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1、地铁车站基坑施工安全技术分析与对策摘要:以地铁车站基坑施工中发生的安全事故为例,从工程地质特性、发生事故的原因及处理措施等方面进行分析,提出了相应的技术对策和基坑围护结构渗漏检验方法及安全性验算方法。关键词:基坑施工 管涌 分析 施工对策1工程概述明挖地铁车站的基坑工程主要由基坑围护结构、基坑内支撑系统、基坑降水等组成。围护结构和内支撑施工控制的好坏直接影响基坑的安全稳定,常见的基坑失稳、管涌等安全事故的发生多数都与围护结构和内支撑有关。某地铁车站设计采用明挖顺作法施工,全长259.6ｍ,宽18.9ｍ,顶板覆土埋深约5.
2、0ｍ,明挖基坑开挖深度达18ｍ,围护结构采用φ1000@750钻孔咬合灌注桩,插入比约为1∶0.8。该车站由于受房屋拆迁和交通疏解的影响不能全面开工,为确保工期不受影响,设临时封堵墙(咬合桩墙)将车站分为东、西两区,先进行东区基坑开挖和主体结构施工。在东区基坑开挖过程中先后两次发生基坑内涌水涌砂现象,不同程度地对周边环境和车站基坑安全造成了一定的影响,经过及时采取措施没有造成较大损失和影响,通过对这个实例的分析总结,提出一些预防措施和技术对策。2施工中出现的问题2.1发生管涌的情况描述东区基坑开挖期间共出现2次管涌,第一
3、次管涌点位于第11段基坑南侧,273#～274#桩间坑底,共涌出泥砂约240ｍ3。涌水前第11段基坑已基本开挖到设计标高,开始进行清底,273#～274#桩间渗漏处理也已接近基底。第二次管涌点位于第8段基坑内,距第9段底板(已浇筑完成)端头约5ｍ处,管涌前第8段基坑垫层、防水板及细石混凝土保护层已施工完,共涌出泥砂约40ｍ3。两次管涌点平面立面位置示意图见图1、图2。2.2管涌的后果和影响第一次管涌造成基坑南侧(距基坑边约20ｍ)一栋三层居民楼向北侧倾斜,围墙出现裂缝;南侧原有道路路面下沉,路面下的自来水管开裂,造成自来
4、水供应中断。管涌波及范围:273#～274#桩向南最远达44.5ｍ,向东约39.7ｍ,向西约12ｍ。第二次管涌造成基坑南侧距第一次管涌点以西约10ｍ处地面出现轻微裂缝,最大裂缝宽约5ｍｍ,长约10ｍ,沿基坑纵向分布,影响范围向南最远达20ｍ左右。地面最大沉降3ｃｍ,未造成其它财产损坏。3地质特性分析该场区地下水位高(勘探期间测得地下水位埋深0.85～3.45ｍ)、土层渗透系数大。地下水分布为两个主要含水层,即浅层潜水和深层承压水(承压水头埋深约在地表下5ｍ)。基坑开挖范围内的粉土粉砂地层对基坑涌水极为敏感,围护结构一旦漏
5、水影响范围很大,因此地下水位的控制和围护结构的止水性能是工程成败的关键。基坑开挖影响范围内各土层的岩土物理力学指标如表1所示:4基坑开挖范围内,砂质粉土在开挖时极易产生侧向变形,导致开挖面隆起而引起边坡失稳及基坑涌水等不利现象。基坑底有淤泥质粉质粘土下卧层(层面距离坑底约5ｍ),该层物理力学性质指标尚可,渗透系数较小,对于坑底抗管涌比较有利。4管涌原因分析4.1第一次管涌从施工记录看,273#、274#桩成孔过程中因套管钻头变形造成桩垂直度偏差(实测垂直度约为5‰)。从开挖后的实际看,8ｍ以后两桩之间出现开叉迹象,开挖到
6、坑底后开叉量达15ｃｍ左右。在基坑开挖到7ｍ时,采取了在桩后施作3根高压旋喷桩作为止水补强措施,根据经验确定旋喷深度为基底下3ｍ。按照抗管涌稳定性验算分析,在此旋喷加固深度下实际水力梯度大于临界水力梯度,随着基坑开挖深度的增加随时会出现管涌失稳破坏。土体渗透计算简图见图3。抗管涌安全系数Ｋｓ按下式验算:Ｋｓ=ｉc/ｉ式中 ｉｃ———坑底土体临界水力梯度,ｉｃ=(Ｇｓ-1)/(1+ｅ),Ｇｓ为土粒相对密度,即2.7,ｅ为坑底土体天然空隙比,取0.85;ｉ———坑底土体渗流水力梯度,ｉ=ｈｗ/Ｌ,ｈｗ为基坑内外土体的渗流水头
7、(ｍ),取坑内外水头差ｈｗ=14.5,Ｌ为最短渗径流线总长度(ｍ),Ｌ=14.5+2×3(旋喷桩深入基底下3ｍ计);Ｋｓ———抗管涌或抗渗流稳定性安全系数,取1.5～2.0。经验算,当旋喷桩深入基底下3ｍ时:Ｋｓ=ｉｃ/ｉ=0.919/0.71=1.29<1.5。验算结果表明,咬合桩开叉处旋喷桩止水帷幕的深度不满足抗管涌稳定性要求(经验算止水帷幕深度应伸入基坑底以下≮5ｍ)。此次管涌的主要原因是咬合桩开叉和旋喷加固措施不到位。4.2第二次管涌管涌发生后立即将漏水点处防水板揭开,对渗流情况进行观察,用手触摸发现漏水点
8、位于接地网沟槽处,直径约20～30ｃｍ,水流方向自东向西(即由第9段底板下流出)。由于管涌前基坑内降水工作曾因停电而停止降水约半小时,分析管涌可能是因降水停止使坑内水位升高,地下水沿接地网沟槽涌出并突破较薄弱的接地网沟槽垫层涌入基坑。管涌处理约2ｈ后,发现第10段基坑南侧(24轴处)地表有宽2～5ｍｍ的裂缝出现,同时
