李广信-基坑与地下工程事故分析

地点：Nicoll 大道。日期：2004年4月20日
二.工程简介
属于新加坡地铁循环线，合同824。 此段地铁线路采用明挖，用地下连续墙和内
支撑支护。一端的圆形混凝土井是东段土压 平衡式盾构暗挖施工的出发点。 该场地的地基土为新加坡海洋粘土，属于软 粘土。其分布是西北较浅而东南深， 基坑开挖深度30-40m之间，对部分软土进行 了分层水泥喷浆加固。

情况简介
生化池深度为6m，局部为7.2m，设计上覆土1.3m。 总面积约600m2。 基坑开挖深度约7m，局部超过8m。基坑采用排桩支 护，桩间土用喷射混凝土保护，在支护与池的外壁 之间留有80cm宽的肥槽。 由于奥运会要求6月份以后不准动土，所以在水池外 壁浇注完以后就匆匆用弃土回填肥槽，没有夯压， 并且西部回填距地面1m左右，东部回填很少。
土钉墙事故与土中水
广州京光广场失稳
上海轨道交通4号线越江隧道的事故
2003年7月1日
1. 事故回放
(一)险情情况
凌晨，联络通道发生流沙涌水，导致 隧道上下行线严重积水，进泥沙。同时以 风井为中心的地面开始出现裂缝、沉降。 6：00，音像楼发生明显变形，墙面开 裂，房屋开始倾斜。 7：30，地面裂缝明显加剧，沉降加 快。文庙泵站明显沉降、倾斜，风井也明 显沉陷。 9：00音像楼裙房发生二次突沉，并部 分坍塌，大楼继续倾斜，墙面开裂加剧。 15：00以风井为中心的地面沉陷加 快，并逐步形成沉陷漏斗。坍塌范围扩 展到董家渡路、中山南路、外马路、防 汛墙。 20:00，防汛墙也开始出现裂缝，沉降 进一步发展。
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事故分析
肥槽部分回 填
生化池 粉质粘土层 细砂层
④
砾石层
事故后的肥槽
事故处理建议
由于该池体为箱形结构，整体强度和刚度较大，上 浮以后没有发现结构底明显损坏和开裂。而进出口 的接头尚未连接，有较大的适应能力。可考虑进行 处理而不拆除； 在池内分区分期灌水，压实池底以下的淤泥，待沉 积稳定以后，分层回填夯实肥槽，然后可对池底以 下灌浆加固。 肥槽用粘性土仔细回填夯实，并且设置渗水井，打 通粉质黏土层④，以便局部积水尽快排入砾石层 ⑤。 该池已不易回复到原来高程，由于整体上浮和倾 斜，会影响弃处理污水的能力。

吸取的教训


施工期应当注意地面的截水和排水，不应让 地表水灌入地下基础的肥槽； 基坑肥槽及时用粘性土分层夯实回填，不应 随便将浮土推进肥槽了事，上浮以后造成淤 泥灌入池底以下，很难掏出和加固； 如果采用地下连续墙支护基坑，并将其作为 生化池的侧壁，采用逆作法施工，既不会形 成肥槽和充分利用侧壁和基底以下部分的摩 阻力抗浮；造价和工期会节省。
万亨大厦基坑的倒塌事故
一.事故回放
2002年4月23日晚，基本开挖到设计基底
（17.8m），基坑西侧开挖到16m左右，侧壁 土钉墙下部局部塌落； 用挖土机局部回填，无效； 24日清晨，西部住宅楼附近倒塌； 很快引起土钉墙整体倾倒；
二.工程简介
北京，二号（环线）线地铁线东直门； 22层框剪结构商业办公楼；5.3万m2 6层框架附属用房及地下车库， 基础埋深17.72m

