浅析某地铁基坑事故处理与思考

关键词:地铁站 基坑设计 施工 工程措施

摘要:本文以某地铁基坑施工中出现的问题及事故处理为例，充分说明基坑是工程的基础，直接影响临建场地内的建筑物与道路管线等构筑物的安全使用.现场应严格按图施工，按设计要求进行监控量测，做到信息化施工、动态设计，以合理的工程措施保证工程安全。

1.工程概况

    某地铁站位于城市主干道上，车站周围均为多层及高层建筑物。该站为地下双层车站，车站全长204m，设南北两个端头井，均为盾构到达井。车站标准段宽19.3m，端头井处断面宽23.8m。车站主体基坑全长207.2m，围护结构采用800mm厚的地下连续墙，标准段连续墙深27.5m,墙底进入粉砂层3.5m,基坑深度为16.2m左右，入土深度11.3m;盾构井处连续墙深31m,墙底进入粉砂层4.0m，基坑深度为18, 5m左右，入土深度12.5m。标准段和端头井基坑内分别架设为4道和5道钢管支撑。为保证基坑内无水作业，采用坑内降水，降水井设置深度:基坑底以下4.5m。
2.工程地质及水文地质条件
    (1)地层岩性。场地土类型为软弱一中硬场地土。站区地层主要为第四系全新统人工填土层(人工堆积Qml ) ,第I陆相层(第四系全新统上组河床一河漫滩相沉积Qo’al)、第I海相层(第四系全新统中组浅海相沉积Qam) .第II陆相层(第四系全新统下组河床一河漫滩相沉积Qe}al)、第川陆相层(第四系上更新统五组河床一河漫滩相沉积Q,`al )、第II海相层(第四系上更新统四组滨海一潮汐带相沉积Q; mc)、第W陆相层(第四系上更新统三组河床-河漫滩相沉积Q,`al) a
    (2)水文地质特征。本场地地下水类型表层为第四系孔隙潜水，赋存于粘性土、粉土及砂类土中。勘察期间地下水埋深1.5，2.1m。第II陆相层及以下的粉土、砂土层中的地下水具微承压性。地下水主要补给来源为大气降水。3基坑施工过程中发生的问题及处理方案。
该站自当年8月6日开始基坑开挖施工，至9月7日基坑施工一直处于正常状态。但自9月8日一11月1日，基坑施工中发生了多次较为严重的问题，主要有三次:①车站主体基坑右侧小区居民楼沉降:②接地极施工时基底管涌:③北端头井基坑施工时基底管涌。

    (1)车站主体基坑西侧小区居民楼沉降月9日车站主体基坑西侧 18m左右处小区居民楼6号楼沉降发生突变，沉降速率达到10.70mm/d，累计沉降为20.59mm，当天下午14点，沉降速率为12.2mm/d,累计沉降32.79mm。随后几天内，沉降不断发展，且沉降速率极不稳定，速率无常，累计差异沉降量也不断增加，接近规范允许值。业主多次组织监理、设计、施1_各方召开专题会，同时邀请部分老专家参加，进行原因分析，研究处理方案。施工单位、设计单位、监理单位以及各方专家在居民楼沉降原因分析及处理方案上存在较大分歧，甚至产生了完全不同的观点。部分专家认为基坑西侧居民楼发生沉降的主要原因是:①基坑围护设计先天不足，连续墙底座落在砂层，而砂层水有压力，连续墙设计应穿透砂层;②基坑内降水井的实际深度已达砂层，基坑降水量过大，基坑内降水可能造成坑内水体与坑外水体沟通，引起水土流失，造成小区居民楼沉降。根据其分析结果，这部分专家认为处理居民楼沉降应该采取以下措施:①将基坑内降水井进行封堵，采取明排水施工;②在连续墙周边采取高压旋喷穿透砂层进行土体加固，以封堵连续墙底砂层中的地下水。但我们根据监测报告，认真地进行设计复查，认为小区居民楼沉降主要有以下原因:①开挖、架撑工序衔接不当，造成围护结构变形加大，使工程力学性质极不稳定的第I海相层(9月8日、9日挖土速度过快，钢支撑架设滞后48小时以上)产生蠕变，造成建筑物沉降加剧;②主体基坑西侧与居民楼间曾有大量堆载，大大超过堆载小于20KPa的要求;③盾构井处降水井施工质量有待提高，降水过程中水土流失现象严重:④基坑施工前曾有管线切改，回填土可能不密实。同时我们认为采用高压旋喷桩封堵由于无法确切把握其防渗效果，所以不但可能堵漏作用不明显，并且其巨大的作业压力倒可能对连续墙稳定形成威胁，有相当大的安全隐患。我们要求尽快恢复按原设计施工，整治有问题的降水井，确保出水不出砂，防止降水引起的水土流失，导致地面建筑物的沉降危险。同时在下一步施工中加强降水、开挖、支撑、监控量测等各道工序的管理力度，保证基坑的安全实施。现场虽然只是初步整治降水井，但加强了各道工序的管理力度，居民楼沉降速率得到控制，差异沉降值也有所减少，收到了一定的效果。

