾缝等措施来补救。•除基坑外地面开裂现象外，基坑内侧地下连续墙也曾出现过较大的裂缝；•基坑全长分为6个作业段（每段20米左右），事故前第一段已作完底板结构，第二段作完垫层，第三段辅砂石，第四段清底，两台挖机正在第五段和第六段段开挖最后一层土方。•事故前基坑已见底而未作结构的区段至少3段（即6070米长）以上。事故以后钻探的地下连续墙位置西原墙位破坏后的墙顶位置下部断裂段的顶部破坏后的平面图基坑内部（南-北）西侧的连续墙土层指标表1土层层底标高(m)层厚(m)重度(kN/m3)()c(kPa)孔隙比e塑性指数ILm(kN/m4)kmax(kN/m3)1-24.971.531910100.9950.91200050002-2-0.645.611931.810.20.8680.5518000100004-2-12.6612.0217.111.915.81.4301.38300060006-1-28.3815.7217.113.613.81.3531.48350070008-2-43.515.1217.918.2141.0400.9470008000欠固结土！不排水十字板快剪固结快剪固结不排水土层cucucqqccqcqccucu④211.028.68.16.115.811.917.19.7⑥19.034.17.18.313.813.617.813.2使用值两层软土的各种强度指标软黏土试样几点疑问•强度指标试验值的合理性；•应当采用什么强度指标进行整体稳定分析？•应当采用什么重度计算抗滑力矩？00()cos()sin0ikiiiiikkiiiclqbwtgqbw事故分析•责任事故（处理和追究刑事责任9人）；•严重超挖；•100m同时开工；•取消了坑底处理；•无视事故的前兆；•勘查、监理、设计；•管理的问题。超挖事故发生时的现场开挖情况破坏段的位置内支撑的连接点钢管支撑端部的连接点取消了坑底加固，代之以降水固结盾构井已经封底区北没有按设计分段施工6段几乎同时开挖到设计深度（5，6段剩下最后一层土）已经封底的北端•欠固结土；•关于坑边超载的计算；•高灵敏性土；•整体稳定分析。对设计的质疑欠固结土•由于土在有效最终压力下尚没有完全固结，用固结不排水强度指标计算主动土压力偏小；被动土压力偏大；•“对欠固结土，宜采用有效自重压力下预固结的三轴不固结不排水抗剪强度指标cuu、φuu”•用不排水强度指标，或乘以一定固结度的固结不排水强度；•稳定分析也应采用不排水抗剪强度。关于坑边超载的计算•超载的性质：堆载、机械、车辆•临近建筑物：新近建筑物还是多年前建筑物？•对于饱和软黏土一般应当用=0饱和黏土地基中的基坑地面超载q=30kPa引起的主动土压力加载瞬时完全固结sat=19kN/m3高灵敏性土地层层序外围土无侧限抗压强度qu/灵敏度St坑外12-12＇～16-16＇剖面线扰动区无侧限抗压强度qu/灵敏度St坑内土无侧限抗压强度qu/灵敏度St④-247.9/6.637.5/4.8④-358.2/3.838.4/2.4⑥-151.9/9.140.3/6.445.0/7.5⑥-260.5/11.547.5/8.054.2/8.0⑧-176.0/8.061.2/6.828.5/3.7事故后勘察的灵敏度高灵敏性土杭州地铁－灵敏性土西侧坑外土体进入坑内土体受挤压向上抬起西侧地墙移动、坑外土体进入东侧地墙移动立柱移动、倾斜地面下沉桩断裂西侧坑外土体进入支撑体系失效土体整体滑移预估滑移面坑内扰动后土体静探锥尖阻力最小值仅为原状土的35%，整体稳定分析•《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-99))1.0.(0sin)(tancos)(00Awbqwbqlciiikikiiiiik瑞典条分法ih3ih2ih1i浸润线iisatiiiiiiiiiSRshhhhhhlcMMFsin)()tancos)([123123采用固结不排水强度指标h3部分用浮重度计算，h2i用饱和重度抗滑力矩应当用有效自重应力滑动力用总自重应力替代法：不计水压力ui为什么在西侧坍塌？•西侧风情大道首先坍塌，两墙间距从21m,达到最小3.4m，将坑底淤泥质土挤起来，使基坑的实际深度大大减少，所以尽管所有支撑钢管全部失效，东侧连续墙也发生较大位移，但尚基本保持直立。•西侧是大道，交通方便，几乎所有的施工机械、车辆、泥浆池、建筑材料全部在西侧。超载的工程运土车辆来回反复碾压，路面交通繁忙。•土体已发生较大的位移，地面开裂，反复的路面荷载必然会进一步破坏地基原状土的结构性，由于这两层软黏土的灵敏度较高，这种扰动使土的强度进一步降低，•等红灯的十几辆车重量可能成为了引发垮塌的“最后一根稻草”。良好的场地条件酿成事故•该基坑工程的工地条件“太好”了：东西两侧距离建筑物都在几十米到百米以上，西侧是风情大道，大道西侧是一个小学校的操场。•自10月9号至事发前的一个多月，临近北二基坑西侧风情大道位于污水管附近上方的车道路面结构层开裂严重、路面下沉明显，基坑内侧地下连续墙也曾出现过较大的裂缝。这些预兆没有引起充分的重视。•常常可以见到这样的场面：由于地面或者墙面发现有微小的裂缝，居民就会在工地集聚起来，阻止车辆进出，大爷大妈们坐在挖土机、起重机下，不准动土－群众监督的有效性。搜寻与恢复施工设计方案塌陷的路面资料重新勘测1、施工单位（中铁）：北二基坑周边现状图；2、垮塌的北二基坑既有围护结构现状图（中铁现场测定）；3、杭州地铁1号线湘湖站北二段基坑岩土工程勘察报告（中间资料），浙江华东建设工程有限公司2008年12月4日；4、杭州地铁1号线湘湖站北二段基坑恢复方案岩土工程勘察专题报告（浙江华东建设工程有限公司，2008年12月31号）5、2009年1月2日专家评审意见书。北二基坑现状总平面图1、新围护桩施工，围护结构外侧加固（格构式旋喷桩结构），新老围护间土体加固。2、坑外卸土，架设支架、安装钢支撑，现浇冠梁与压顶板。坑外旋喷桩加固坑内旋喷桩加固钻孔灌注桩桩直径1200@1400双拼800钢支撑间距4500800厚压顶板旋喷桩止水坑外旋喷桩加固坑内旋喷桩加固桩体接高至地面标高扶壁式挡墙北二基坑围护结构南端高低桩3-3横剖面图500×500型钢砼垫层间距4500钢筋砼撑灌注桩桩端入岩型钢混凝土围檩φ800钢管撑φ800