基坑与地下工程事故分析

基坑与地下工程事故分析清华大学岩土工程研究所李广信(二)基坑工程事故103项失事基坑分析(上海占1/3)勘察失误3项设计失误35项水处理失误22项施工方法5项管理问题8项其他36项案例1：广州京广广场(1)工程基本情况：长300m,宽34m,深15m。护坡桩直径：D=1.2m。悬臂式护坡桩。事故情况：先发生0.5—1.0m水平位移,凌晨一时,临时工棚倾入坑内,3人死亡,17人受伤。原因：悬臂太长,应加锚或支撑。广州京光广场加固广州京光广场加固广州京光广场倒塌广州京光广场倒塌事故分析310×45.5m，深15m，实空相间的人工挖孔悬臂桩；（空心：1.0m-14m,实心：1.4m-20-25m)1995.6.3，40m范围桩顶位移1m，填土－粉质粘土－风化粉砂岩；最大弯矩5595kN-m,开挖面M＝3800kN-m2500,计算位移89.5cm设计计算错误，空心桩破裂－实心桩弯矩过大。长边与短边310m45m广州京光广场倒塌案例2：珠海祖国广场基坑深16.2m,地下连续墙,厚80cm.逆作法钢支撑1998年5月,墙内移,钢支撑变形过大而崩出;5月6号下午4:30,倒塌,两栋楼倒塌进基坑,5人受伤.原因:超挖及地下水的处理。珠海祖国广场珠海祖国广场珠海祖国广场土钉墙事故广东环市东路土钉墙塌方广东环市东路土钉墙塌方土钉墙事故天河北土钉破坏天河北土钉事故基坑变形大亚湾某工程护坡桩位移基坑内斜桩斜桩施工基坑护坡桩断裂倾斜基坑护坡桩破坏相邻建筑物沉桩降水开挖广东五羊新城基坑积水五羊新城基坑墙五羊新城基坑墙:阳台裂缝北京万亨大厦工程简介22层框剪结构商业办公楼；5.3万m26层框架附属用房地下车库，基础埋深17.72m建筑红线基坑布置复合土钉墙的设计地质剖面地下水情况地面高程41.0原因分析1·土钉墙的使用范围：17.72m;高层建筑与地铁；2.上层滞水的调查与处理；3.施工次序失误。土钉墙后的土体工桩与被挡土的交互作用–现场数据确认：东北线，实龙岗站局部的三维性(Local3-dimensionality)工桩与被挡土的交互作用局部的三维性(Local3-dimensionality)桩与被挡土的交互作用•工桩–一般是用工字桩。•工桩之间-用挡土木板盖住。•有分载反扛的效应。0102030metresEL=106.35mEGL=123.75m工桩与被挡土的交互作用：东北线，实龙岗站支撑平面图地点：Nicoll大道。日期：2004年4月20日地下软土层底面深度的等值线31620316403166031680317003172031740315803160031620316403166031680ABH28ABH82ABH29ABH84ABH31ABH33M3010ABH30ABH32ABH85M2064ABH34ABH83BN2EBS2EBS3EBS4EDN1EDN2EDS1EDS2EDS3ENicholl大道开挖的倒塌区地理位置三维分析研究倒塌的机理和过程新加坡国立大学开挖前网格(U3)开挖后带有支撑的网格10-1(U3)有限元分析对除了第十层外所有的开挖进行了总应力静态分析。对第十层以及随后的倒塌进行了总应力动态分析有限单元范围测量到大概—100m(沟渠)从东到西，—130m从南到北.连续墙1连续墙2连续墙3地面沉降地面沉降在东端产生较大的沉降，此处也有较大的墙变形。在开挖时表面土有相当大的拱起。变形墙SL9(SF1,动态)支撑柱弯曲变形的特征逐渐累积的；从第9层东部的支撑柱开始(i.e.轴端).向上和向侧面蔓延；侧面蔓延开始向东，然后向西；最后状态:第9层的S324和第8层的S323刚刚弯曲。第1层的一些支撑柱也弯曲了。结果启示:土和墙的不均匀位移；最大的侧向土和墙位移发生在东半部开挖倒塌前。最大位移的位置大约在海洋粘土最深的地方，靠近开挖的东端。三维土体剖面变化对最大位移有很大的影响。