地鐵車站基坑施工安全技術(shù)分析與對策

1、1 地鐵車站基坑施工安全技術(shù)分析與對策摘要 : 以地鐵車站基坑施工中發(fā)生的安全事故為例, 從工程地質(zhì)特性、 發(fā)生事故的原因及處理措施等方面進(jìn)行分析 ,提出了相應(yīng)的技術(shù)對策和基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏檢驗(yàn)方法及安全性驗(yàn)算方法。關(guān)鍵詞: 基坑施工管涌分析施工對策1 工程概述明挖地鐵車站的基坑工程主要由基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)、基坑內(nèi)支撐系統(tǒng)、基坑降水等組成。圍護(hù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)支撐施工控制的好壞直接影響 基坑的安全穩(wěn)定, 常見的基坑失穩(wěn)、 管涌等安全事故的發(fā)生多數(shù)都與圍護(hù)結(jié)構(gòu)和內(nèi)支撐有關(guān)。某地鐵車站設(shè)計(jì)采用明挖順作法施工, 全長 259.6 , 寬 18.9 , 頂板覆土埋深約5.0 , 明挖基坑開挖深度達(dá)18 , 圍護(hù)結(jié)構(gòu)采

2、用1000750鉆孔咬合灌注樁, 插入比約為10.8 。該車站由于受房屋拆遷和交通疏解的影響不能全面開工, 為確保工期不受影響 , 設(shè)臨時(shí)封堵墻 ( 咬合樁墻 ) 將車站分為東、 西兩區(qū) ,2 先進(jìn)行東區(qū)基坑開挖和主體結(jié)構(gòu)施工。在東區(qū)基坑開挖過程中先后兩次發(fā)生基坑內(nèi)涌水涌砂現(xiàn)象, 不同程度地對周邊環(huán)境和車站基坑安全造成了一定的影響, 經(jīng)過及時(shí)采取措施沒有造成較大損失和影響, 通過對這個(gè)實(shí)例的分析總結(jié) , 提出一些預(yù)防措施和技術(shù)對策。2 施工中出現(xiàn)的問題2.1 發(fā)生管涌的情況描述東區(qū)基坑開挖期間共出現(xiàn)2 次管涌 , 第一次管涌點(diǎn)位于第 11 段基坑南側(cè) ,273# 274#樁間坑底 , 共涌出泥

3、砂約2403。涌水前第11 段基坑已基本開挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高, 開始進(jìn)行清底,273# 274#樁間滲漏處理也已接近基底。第二次管涌點(diǎn)位于第 8 段基坑內(nèi) , 距第 9 段底板 ( 已澆筑完成 ) 端頭約 5處 ,管涌前第8 段基坑墊層、防水板及細(xì)石混凝土保護(hù)層已施工完, 共涌出泥砂約403。兩次管涌點(diǎn)平面立面位臵示意圖見圖 1、圖 2。2.2 管涌的后果和影響第一次管涌造成基坑南側(cè)( 距基坑邊約20) 一棟三層居民樓向北側(cè)傾斜, 圍墻出現(xiàn)裂縫; 南側(cè)原有道路路面下沉,路面下的自來水管開裂, 造成自來水供應(yīng)中斷。管涌波及范3 圍:273# 274#樁向南最遠(yuǎn)達(dá)44.5 , 向東約 39.7 , 向西

4、約12。第二次管涌造成基坑南側(cè)距第一次管涌點(diǎn)以西約10處地面出現(xiàn)輕微裂縫, 最大裂縫寬約5 , 長約 10, 沿基坑縱向分布 , 影響范圍向南最遠(yuǎn)達(dá)20左右。地面最大沉降3, 未造成其它財(cái)產(chǎn)損壞。3 地質(zhì)特性分析該場區(qū)地下水位高( 勘探期間測得地下水位埋深0.85 3.45 ) 、土層滲透系數(shù)大。地下水分布為兩個(gè)主要含水層,即淺層潛水和深層承壓水( 承壓水頭埋深約在地表下5) 。 基坑開挖范圍內(nèi)的粉土粉砂地層對基坑涌水極為敏感, 圍護(hù)結(jié)構(gòu)一旦漏水影響范圍很大, 因此地下水位的控制和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的止水性能是工程成敗的關(guān)鍵?；娱_挖影響范圍內(nèi)各土層的巖土物理力學(xué)指標(biāo)如表1 所示 : 基坑開挖范圍內(nèi),

