某地铁车站基坑险情处理报告

赵丹一、工程概况二、场区地质及水文条件三、险情发生时的施工状况四、险情的发生、发展和抢险措施五、原因分析、处理方案讨论及结论六、设计变更方案七、对工程各方工作的检讨八、结论及建议内容REPORTCONTENTS一、工程概况1、车站功能：车站为1、2号线换乘站，其中2号线为东西走向，位于地下三层；1号线为南北走向，位于地下二层。2、车站周边条件：车站位于该省会城市中心，西北、西南、东南角为高层建筑，东北角为市政广场，路口人流、车流密集。3、接点段基坑处理：先施工2号线基坑及结构，后施工相邻1号线基坑及结构。一、工程概况5、2号线部分车站基坑围护设计2号线部分主体基坑深约24.5~29m，宽约24.1～27.8m，长约182.8m。2号线车站主体结构基坑采用1000厚地下连续墙加4道内支撑系统进行支护，除第一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，车站标准段支撑设置临时钢立柱及连梁。一、工程概况二、场区地质及水文条件三、险情发生时的施工状况四、险情的发生、发展和抢险措施五、原因分析、处理方案讨论及结论六、设计变更方案七、对工程各方工作的检讨八、结论及建议报告内容REPORTCONTENTS二、场区地质及水文条件

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，具有二元结构，上部主要为粉质粘土层，下部为砂、卵（砾）石层；基岩岩性复杂，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。根据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两类，一是灰岩区的溶沟、溶洞，二是泥灰岩区的溶洞。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。一、工程概况二、场区地质及水文条件三、险情发生时的施工状况四、险情的发生、发展和抢险措施五、原因分析、处理方案讨论及结论六、设计变更方案七、对工程各方工作的检讨八、结论及建议报告内容REPORTCONTENTS三、险情发生时的施工状况2011年5月28日，车站主体基坑地下连续墙围护结构已全部完成，1号线车站北段施工部分第一道支撑并有少量开挖，2号线车站为满足市政府10月1日“还路于民”的要求加紧施工，原拟从中间接点段向两端的施工顺序，接点段约20m长的范围已开挖至地面以下约20米、第四道支撑位置，正准备架设第四道钢管支撑，两侧纵向放坡的部分根据开挖深度已分别架设第二、三道钢管支撑，2号线车站第一道混凝土支撑除端头井局部位置外已全部施工完成。险情发生前和险情处理时间内，正值当地处于干旱时间，久未下雨且邻近江水处于较低的水位。一、工程概况二、场区地质及水文条件三、险情发生时的施工状况四、险情的发生、发展和抢险措施五、原因分析、处理方案讨论及结论六、设计变更方案七、对工程各方工作的检讨八、结论及建议内容REPORTCONTENTS四、险情的发生、发展和抢险措施1、支撑中支点抱箍变形破坏5月27日，承包商和监理发现支撑中支点抱箍向水平向和向上变形，有一根第三道支撑的抱箍向东水平变形以致脱落，承包商在抱箍脱落的支撑上方加设了一根支撑。四、险情的发生、发展和抢险措施2、支撑断裂5月28日下午3时，前一天抱箍脱落处的支撑断裂。断裂的支撑前一天增设的支撑四、险情的发生、发展和抢险措施3、地表开裂

支撑断裂后，基坑南侧地表发现长数十米，宽约1cm的裂缝。四、险情的发生、发展和抢险措施4、增设支撑抢险

根据5月28日晚工地会议要求，承包商对支撑进行加密，将原单根支撑加密为双拼支撑，但由于支撑中支点纵向连梁的影响，支撑架设进度缓慢，至5月29日上午，只增设了两根支撑，远远达不到及时加强基坑和抢险的要求。四、险情的发生、发展和抢险措施5、支撑抱箍崩脱和端部钢楔挤压破坏5月29日上午约11点半，基坑内又有两根第三道支撑中支点处抱箍崩脱，另一处钢支撑端部钢楔被挤压破坏。四、险情的发生、发展和抢险措施6、地下连续墙开裂

支撑抱箍崩脱后地下连续墙出现横向裂缝，裂缝宽度约1mm。四、险情的发生、发展和抢险措施7、混凝土回填基坑

根据现场情况的紧急程度，承包商决定采用基坑面回填约2m厚早强混凝土，以稳定基坑变形。回填于下午5月29日下午4点左右开始，两台混凝土泵车一直持续浇注至5月30日凌晨1点左右，共浇注混凝土约800m3