南墙的最大位移大于北墙，和地面位移倾斜计的测量结果一致。结果启示：（续）墙接点:–沿着北墙，墙接点主要是压力变形，变形相对较小。–沿着南墙，连接器主要是拉力变形，每个连接器的变形很大，从1.5mm到2.5mm。在倒塌时南墙接点脱落。在倒塌的后来，北墙接点也有所脱落，但仅限于当墙很严重的向开挖区凸出时。–结论:在倒塌前，南墙弯曲变形大大超过北墙。结果启示：（续）墙接点:–土拱不是一个重新分配支撑杆内力的有效方法，因为这需要大的地面位移发生。在这种情形下，在力的重新分配前一些支撑杆可能已经失稳了。结论概要支撑杆的承载力在倒塌中起了很大的作用。一旦支撑杆到达了其最终设计承载力，倒塌有可能发生。墙接点的抗拉性能弱，缺少横撑系统来重分配支撑杆力，并抵抗南墙的侧向拉力，所有这些都导致了墙的倒塌。南墙的挠度剖面图显示一小片局部区域曾经喷浆，但这不能独立加固。在任何情况下，参数研究显示喷浆的作用在倒塌初始阶段并没有支撑杆和墙接点的作用大。所有的发现由计算机分析得到，并与现场测试相匹配。因此，没有得到独立确证，不能认为是惯常发现。某基坑的平面布置图一、工程事故概况三、险情经过和抢险措施四、抢险措施效果二、事故的原因一、工程事故概况（一）工程概况（二）周边环境（三）参建各方（四）事故概况(一)工程概况浦东南路站～南浦大桥站区间隧道工程是上海市重大工程项目――轨道交通四号线工程的一个重要组成部分。浦东南路站到南浦大桥站区间隧道上行线长2001M，下行线长1987M，其中江中段440M。区间隧道顶最大埋深为37.7M，隧道中心线水平距离为10.984M，隧道最大坡度为3.2%。盾构从浦东向浦西推进，在穿越黄浦江后经防汛墙、外马路、文庙泵站、音像制品批发交易市场进入中山南路，在穿越多稼路后隧道上下行线逐渐由水平同向推进转为垂直同向推进直至浦西南浦大桥站。图中用深颜色表示的就是本次事故的发生区域。风井事故的发生点位于隧道的联络通道处(又称旁通道)，联络通道采用冰冻法进行施工（风井采用逆作法施工，已完成）。隧道风井旁通道垂直通风道地下连续墙18.25m33.5m13.3m4.2mD5.5m积水坑检测房屋拆除房屋(二)周边环境周边房屋建筑情况：事故区域西侧有音像制品批发交易市场(简称音响楼)、鸿宇商务楼(简称鸿宇楼)，北侧有谷泰饭店(简称谷泰)、广林新包装有限公司、果品公司；沿外马有万有全、公务所；南侧有临江花苑大厦(又称国税大楼，简称临江大厦)、土产公司、地方税务局、光大银行等建筑。在事故区域内有文庙泵站、材料公司仓库、居民房屋、临江大厦的门卫和自行车库。鸿宇楼文庙泵站果品公司公务所万有全民居材料公司自行车棚门卫房屋平面（概况）事故周边主要的道路是中山南路、外马路、董家渡路、利川码头街、赖义码头街、南浦大桥引桥等。这些道路的上、下敷设有上水、电力、煤气、通信、电缆、雨污水等各类管线。中山南路交通十分繁忙，有数十条公交线路通过。事故区域东面沿黄浦江一线是防汛墙。从60年代到现在经三次加固成为L型钢筋砼墙，标高为6.7M，能抵御百年一遇大潮汛。防汛墙南浦大桥引桥原防汛墙剖面图工程地质层号地层名称层厚（M）层底标高（MC）①人工填土6.39-2.14②灰色粘质10.5-12.64⑤1为色粘土3.50-16.14⑤2灰色粉质粘土4.50-20.64⑥暗绿--草黄色粉质粘土4.30-24.94⑦1草黄色砂质粉土9.20-34.14⑦2草黄色粉砂从地质报告中可知道在30M深度以下，地层为第七层(⑦1层、⑦2层)，该土层砂性重，透水性好，易液化。联络通道位于第七土层，同时该土层为上海第一承压水层，承压水最高水位为地面以下7.58M，最高水头为21.7M。(三)参建各方投资单位建设单位建设代理单位设计单位施工总包单位施工分包单位监理单位上海申通集团有限公司上海轨道交通明珠线（二期）发展有限公司上海地铁建设有限公司上海市隧道工程轨道交通设计研究院上海隧道工程股份有限公司北京中煤矿山工程公司上海地铁咨询监理科技有限公司(四)险情情况7月1日凌晨，联络通道发生流沙涌水，导致隧道上下行线严重积水，进泥沙。