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地铁车站基坑险情处理与反思.pdf
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1、63 现代城市轨道交通4/2024 MODERN URBAN TRANSIT工程实践工程实践地铁车站基坑险情处理与反思基金项目:国家自然科学基金项目(42307265)作者简介:周运斌,男,高级工程师引用格式:周运斌,杜立兵.地铁车站基坑险情处理与反思J.现代城市轨道交通,2024(04):63-67.ZHOU Yunbin,DU Libing.Rethinking the treatment method of foundation pits hazards during the construction of metro stationsJ.Modern Urban Transit,202
2、4(04):63-67.DOI:10.20151/ki.1672-7533.2024.04.010周运斌1,杜立兵2(1.中铁二院工程集团有限责任公司,四川成都 610031;2.西南石油大学地球科学与技术学院,四川成都 610500)随着我国各城市大规模推进地铁建设,地铁工程事故屡见不鲜,即便是上海、北京、广州、深圳、南京等大城市也时有发生,其中地铁车站基坑工程事故占据较大比例。地铁车站一般位于城市密集建成区道路以下,周边环境复杂,其基坑深度通常大于 15 m,部分基坑深度甚至超过 40 m,地质条件复杂多变,导致地铁车站基坑事故多发,事故造成的社会影响和经济损失均较大。工程事故责任认定牵涉
3、参与各方利益,在事故调查中难摘 要:地铁车站基坑施工出现险情时须及时采取适宜的处置措施,文章以某地铁车站的基坑险情处置过程为例,详细记录基坑施工过程中钢支撑断裂、地连墙开裂险情的发生原因和过程,以及后续抢险方案的制定与实施。研究发现,设计阶段地质资料输入、围护结构计算、钢支撑节点连接设计不足,施工阶段未严格按照设计图施工,施工材料制作和检验不完善,基坑监测预警不及时是险情出现的主要原因。险情发生后及时采用素混凝土封底、增设钢支撑等手段,有效处置基坑险情。文章关于基坑险情的分析和处置经验可以对相关工程设计、施工起到一定借鉴作用,具有重要的参考价值。关键词:地铁车站;基坑;支撑;险情处理 中图分类
4、号:U231.3免存在材料和数据不完整、不准确情况,造成工程参与方对工程行为的反思、总结和改进不到位、不彻底。文章研究的基坑工程险情处理实例,由于建设单位及时采取措施,未酿成事故,暴露的问题具有典型性,因此进行了认真的反思和总结,并以此为契机,为其他地铁工程建设提供借鉴和参考,避免类似基坑险情或事故发生。1 工程概况文章所研究的地铁车站位于某省会城市中心位置、两主干道交叉路口下,呈东西向布置,为地下三层 15 m宽岛式站台车站。站址范围内地面交通繁忙,周边商业发达。车站所处路口四周除东北象限为广场及地下停车场外,其余三个象限均为高层商业建筑。车站主体基坑深为 24.5 29 m,宽为 24.1
5、 27.8 m,长为 182.8 m。车站主体结构基坑采用 1 000 mm 厚地连墙加内支撑系统围护,地连墙要求嵌入基底以下土层、中风化岩层和微风化岩层,深度分别不小于 5.5 m、3.0 m 和 2.0 m。设计采用 4 道内支撑,除第 1 道支撑及部分斜撑采用钢筋混凝土支撑外,其余均采用钢管支撑,标准段支撑中部设置临时钢立柱及连梁。标准段围护结构设计如图 1所示。车站场地覆盖层主要有第四系全新统杂填土及中更新统冲积层,中更新统冲积层岩性比较复杂,具有二元64MODERN URBAN TRANSIT 4/2024 现代城市轨道交通工程实践工程实践地铁车站基坑险情处理与反思结构。上部主要为粉
6、质黏土层,下部为砂、卵(砾)石层。基岩岩性也较为复杂,主要发育有泥盆系(D)的灰岩、泥灰岩、炭质灰岩,白垩系(K)的泥质粉砂岩、砾岩,以及元古界板溪群(Pt)的泥(砂)质板岩等。钻孔揭露场地内的灰岩、泥灰岩岩溶发育,岩溶发育形式主要有 2 类:灰岩区的溶沟、溶洞;泥灰岩区的溶洞。灰岩区溶沟上部为中强透水性的砂卵砾石层,富水性较好,连通性好,一般具强透水性,涌水量大。各土层物理力学参数如表 1 所示。2 险情发生时施工状况险情发生当天,车站主体基坑地连墙围护结构已全部完成,按计划从中间向两端施工,中间段约 20 m 长的范围已开挖至地面以下约 20 m、第 4 道支撑位置,正准备架设第 4 道钢
7、管支撑,两侧纵向放坡的部分根据开挖深度已分别架设第 2 道、3 道钢管支撑,车站第 1 道混凝土支撑已全部施工完成。险情发生前和险情处理时间内,正值该地区处于春旱时间段,久未下雨且邻近江河水位处于历史同期较低位。3 险情发生、发展和抢险措施3.1 支撑角钢箍变形及支撑断裂险情发生当天上午 8 时,第 3层第 28#支撑与中支座连梁间抱箍变形并脱落,支撑发生明显屈曲变形,随后施工单位及时在该支撑上部增设 1 根水平支撑。第二天下午 3 时,第 3 层第 28#支撑断裂,支撑断裂现场如图 2 所示。根据施工监测报告,钢管支撑最大轴力约 3 033.5 kN,未超过设计轴力 3 651 kN,但超过