。

5月30日，回填混凝土达到初凝，基坑变形趋于稳定。一、工程概况二、场区地质及水文条件三、险情发生时的施工状况四、险情的发生、发展和抢险措施五、原因分析、处理方案讨论及结论六、处理方案七、对工程各方工作的检讨八、结论及建议内容REPORTCONTENTS五、原因分析、处理方案讨论及结论1、补勘地质发生较大变化

通过查阅2010年11月完成的地质补勘报告，发现发生支撑断裂、失稳的接点段部位南侧地下连续墙的位置为一宽约50m、深约52.6m的溶沟，溶沟范围内除地表约8~10m厚为粉质粘土层外，其下主要为中/粗砂、圆砾、卵石及粉质粘土的互层，地层变化剧烈，部分钻孔显示从地表下8.5m至36.5m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。查阅2010年4月和9月完成的两版围护结构施工图和其依据的2009年8月的详勘报告，均未发现该溶沟的图样和描述。

五、原因分析、处理方案讨论及结论2、设计未考虑补勘地质条件恶化因素

由于施工图设计所依据的详勘报告并未揭示溶沟，设计人员设计时尚未进行地质补勘，故施工图设计时采用的地勘资料偏于危险。在地质补勘工作完成后，设计人员由于过于专注于对溶洞的处理，对溶沟可能造成的基坑危险未予注意。通过验算，如采用补勘资料，在原设计工况下第三道支撑计算轴力超过其容许承载力，将发生破坏。一、工程概况二、场区地质及水文条件三、险情发生时的施工状况四、险情的发生、发展和抢险措施五、原因分析、处理方案讨论及结论六、处理方案七、对工程各方工作的检讨八、结论及建议内容REPORTCONTENTS六、处理方案1、接点段及接点以西标准段支撑由原设计一道钢筋混凝土撑和三道钢管撑（单撑）变更为一道钢筋混凝土撑和四道钢管撑（其中第二、三、四道支撑为双拼支撑）加一道倒换支撑。倒换支撑可有条件取消，如施工底板期间，第4道和第5道支撑的实测轴力和分别小于3200kN和1800kN，可取消倒撑；对已经出现裂缝的三幅地下连续墙暂按需设置倒撑考虑，根据后续对该三幅地下连续墙损伤程度鉴定结果，如该三幅地下连续墙受弯承载力无明显降低，可同其余部分取消倒撑的条件实施。

2、所有钢管支撑端头均加设钢围檩。

3、钢支撑预加轴力由原最大1500kN改为最大1000kN。

4、溶沟范围内南北侧地下连续墙内侧3m宽基坑面以下地层注浆加固，加固至相对不透水层。一、工程概况二、场区地质及水文条件三、险情发生时的施工状况四、险情的发生、发展和抢险措施五、原因分析、处理方案讨论及结论六、处理方案七、对工程各方工作的检讨八、结论及建议内容REPORTCONTENTS七、对工程各方工作的检讨

1、设计输入资料的审核不够施工图设计依据的是2009年8月版地质详勘资料，因场地原因，该次详勘很大部分设计要求的钻孔均未进行施钻，已施钻的南侧钻孔EJZ2-Ⅲ09-WY4、JZ2-Ⅱ09-W43、JZ2-Ⅱ09-45钻孔间距分别为62.62m、79.24m，北侧钻孔EJZ2-Ⅲ09-WY3、JZ2-Ⅱ09-42钻孔间距66.45m，均远远大于《城市轨道交通岩土工程勘察规范GB50307-2012》规定的“复杂场地详勘钻孔间距应小于25m”；且已施钻的钻孔均未在连续墙位置附近施钻，部分钻孔距离围护结构距离超过10米；JZ2-Ⅱ09-W43号钻孔自地表以下10.6m~29.9m间为圆砾层和粉质粘土层的互层，地质条件复杂。

（一）设计方面

七、对工程各方工作的检讨

2、计算选取的钻孔并非最不利钻孔

2号线车站围护结构施工图设计标准段计算选用钻孔为EJZ2-Ⅲ09-WY4，该孔地表下7.6~15.4m为卵石层、16m以下为岩层，通过查阅2009年8月版地质详勘资料，EJZ2-Ⅲ09-WY3号钻孔地表下6.5~20.2m均为砂层、JZ2-Ⅱ09-W43号钻孔自地表以下10.6m~29.9m间为圆砾层和粉质粘土层的互层（10.6~12.6：细砂；12.6~15.2：圆砾；15.2~21.3：粉质粘土；21.3~24：圆砾；24~27.4：粉质粘土；27.4~29.9：圆砾），均较EJZ2-Ⅲ09-WY4钻孔更为不利。