同时以风井为中心的地面开始出现裂缝、沉降。6：00，音像楼发生明显变形，墙面开裂，房屋开始倾斜。7：30，地面裂缝明显加剧，沉降加快。文庙泵站明显沉降、倾斜，风井也明显沉陷。9：00音像楼裙房发生二次突沉，并部分坍塌，大楼继续倾斜，墙面开裂加剧。15：00以风井为中心的地面沉陷加快，并逐步形成沉陷漏斗。坍塌范围扩展到董家渡路、中山南路、外马路、防汛墙。20:00，防汛墙也开始出现裂缝，沉降进一步发展。7月2日-3日，隧道险情在进一步发展和扩大隧道内继续大量进水，水位上涨速度较快，约每小时涨移15M。管片损坏程度进一步扩展，并有管片连接螺栓绷断，响声传出。地面沉陷的范围和深度在进一步扩大，以风井为中心的地面从沉陷漏斗发展成塌陷区，最深达4M，临江大厦门口地面塌陷最深处约2M，董家渡路沉陷达1M，中山南路明显下沉，地面开裂发展加快。音像市场倾斜加剧，楼板断裂；文庙泵站发生突沉；临江花苑大厦沉降速率加快，沉降量达12.2mm，地下室出现裂缝。河床严重扰动、下沉、滑移，近30M防汛墙倒塌，近70M防汛墙结构严重破坏，黄浦江水冲向风井，并由风井进入地下隧道，加剧险情发展。临江花苑门口地面塌陷文庙泵站突沉录像录像录像二、事故原因调查事故发生过程2003年3月，中煤上海分公司开始安装冻结设备；4月27日－5月11日，陆续供冷；6月24日旁通道开始施工；6月28日8：30，一台制冷机故障，下午4：00修复，发现土体温度3C，停止冻土开掘；6月30日，土体温度7.4C，水压与第七层承压水压力相同，用干冰制冷；7月1日0时，在冻土中凿出0.2m孔洞，准备安装混凝土输送管，有水流出；越流越大；6时，大量水砂涌入旁通道，发出异响，人员撤出周边建筑物下沉、地面裂缝、沉降，事故蔓延。事故原因（1）《冻结法施工方案调整》缺陷：降低对冻土平均温度要求：－10C变为－8C制冷量不足：未考虑夏季施工损失；冻结管数量减少（24减为22），长度缩短25m-16m)事故原因（2）在冻结条件不太充分情况下进行开挖：要求冻结时间50天，实际只有43天；6月24日回路温差大于要求事故原因（3）施工单位对于险情征兆没有采取有效措施：压力水流出土温上升水压力达到承压水压力，没有紧急止水措施，没向隧道公司和监理公司汇报；事故原因（4）中煤上海分公司严重违章，擅自凿洞；（5）监理公司现场监理人员失职：仅在6月25日、30日下井两次：29、30日日记：“各项工作均正常”（6）隧道公司现场管理人员失职：24－7月1日，质量员一次也未到工作面，28－30日记”一切正常“工程事故调查结论工程责任事故（定性），直接经济损失1.5亿。施工单位（北京中煤矿山工程公司）未经规定程序调整施工方案；险情征兆出现以后未能采取及时有效措施；现场管理人员违章指挥，擅自凿洞直接导致事故发生；总包单位（上海隧道工程股份有限公司）管理失控；监理单位（上海地铁咨询监理科技有限公司）现场监理失职处理建议中煤上海分公司：项目经理、副经理移送司法机关；总工（副经理）行政撤职；上机单位主要负责人领导责任；隧道公司：项目经理、技术负责人移送司法机关；质量员记大过；副总经理撤职；总经理撤销党内职务；上机机关领导责任（记大过）地铁监理公司：总监代表、经理移送司法机关；上机机关领导责任（记大过）三、事故调查和抢险措施（一）抢险措施（二）险情过程总体描述(一)抢险措施指挥部名录地面组地下组管线组防汛组监测组专家组注浆组拆房组地区组治安交通组新闻信息组指挥部总指挥：杨雄（副市长）专家组名册(一)抢险措施组长：刘建航（院士）副组长：叶可明（院士）隧道水务防汛测量房建地基道路桥梁专家负责专业同时在第一时间内启动了紧急抢险预案程序，调动一切人力、物力和资源为抢险提供强有力保障。在采取了各项紧急措施后，7月4日～5日，险情发展才趋于平稳。第一、封