5、砂質(zhì)粉土在開挖時(shí)極易產(chǎn)生側(cè)向變形, 導(dǎo)致開挖面隆起而引起邊坡失穩(wěn)及基坑涌水等不利現(xiàn)象。基坑底有淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土下臥層( 層面距離坑底約5), 該層物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)尚可, 滲透系數(shù)較小 , 對于坑底抗管涌比較有利。4 管涌原因分析4 4.1 第一次管涌從施工記錄看,273# 、274#樁成孔過程中因套管鉆頭變形造成樁垂直度偏差( 實(shí)測垂直度約為5) 。 從開挖后的實(shí)際看,8 以后兩樁之間出現(xiàn)開叉跡象, 開挖到坑底后開叉量達(dá)15左右。在基坑開挖到7時(shí) , 采取了在樁后施作3 根高壓旋噴樁作為止水補(bǔ)強(qiáng)措施, 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定旋噴深度為基底下 3。按照抗管涌穩(wěn)定性驗(yàn)算分析, 在此旋噴加固深度下實(shí)際水力梯度大

6、于臨界水力梯度, 隨著基坑開挖深度的增加隨時(shí)會(huì)出現(xiàn)管涌失穩(wěn)破壞。土體滲透計(jì)算 簡圖見圖 3?？构苡堪踩禂?shù)按下式驗(yàn)算: =c / 式中 坑底土體臨界水力梯度, =(-1) /(1+), 為土粒相對密度, 即 2.7, 為坑底土體天然空隙比 , 取 0.85; 坑底土體滲流水力梯度, = / , 為基坑內(nèi)外土體的滲流水頭( ), 取坑內(nèi)外水頭差=14.5,為最短滲徑流線總長度(), =14.5+2×3( 旋噴樁深入基底下 3計(jì) ); 5 抗管涌或抗?jié)B流穩(wěn)定性安全系數(shù), 取 1.5 2.0 。經(jīng)驗(yàn)算 , 當(dāng)旋噴樁深入基底下3時(shí) : = / =0.919/0.71=1.291.5。

7、驗(yàn)算結(jié)果表明, 咬合樁開叉處旋噴樁止水帷幕的深度不滿足抗管涌穩(wěn)定性要求( 經(jīng)驗(yàn)算止水帷幕深度應(yīng)伸入基坑底以下5) 。此次管涌的主要原因是咬合樁開叉和旋噴加固措施不到位。4.2 第二次管涌管涌發(fā)生后立即將漏水點(diǎn)處防水板揭開, 對滲流情況進(jìn)行觀察 , 用手觸摸發(fā)現(xiàn)漏水點(diǎn)位于接地網(wǎng)溝槽處, 直徑約 2030 , 水流方向自東向西( 即由第 9 段底板下流出 ) 。由于管涌前基坑內(nèi)降水工作曾因停電而停止降水約半小時(shí), 分析管涌可能是因降水停止使坑內(nèi)水位升高, 地下水沿接地網(wǎng)溝槽涌出并突破較薄弱的接地網(wǎng)溝槽墊層涌入基坑。管涌處理約2后 , 發(fā)現(xiàn)第 10段基坑南側(cè) (24 軸處 ) 地表有寬 25的裂縫出

8、現(xiàn) , 同時(shí)測得位于24 軸處的坑外水位監(jiān)測孔8 水位下降了 3多。 據(jù)此推斷 , 基坑 24 軸附近的咬合樁在底板以下6 開叉 , 基坑外潛水從基底以下咬合樁開叉處進(jìn)入基坑內(nèi)。此次管涌發(fā)生的主要原因: 一是由于坑底以下咬合樁開叉使坑內(nèi)外地下水連通, 當(dāng)保持坑內(nèi)降水不中斷時(shí), 坑內(nèi)降水使坑外水位下降, 使坑底土體滲流水力梯度減少, 在臨界水力梯度值不變的情況下, 抗管涌穩(wěn)定安全系數(shù)增大, 此時(shí)則不會(huì)發(fā)生管涌。停電造成坑內(nèi)降水中斷, 使坑外水位升高, 坑內(nèi)外水頭差增大 , 抗管涌穩(wěn)定安全系數(shù)降低, 而導(dǎo)致管涌發(fā)生; 二是坑內(nèi)降水中斷后, 也使坑內(nèi)水位上升, 并對底板產(chǎn)生壓力,結(jié)構(gòu)較松散的接地網(wǎng)溝