（一）设计方面

七、对工程各方工作的检讨

选用EJZ2-Ⅲ09-WY4号钻孔和选用EJZ2-Ⅲ09-WY3号钻孔的计算结果比较

（一）设计方面

从以上的计算结果比较可以知道，采用EJZ2-Ⅲ09-WY3号钻孔较采用EJZ2-Ⅲ09-WY4号钻孔进行计算的支撑轴力、地下连续墙弯矩、剪力、位移等均大幅度增加，部分比较项目增加幅度超过一倍。根据EJZ2-Ⅲ09-WY3号钻孔进行的计算表明，原设计所采用的支撑方案不能满足围护结构体系的受力需要，在基坑开挖至第四道支撑位置前，第三道支撑轴力已超过其极限承载能力3270kN（支撑轴力验算在后面叙述），也超过了施工图提供的设计轴力3671kN，现场支撑的破坏与该计算结果相符。

七、对工程各方工作的检讨

3、支撑与临时型钢梁连接节点施工难度过大

车站支撑与中支点临时型钢梁的连接抱箍在施工图送审阶段采用五块钢板焊成门形（左图），将钢管支撑抱住，其可实施性较好，刚度也较大；在施工图进行基坑审查阶段（本项目基坑审查为将图纸直接送专家审查，不开审查会），基坑审查专家提出该种方式不能将钢管撑抱牢，和设计人员一起商量改为采用由五块钢板焊成接近圆形（右图），将钢管支撑抱住的形式，其刚度较原设计大，但可实施性较差。右图所示的连接形式只可能将钢板4的上半部分与钢板3预先焊接成整体，而下半部分则只能现场与上半部分和临时型钢梁焊接在一起，其现场焊接工作量较大、钢板加工精度要求高、施工难度较大，施工周期也较长。可能是由于施工图所采用的抱箍连接形式可实施性实在太差，承包商并未按设计图进行抱箍的设置，而是自行采用了接近左图的形式，但将竖向和水平向的钢板都改成了L80X80X6的角钢。（一）设计方面

施工图中抱箍设计大样

施工图送审稿中抱箍设计大样七、对工程各方工作的检讨

按支撑设计轴力的0.1倍作为支撑中支点抱箍的水平推力，将该水平推力作用于施工时实际采用的L80X80X6角钢箍0.3m高的位置，角钢的最大计算应力约1692MPa，已远远超过钢材的容许应力235MPa。由于设计所采用的抱箍连接形式施工难度过大，间接导致了施工单位自行将抱箍改为了较弱的角钢形式，而角钢因刚度和承载力较小，在钢管支撑受到超过设计预期的轴力对其产生的水平推力时，成为最先破坏的部位，随着抱箍的破坏和失效，钢管支撑中部水平向变形加大，而随着支撑水平变形的加大，钢管撑中部所受的偏心弯矩随之加大，弯矩的加大又导致变形和水平推力的进一步加大，这样的恶性循环最终导致钢管与法兰盘连接处的薄弱位置发生断裂而破坏。

（一）设计方面

七、对工程各方工作的检讨

4、支撑计算及设计（1）支撑轴力的验算

2号线车站标准段基坑支撑原设计采用第一道钢筋混凝土支撑加三道钢管支撑，设计文件选用的支撑为Φ600、t=14焊接钢管，支撑长度为24.1m，支撑中点处设置临时立柱和临时型钢梁为钢管支撑中间支点，根据JGJ120-99第4.5.2条第1款的要求，此钢管在竖向平面内的稳定验算受压计算长度取24.1/2=12.05m，极限承载力为3750kN，水平向平面内的稳定验算受压计算长度取24.1/2X1.5=18.075m，极限承载力为3270kN。由于支撑水平向平面内的稳定验算极限承载力小于设计提出的钢管支撑设计轴力3671kN，故钢管支撑在水平面内的稳定不满足设计要求。由于设计时并未验算钢管支撑水平面内的稳定，故设计文件提供的设计轴力3671kN已经大于钢管支撑的容许承载力3270kN。（一）设计方面