8、支撑轴力设计值的 80%(报警值)。支撑断裂后,在基坑南侧地连墙顶和地连墙护壁间及地连墙护壁和外侧土体间发现 2 条宽约 1 cm、长数十米的裂缝。支撑断裂险情发生后,施工单位立即对第 2 层、3 层钢管支撑采用每根钢管支撑位置处增设 1 根钢管支撑,形成双拼支撑的方式,对已架设支撑进行加强,同时对已架设钢管支撑中支点角钢箍进行加强。3.2 支撑角钢箍脱落及连续墙开裂第二天晚间,施工单位连夜施工加密钢支撑,但受既有钢管支撑和立柱间连梁影响,支撑不能一次吊装就位,必须分 2 次吊入基坑后进行对接,由于对接施工只能在悬空状态下进行,施工难度相当大,架设效率很低,故一晚只完成 2 根支撑架设。第三天
9、上午,2 根第3 层钢支撑中支点处角钢箍崩脱,一处支撑活动端头的钢楔子被挤出破坏,随后 B11、B12、B13 地连墙相继出图 1 标准段围护结构设计示意(单位:mm)地面第一道钢筋混凝土支撑临时钢立柱基坑底临时立柱灌注桩1 000 厚地连墙第二道钢支撑第三道钢支撑第四道钢支撑6091660916609167009001 00024 1001 0005 5004 7506 0006 3005 95029 5001 000表 1 土层物理力学参数层序土层名称重度/kNm-3黏聚力 C/kPa内摩擦角 /1-1杂填土19.439.017.03-1粉质黏土19.865.022.03-3中砂19.20
10、23.33-5圆砾19.6025.23-6卵石20.3025.69-2强风化灰岩22.4126.039.59-3中风化灰岩26.1152.039.49-4微风化灰岩27.4176.039.365 现代城市轨道交通4/2024 MODERN URBAN TRANSIT工程实践工程实践地铁车站基坑险情处理与反思现明显横向水平裂缝(宽约 1 mm),基坑险情呈现加速恶化趋势。施工监测和第三方监测还显示,与临时中立柱连接的第 1 道混凝土支撑中部出现上拱,上拱值接近 3 cm,但未发现有开裂等现象。3.3 抢险方案制定与实施根据现场实际情况,增设支撑已无法及时缓解基坑险情,现场决定采用回填 2 m 厚
11、早强素混凝土封闭基坑底部的方案。第三天下午 4 点左右开始陆续调入商品混凝土进行浇注施工,一直持续浇注至第四天凌晨 1 点左右,浇注混凝土约 800 m3。第四天一整天回填混凝土逐渐初凝,基坑变形趋于稳定。4 原因分析通过查阅地质补勘资料,发生支撑断裂、失稳的基坑段南侧位置为一宽约50 m、深为 52.6 m 的溶蚀深沟,如图 3所示。溶沟范围内除地表约 8 10 m 厚的粉质黏土层外,其下主要为中/粗砂、圆砾、卵石及粉质黏土的互层,地层变化剧烈,部分钻孔显示从地表下 8.5 m 至36.5 m 深的范围内全部是中/粗砂、圆砾、卵石等透水性地层,对基坑围护结构的受力和基底抗管涌的稳定极为不利。
12、经查,由于详勘时交通疏解的原因,该段详勘钻孔间距约 60 70 m,在溶沟的部位恰未进行钻孔,故施工图设计和其依据的详勘报告未显示溶沟存在。设计人员根据补勘报告最不利钻孔对基坑围护结构及支撑体系进行验算结果证明,按原设计支撑方案在开挖至第 4层支撑位置时,第 3 道支撑计算轴力已超过其容许承载力,而现场支撑失稳破坏情况与计算结果相符。5 变更设计方案溶沟影响段支撑由原设计 1 道钢筋混凝土支撑和 3道钢管支撑(单撑)变更为 1 道钢筋混凝土支撑和 4 道钢管支撑(其中第 2 道、3 道、4 道支撑为双拼支撑)加1 道倒换支撑,如图 4 所示,其中倒换支撑设计要求可根据监测结果有条件取消。6 工
13、程建设反思6.1 施工设计(1)设计输入资料审核不充分。施工图设计依据的图2 支撑断裂现场图 3 地质补勘溶沟剖面图(单位:m)WYBK5041.50WYBK5141.24WYBK5441.11WYBK5640.47WYBK5841.083-13-33-53-39-39-109-34-23-33-13-63-53-31-13-1溶沟中砂Q2alQ4mlQ2alQ2alQ2alQ2alQ2al全风化泥灰岩中风化灰岩杂填土粉质黏土粉质黏土中砂圆砾卵石粉质黏土粉质黏土中砂圆砾基坑底B11、B12、B13 地连墙底水位线中中52.47(-11.23)58.10(-16.99)57.50(-17.03)
14、59.07(-18.60)51.50(-11.03)52.60(-11.49)41.60(-0.36)44.20(-2.96)40.50(1.00)6.30(35.20)9.00(32.50)15.30(26.20)16.30(25.20)23.60(17.90)26.00(15.24)17.00(24.24)10.00(31.24)31.742010.10.832.412010.10.832.872010.10.80.80(40.44)2.00(39.11)9.20(31.91)20.00(21.11)23.00(18.11)10.00(30.47)15.00(25.47)注:WYBK50、
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