9、槽回填土受到破壞, 形成空洞 , 使底板下高壓水沿著接地網(wǎng)溝槽涌入第8段墊層下 , 從后澆筑的強(qiáng)度低、較薄弱的接地網(wǎng)溝槽墊層處涌出。如圖4 所示。 5 施工對策5.1 管涌搶險(xiǎn)補(bǔ)救措施為防止管涌對周圍環(huán)境造成大的影響 , 管涌發(fā)生后 ,施工單位會(huì)同有關(guān)專家積極商討對策, 暫?；娱_挖, 采取“支、堵、補(bǔ)、降”等如下有效措施, 迅速控制了險(xiǎn)情。 1) 對內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)( 鋼支撐、鋼圍檁等) 進(jìn)行排查補(bǔ)強(qiáng) , 確?；訃o(hù)結(jié)構(gòu)的整體安全; 7 2) 以滲漏點(diǎn)為中心, 在四周堆碼土袋墻進(jìn)行反壓封堵并澆筑混凝土 , 在繼續(xù)增加反壓重量的同時(shí)將土袋墻連為一個(gè)整體遏止涌水 ; 3) 基坑南側(cè)既有道路禁止所有施

10、工車輛通行; 4) 加強(qiáng)坑內(nèi)降水措施, 降低水頭差 ; 5) 及時(shí)采取高壓旋噴及注漿的方法 , 對圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏點(diǎn)外側(cè)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固; 6) 加強(qiáng)監(jiān)測 , 為進(jìn)一步采取措施提供依據(jù)。5.2 監(jiān)測與動(dòng)態(tài)管理在基坑開挖全過程實(shí)行信息化監(jiān)控對施工起到了積極的作用 , 通過對圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移、地表沉降、地下水位、鋼支撐軸力等的觀測及時(shí)獲取基坑施工安全信息, 從而為方案決策、險(xiǎn)情排查、設(shè)計(jì)驗(yàn)證提供了強(qiáng)有力的依據(jù)。以第一次管涌和分析監(jiān)測信息為例作如下說明。8 1) 基坑變形情況圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移管涌前10 累計(jì)最大位移29.02 , 管涌后最大位移為31.5 ( 位于基坑深12.5 處 , 此時(shí)測點(diǎn)處已開挖到第

11、五道支撐); 土體水平位移 6 的位移呈直線遞增, 由管涌前的32.12 增大為52.16 ; 第一道支撐軸力減少15 , 第二、 三道支撐軸力分別增加 90和 140 , 支撐總軸力仍在設(shè)計(jì)值以內(nèi)。說明此次管涌對基坑本身的安全影響不大。 2) 環(huán)境變化情況漏水點(diǎn)處地面最大沉降量達(dá)500, 距漏水點(diǎn) 20以外各測點(diǎn)最大沉降量在312之間。管涌對環(huán)境影響較大。 3) 水位變化情況坑內(nèi)水位無明顯變化。坑外漏水點(diǎn)附近的水位觀測井8 管涌后陡降5左右 , 此時(shí)坑內(nèi)外水位差由 15減少到 10左右 , 水位差對流沙的產(chǎn)生已失去作用。搶補(bǔ)措施完成約3后 , 水位又回升到原標(biāo)高。8 水位陡降證明圍護(hù)結(jié)構(gòu)止水帷幕在8 附近存在缺陷 , 坑內(nèi)外地下水已連通。6 結(jié)論與體會(huì) 1) 粉土、粉砂地層中基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的止水性能對基坑安9 全和環(huán)境保護(hù)至關(guān)重要, 圍護(hù)體一旦出現(xiàn)涌水、涌砂波及范圍在 24 倍的基坑開挖深度, 對環(huán)境危害極大。 因此 , 圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的控制及基坑施工過程中對圍護(hù)結(jié)構(gòu)的排查與補(bǔ)強(qiáng)工作 , 必須認(rèn)真細(xì)致。 2) 對圍護(hù)體滲漏點(diǎn)的補(bǔ)強(qiáng)加固深度以及加固技術(shù)措施,一方面必須進(jìn)行抗管涌穩(wěn)定性驗(yàn)算, 不能僅憑經(jīng)驗(yàn)行事, 另一方面要嚴(yán)格控制施工質(zhì)量, 確保萬無一失。 3) 降水