地鐵車站基坑施工安全技術(shù)分析與對策_(dá)工程管理

1、地鐵車站基坑施工安全技術(shù)分析與對策以地鐵車站基坑施工中發(fā)生的平安事故為例,從工程地質(zhì)特性、發(fā)生事故的緣由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)方法及平安性驗(yàn)算方法。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)支撐施工掌握的好壞直接影響基坑的平安穩(wěn)定,常見的基坑失穩(wěn)、管涌等平安事故的發(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)采納明挖順作法施工,全長259.6m,寬18.9m,頂板覆土埋深約5.0m,明挖基坑開挖深度達(dá)18m,圍護(hù)結(jié)構(gòu)采納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

2、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),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)境和車站基坑平安造成了肯定的影響,經(jīng)過準(zhǔn)時(shí)實(shí)行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 施工中消失的問題2.1 發(fā)生管涌的狀況描述東區(qū)基坑開挖期間共消失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,共涌出泥砂約240m3。涌水前第11段基坑已基本開挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高,開頭進(jìn)行清底,273#274#樁間滲漏處理也已接近基底。其次次管涌點(diǎn)位于

3、第8段基坑內(nèi),距第9段底板(已澆筑完成)端頭約5m處,管涌前第8段基坑墊層、防水板及細(xì)石混凝土愛護(hù)層已施工完,共涌出泥砂約40m3。兩次管涌點(diǎn)平面立面位置示意圖見圖1、圖2。 CENTER/CENTER2.2 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20m)一棟三層居民樓向北側(cè)傾斜,圍墻消失裂縫;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。管涌波及范圍:273#274#樁向南最遠(yuǎn)達(dá)44.5m,向東約39.7m,向西約12m。其次次管涌造成基坑南側(cè)距第一次管涌點(diǎn)以西約10m處地面消失稍微裂縫,最大裂縫寬約5mm,長約10m,沿基坑縱向分布,影響范圍向南最遠(yuǎn)達(dá)20m左

4、右。地面最大沉降3cm,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0.853.45m)、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5m)。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,因此地下水位的掌握和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的止水性能是工程成敗的關(guān)鍵。基坑開挖影響范圍內(nèi)各土層的巖土物理力學(xué)指標(biāo)如表1所示: CENTER/CENTER基坑開挖范圍內(nèi),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?；拥子杏倌噘|(zhì)粉質(zhì)粘土下臥層(層面距離坑底約5m),該層物理力

5、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 管涌緣由分析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,8m以后兩樁之間消失開叉跡象,開挖到坑底后開叉量達(dá)15cm左右。在基坑開挖到7m時(shí),實(shí)行了在樁后施作3根高壓旋噴樁作為止水補(bǔ)強(qiáng)措施,依據(jù)閱歷確定旋噴深度為基底下3m。根據(jù)抗管涌穩(wěn)定性驗(yàn)算分析,在此旋噴加固深度下實(shí)際水力梯度大于臨界水力梯度,隨著基坑開挖深度的增加隨時(shí)會消失管涌失穩(wěn)破壞。土體滲透計(jì)算簡圖見圖3?？构苡科桨蚕禂?shù)Ks按下式驗(yàn)算:Ks=ic /i式中ic坑底土體臨界水力梯度,ic=(Gs

6、-1) /(1+e),Gs為土粒相對密度 ,即2.7,e為坑底土 體自然空隙比,取0.85;i坑底土體滲流水力梯度,i=hw/L,hw為基坑內(nèi)外土體的滲流水頭(m),取坑內(nèi)外水頭差hw=14.5,L為最短滲徑流線總長度(m),L=14.5+23(旋噴樁深化基底下3m計(jì));Ks抗管涌或抗?jié)B流穩(wěn)定性平安系數(shù),取1.52.0。閱歷算,當(dāng)旋噴樁深化基底下3m時(shí):Ks=ic/i=0.919/0.71=1.291.5。 CENTER/CENTER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意抗管涌穩(wěn)定性要求(閱歷算止水帷幕深度應(yīng)伸入基坑底以下5m)。此次管涌的主要緣由是咬合樁開叉和旋噴加固措施不到位

7、。4.2 其次次管涌管涌發(fā)生后馬上將漏水點(diǎn)處防水板揭開,對滲流狀況進(jìn)行觀看,用手觸摸發(fā)覺漏水點(diǎn)位于接地網(wǎng)溝槽處,直徑約2030cm,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)水位上升,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2h后,發(fā)覺第10段基坑南側(cè)(24軸處)地表有寬25mm的裂縫消失,同時(shí)測得位于24軸處的坑外水位監(jiān)測孔SW8水位下降了3m多。據(jù)此推斷,基坑24軸四周的咬合樁在底板以下開叉,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)生的主要緣由:一是由于坑底以下咬合

8、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削減,在臨界水力梯度值不變的狀況下,抗管涌穩(wěn)定平安系數(shù)增大,此時(shí)則不會發(fā)生管涌。停電造成坑內(nèi)降水中斷,使坑外水位上升,坑內(nèi)外水頭差增大,抗管涌穩(wěn)定平安系數(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。 CENTER/CENTER5 施工對策5.1 管涌搶險(xiǎn)補(bǔ)救措施為防止管涌對四周環(huán)境造成大的影響,管涌發(fā)生后,施工單位

9、會同有關(guān)專家樂觀商討對策,暫?；娱_挖,實(shí)行“支、堵、補(bǔ)、降”等如下有效措施,快速掌握了險(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)的整體平安;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,在連續(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)既有道路禁止全部施工車輛通行;4)加強(qiáng)坑內(nèi)降水措施,降低水頭差;5)準(zhǔn)時(shí)實(shí)行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)一步實(shí)行措施供應(yīng)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)控對施工起到了樂觀的作用,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

10、力等的觀測準(zhǔn)時(shí)獵取基坑施工平安信息,從而為方案決策、險(xiǎn)情排查、設(shè)計(jì)驗(yàn)證供應(yīng)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。1) 基坑變形狀況圍護(hù)結(jié)構(gòu)水平位移管涌前CX10累計(jì)最大位移29.02mm,管涌后最大位移為31.5mm(位于基坑深12.5m處,此時(shí)測點(diǎn)處已開挖到第五道支撐);土體水平位移CX6的位移呈直線遞增,由管涌前的32.12mm增大為52.16mm;第一道支撐軸力削減15kN,其次、三道支撐軸力分別增加90kN和140kN,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平安影響不大。2) 環(huán)境變化狀況漏水點(diǎn)處地面最大沉降量達(dá)500mm,距漏水點(diǎn)20m以外各測點(diǎn)最大沉

11、降量在312mm之間。管涌對環(huán)境影響較大。P 3)水位變化狀況坑內(nèi)水位無明顯變化?？油饴┧c(diǎn)四周的水位觀測井SW8管涌后陡降5m左右,此時(shí)坑內(nèi)外水位差由15m削減到10m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3h后,水位又回升到原標(biāo)高。SW8水位陡降證明圍護(hù)結(jié)構(gòu)止水帷幕在SW8四周存在缺陷,坑內(nèi)外地下水已連通。6 結(jié)論與體會1)粉土、粉砂地層中基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的止水性能對基坑平安和環(huán)境愛護(hù)至關(guān)重要,圍護(hù)體一旦消失涌水、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)量的掌握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,必需仔細(xì)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,一方面必需進(jìn)行抗管涌穩(wěn)定性驗(yàn)算,不能僅憑閱歷行事,另一方面要嚴(yán)格掌握施工質(zhì)量,確保萬無一失。3)降水是基坑工程施工的重要環(huán)節(jié),坑