七、对工程各方工作的检讨

4、支撑计算及设计（2）支撑预加力设计（一）设计方面

设计文件给出的钢管支撑预加力分别为：1500kN（第二道，设计轴力3671kN）、1400kN（第三道，设计轴力3348kN）、500kN（第四道，设计轴力1148kN），约为设计轴力的0.4倍。根据JGJ120-99第4.5.4条要求的0.4~0.6倍设计轴力作为预加力代入计算，计算出来的支撑轴力还将大幅增加，并导致预加力又不到设计值的0.4倍的情况。如EJZ2-Ⅲ09-WY3号钻孔计算显示，第二/三道支撑的轴力按1500/1400kN施加预加力计算，在开挖至基坑底时的轴力为3511/4970kN、最大轴力为4441/6097kN，较按不施加预加力计算，在开挖至基坑底时的轴力为2437/4021kN、最大轴力为3192/5040kN，支撑计算轴力分别增加了1074/1249kN（第二道）和949/1057kN（第三道），也即施加的预加力有约70~80%左右直接增加到了支撑的最终计算轴力上，而对基坑变形计算的影响却影响甚小（无预加力时变形增加约3mm）。由于支撑预加轴力过大将导致支撑实际轴力增加，对工程安全不利，故一般建议支撑预加力不宜超过1000kN，以300~800kN为宜。设计文件给出的钢管支撑预加力1500/1400/500kN虽是按规程进行设计，但该设计预加力偏大，对支撑最后的失稳破坏无疑是一个不利因素。七、对工程各方工作的检讨

5、补勘资料揭示的地质变化未引起充分重视

2009年8月的地质勘察由于受地面繁忙交通的影响，地勘报告提出“未按建筑轴线进行布孔，且该场中未进行布孔，建议在施工勘察中进行适当的补充勘察”；对发现的灰岩及溶洞区，地勘报告提出“由于场区内的主要地层灰岩层（9）中岩溶发育，基坑开挖完成后，建议对基坑底灰岩区进行工程物探并辅以一定的钻孔，以探明基底持力层范围内的岩溶发育情况，并进一步探明岩溶的大小、分布、填充物等情况”。

设计根据2009年8月的详勘资料于2010年4月完成第一版施工图，为地铁1、2号线车站同步施工的方案，后应业主和承包商要求2号线基坑先期施工，将1、2号线车站接点段南北侧地下连续墙由原半截墙改为墙顶升至地面，并于2010年9月完成第二版施工图。承包商在第一版施工图出图后即开始进行接点段以外的地下连续墙施工。地勘单位结合现场的拆除进度进行了系统的补勘，补勘的重点定位为查明溶洞分布情况，最终于2010年11月提交了补勘报告。根据补勘报告，设计人员将车站受溶洞影响所需采取的工程措施进行了补充设计，但未对补勘揭示的溶沟可能导致基坑围护结构受力变化和可能导致的管涌等引起足够重视。（一）设计方面

七、对工程各方工作的检讨

6、设计复核、审核及审查把关不严

施工图设计文件的出炉，在内部需要通过设计、复核（与设计同等责任）、专业设计负责人审核、（土建）处审、（地铁）院审五道关卡，在外部还需要通过总体院审查、设计咨询审查（代施工图审查）、基坑（专家）审查三道关卡，这其中除专业负责人即设计人外，其余复核、处审、院审及外审等均为他人，虽然各级复核、审核也都提出了不少的意见，但均未发现设计所采用的钻孔并非最不利钻孔的情况，也没有对地勘资料深度的不足提出疑问，失去了在设计阶段避免险情发生的机会。

更值得一提的是，基坑审查的专家提出的支撑连接抱箍方式（设计人员碰到这种情况应据理力争，坚持合理可操作的设计方案），非但没有使基坑变得更安全，反因其实施过于困难被承包商弃用，而承包商擅自采用的角钢箍方案则直接导致了基坑险情的发生。（一）设计方面

七、对工程各方工作的检讨

7、第一道钢筋混凝土支撑起了较好的作用

五一广场站第一道支撑全部采用钢筋混凝土支撑，混凝土支撑与临时型钢立柱进行连接，在本次基坑险情中发挥了非常重要的作用。

一方面，对于第一道混凝土撑而言，由于其刚度较大，可以有效承担转移的荷载；同时，在第三道支撑断裂和卸载的同时，对于两端与地下连续墙固结的混凝土支撑而言，其两端的有效连接对整个基坑不致因局部支撑破坏而产生连锁反应。

另一方面，当角钢箍在发生水平变形时，钢管支撑失稳产生纵向水平推力作用于临时型钢梁/柱，此时混凝土撑对立柱起到一个顶端支点的作用，有效抑制了立柱纵向弯曲导致支撑失稳加剧的情况发生；当角钢箍发生向上变形（未崩脱前）时，钢管支撑失稳产生的向上推力通过临时型钢梁/柱作用到临时立柱下面的桩基和上面的钢筋混凝土支撑，此时混凝土支撑对立柱发挥了较好的压顶作用。从混凝土支撑挠度实际监测的结果（上拱约3cm）反算可以知道，第一道钢筋混凝土支撑对临时钢立柱向下的反力约束达到约500kN左右，加上混凝土撑本身的自重，混凝土撑抵抗临时立柱上拔的压顶力接近700kN，对预防临时立柱的拔起破坏可谓功不可没。（一）设计方面