    (2)接地极施工时基底管涌10月10日开始，当地连续降雨近50小时，为50年一遇的大暴雨，10月12日，在施工6m长的接地极时，由于钻孔穿透粘性隔水层，进入砂层，导致基底发生了涌水、涌砂现象，24小时内约冒出20m左右泥砂，导致离该段基坑较近的小区5,6号楼沉降较大，沉降速率每小时接近1 mm，累计最大沉降值达到10cm，情况十分危急。我们通过组织地质、基坑方面专家进行讨论，对地质勘察及基坑设计进行复查，并对发生管涌部位提出如下处理方案:①发生管涌部位，首先应堆土约2m反压，然后进行基底注浆加固，在加固体达到强度后，才能开挖基底剩余土体;②在本区段内发生管涌处垫层采用钢筋混凝土，钢筋采用钢筋网片，在地面分块成型后，吊入基底，其余仍维持原设计不变;③在管涌发生处基坑、垫层及底板施工时，与其相邻北侧的基坑严禁开挖，以保证该段基坑的稳定。同时继续要求从基坑开挖、支撑预加轴力、基底垫层施工、基坑降水及监测等各个环节入手，加强管理，保正安全。按照我们的施工建议及处理方案，现场经过24小时奋战，成功地将这次管涌封堵。
    (3)北端头井基坑施工时基底管涌。10月18日，北端头井基坑挖至基底，在进行垫层施工时，连续墙接缝处出现小量涌水，施工单位认为坑内涌水是由于连续墙接缝漏水或者地下水通过地下连续墙绕流发生涌水，采取注浆进行封堵，在连续墙外侧钻孔过程中，由于钻孔深度达到30.5m，将粘性隔水层穿透，使坑外与坑内地下水连通，导致基坑内突然涌水，水头高达1.0m左右，北端头井基坑积水立刻满槽，均为黄色泥水。现场回填大量片石和石子，不见效果。10月20日，管涌处涌水量没有减小，墙体背后钻孔11个进行注浆，均未见效果。为保证基坑及周边环境安全，对基坑进行了回填。我们通过对监测数据、现场清况及补充勘察资料的分析，我们认为该站基坑原设计方案是合理的、安全的，勘察资料是准确的。出现问题的主要原因是将原设计的降水井进行了封堵，导致基底水压过大，引起基坑内出水冒砂，所以下一步应严格按以下几个方面恢复施工:①尽快恢复降水井，如基坑内恢复有困难，则在基坑外施工减压井，以便降低基底水压，保证基底稳定。但基坑内应采取严格措施进行排水，避免基底浸泡;②应严格保证减压井施工质量，确保减压不降水，出水不出砂;③同时降水过程中应进一步加强监控量测，确保工程安全。按以上三点要求实施后，基坑施工相当顺利，周围建筑物及地表沉降也得到了很好的控制。目前该站主体结构早己顺利完工。
3.处理后的思考
    (1)该站基坑围护结构设计是安全可靠的。该基坑围护结构设计采用国内通用的《深基坑支挡结构分析计算软件》模拟施工全过程进行受力分析:开挖期间连续墙作为支挡结构，承受全部的水土压力和施工荷载。采用有限元法，根据施工过程将结构受力、变形过程划分为若干相对独立的阶段，并考虑各阶段结构受力及变位的继承性。坑底以上按主动土压力三角形分布，坑底以下土压力按矩形分布，用水平弹簧模拟坑底地层对围护结构的约束作用，对连续墙长度及嵌固深度、连续墙内力及位移、支撑的内力及稳定、基坑稳定性等进行检算。计算过程中选择最不利土层结构及最不利地下水位，验算了基坑整体稳定性、坑底抗隆起、抗倾覆、抗管涌等，安全系数全部满足要求，并且也是经济合理的。政府主管部门对该站基坑围护结构设计作了审查，对围护结构设计进行了充分的肯定。
    (2)实践证明，我们针对该基坑出现的一系列问题进行的原因分析及提出的处理方案是正确的、合理的、有效的、可行的。
    (3)对深基坑围护结构设计的思考。通过该基坑的问题可以看到，水是诱发事故的源头。因此在今后的设计与施工中一定要注意以下几点:①在深基坊拍勺施工中，坑内井点降水是必要的。坑内井点降水一方面可以保证在无水条件下，基坑开挖顺利进行;另一方面也是保证基坑安全的重要措施，坑内土体通过降水后固结，能够更好地提供抗力，保证基坑开挖的安全;②坑内降水井应严格按照设计要求施工，防止泥砂流失，如发现水色有问题应及时寻找问题的根源;③施工期间应分层设置水位观察孔，对基坑内外的地下水位变化进行监控。当建筑物、地下管线的变形速率或变形量超过警戒值时，及时与监理、设计、业主沟通，采取措施，保证基坑及周围建筑物的安全;健)提高连续墙的质量，尤其应确保连续墙接缝防水效果;⑤设计与施工中要充分注意基坑开挖与地下水变化引起的基坑内外土体的变形及其对围护结构、邻近建筑物和周边环境的影响;⑥基坑开挖至设计高程后应立即对基坑进行封闭，防止水浸和暴露，并及时进行地下结构的施工，以防止基底的管涌和隆起等。
    总之，通过对该基坑事件的总结分析，我们应该总结经验教训，为深基坑设计和施工积累经验，既可促进基坑施工技术水平的提高，又可以减少工程损失，保证工程进度。