七、对工程各方工作的检讨

1、未严格按照设计图进行施工

承包商对于钢管支撑与临时型钢梁的抱箍连接形式未按设计图的要求进行实施，也未提交设计、监理、业主等任何一方进行审批就擅自改为了刚度和承载力远低于原设计的角钢箍，并最终由于角钢箍的破坏失效导致了钢管支撑的断裂破坏。

（二）施工及施工监理方面七、对工程各方工作的检讨

2、材料的制作和检验程序不完善（1）钢管支撑的壁厚不明

在支撑破坏前后的讨论中，承包商一直声称其采用的是壁厚为16mm的钢管，然而实际支撑断裂处的断口实测的钢管壁厚仅为14mm，与承包商的声明不符。由于进场的钢管两端均焊有连接法兰盘，无法直接测得钢管壁厚，承包商、监理对进场的支撑的实际壁厚并无有效的检测手段和控制，也未对钢管壁厚进行任何标识。（二）施工及施工监理方面七、对工程各方工作的检讨

2、材料的制作和检验程序不完善（2）钢管支撑端部法兰盘与钢管连接达不到要求

根据施工方便需要，进场的钢管一般是分成6m左右一段，在场内进行拼接，每段钢管两端焊有连接法兰盘。按理，连接法兰盘与钢管之间应采用坡口焊等措施方可达致连接部位强度高于母材的要求，但从支撑断口处的情况来看，钢管与法兰盘间仅采用一般的贴角焊，其焊缝高度远小于钢管壁厚，焊接处不能达到钢管母材强度，承包商和监理对此亦未采取任何措施进行检查。（3）钢管支撑活动端钢楔子制作粗糙从现场发现的被挤压破坏的钢楔子看出，钢楔子的表面极不平整，制作粗糙，因此其受压时可能因局部受力过大而破坏，从而影响基坑安全。（二）施工及施工监理方面七、对工程各方工作的检讨

3、对支撑监测轴力超过设计控制值未予重视

设计文件要求的支撑轴力监测控制值为设计值的80%（设计文件个别地方写的70%，这里按80%考虑），按设计文件提供的设计轴力计算，第二、三道支撑监测控制值应为2937kN、2678kN，但承包商在其监测表中竟然将设计值标为警戒值，在支撑轴力达到3033.5kN时仍未报警及采取措施。

4、地下连续墙成槽记录造假

根据建设管理程序，地下连续墙的成槽记录需要设计、地勘部门的确认。承包商提供的成槽记录显示的地下连续墙底全部为已入岩，而根据补勘报告和承包商自己做的探孔，按成槽记录上记载的插入深度距入岩甚远，部分墙底尚在砂/卵石层中，不能达到设计要求的“连续墙墙底应穿越砂卵石层和溶洞至少0.5m”，承包商为了赶进度，对成槽记录进行了造假。（二）施工及施工监理方面七、对工程各方工作的检讨

根据《建筑基坑工程监测技术规范GB50497-2009》的要求，基坑工程应由第三方进行现场监测，“监测单位应及时处理、分析监测数据，并将监测结果和评价及时向建设方及相关单位做信息反馈。当监测数据达到监测报警值时必须立即通报委托方及相关单位”。但在整个工程抢险过程中，第三方监测始终未能提供较为可信、齐全、及时的监测信息，也未提前进行报警，致使抢险过程中的技术讨论、分析缺乏相关监测数据支撑，影响了决策的质量和速度。（三）第三方监测七、对工程各方工作的检讨

钻孔距离过大，远远大于《城市轨道交通岩土工程勘察规范GB50307-2012》规定的“复杂场地详勘钻孔间距应小于25m”；且已施钻的钻孔均未在连续墙位置附近施钻，部分钻孔距离围护结构距离超过10米。后期补勘阶段，钻探进度不理想，边勘察，边设计，边施工。资料不完整，2010年11月提交正式补勘报告之前，都只是提交设计人员一些钻孔柱状图，使设计人员对于场地地质情况的掌握不全面，也客观上导致了设计人员对地质条件变化的重视不足。（四）地质勘察一、工程概况二、场区地质及水文条件三、险情发生时的施工状况四、险情的发生、发展和抢险措施五、原因分析、处理方案讨论及结论六、处理方案七、对工程各方工作的检讨八、结论及建议内容REPORTCONTENTS八、结论及建议1、车站基坑险情以生动的工程实例给工程参