浮起后的污水处理生化池
地基土分层
①人工填土 ②粉土 ③粉细砂 ④粉质粘土 ⑤卵石 20m内未见地下水
池底高程
④
事故分析
由于排桩和桩间土的喷射混凝土直达隔水层④（粉 质黏土），排桩形成了侧壁，隔水层④形成了盆 底。 突降大雨时，地面水汇流到基坑内时，基坑灌满雨 水，短时间渗出量极少，形成了一个封闭的局部水 体，浮力大于生化池自重，使池整体浮起。 浮起后，底下悬空，肥槽没有压实底填土呈淤泥状 充填到基底与地基之间。由于两侧肥槽填土不等， 使基底以下充填土厚度不均，造成回落以后西高东 低。同时由于池体南重北轻，回落后北高南低。
BN2E DN2E 31680
E
East
ABH32 ABH85 ABH34
F1 Fill UMC F2
E F1
DN1E 31660
ABH30 M3010 ABH83
N
31640 ABH82 ABH28 31620
N
ABH84 ABH31 ABH33
F2
LMC
OA
DS1E ABH29
BS2E M2064 DS2E 31600 BS3E
33.5m
风 井
地 下 连 续 墙
18.25m 13.3m
旁通道
隧道
垂直通风道
完成） 。
D5.5m
积水坑
4.2m
工 程 地 质
层号 ① ② ⑤1 ⑤2 ⑥ ⑦1 ⑦2 地层名称 人工填土 灰色粘质 为色粘土 灰色粉质粘土 暗绿--草黄色粉质粘土 草黄色砂质粉土 草黄色粉砂 层厚 （ M） 6.39 10.5 3.50 4.50 4.30 9.20 层底标高 （MC） -2.14 -12.64 -16.14 -20.64 -24.94 -34.14
基坑与地下工程事故分析
清华大学 李广信
基坑内地下结构的浮起
北京顺义某工地
事故回放
2008年8月9日，奥运期间，北京顺义地区突降暴 雨，两小时降雨60mm以上； 顺义区尚未竣工的某住宅小区内迅速积水，东部积 水深达到80cm。位于小区东北的生活污水处理的生 化池突然浮起，北部浮起2.3m，南部浮起1.6m。 几小时以后，积水逐渐排除和下渗。该池也逐渐下 沉，5天以后基本稳定，但北高南低，北部高于设计 标高1.3m，南部高0.7m；同时西部比东部高20cm。
查，同时也责成有关大学和技术部门对事故 的原因进行了分析。 陆地交通局委托新加坡国立大学用三维分析 研究倒塌事件的机理和过程。 事故现场的软粘土抗剪强度低，基坑开挖较 深，以及支护设计和基坑施工的缺陷是事故 的主要原因。
1.基坑的三维效应
该段地铁线路在平面上纵向是弯曲的。在外凸的一 侧，土压力将产生纵向的拉力； 而采用的地下连续墙是分段施工修建的，在各段之 间基本连接很弱（在计算中设置了较弱的连接 器），各层横向支撑的腰梁也没有形成连续纵向 梁，不能承担这种纵向的拉力。 加之软土层分布的不均匀，使基坑的三维效应更加 强烈。破坏现场可以发现，各段连续墙分散地遗弃 在现场，它没有见到们之间的连接及其破坏。
盾构从浦东向浦西 推进，在穿越黄浦江后 经防汛墙、外马路、文 庙泵站、音像制品批发 交易市场进入中山南 路，在穿越多稼路后隧 道上下行线逐渐由水平 同向推进转为垂直同向 推进直至浦西南浦大桥 站。 图中用深颜色表示 的就是本次事故的发生 区域。
风井
事故的发生 点位于隧道的联 络通道处(又称旁 通道)，联络通道 采用冰冻法进行 施工（风井采用 逆作法施工，已

内拱墙与外拱墙
土压力→支护结构的压力
土压力→支护结构的拉力
地下连续墙施工
坑壁变形示意图
•所示的计算结果可以发现：由于横撑不足，墙有非常显著 的侧向变形。 •在南墙（外凸一侧）墙板沿着连接点裂开。墙线沿曲率中 心向外移动，引起了拉应力的增长，导致南墙接点首先裂 开； •稍后，由于局部曲率和变形的影响，北墙接点也裂开。

2. 66kV 电缆下的缺口

在倒塌区有一66kV 电缆通过，为此，在开挖前，两 侧连续墙都留有缺口，在开挖时，采用逆作方式，逐 段开挖，逐段将缺口补齐形成连接板，分层喷浆也都 留下了缺口。
(a)开挖前的连续墙
(b)开挖第五层后
(c)开挖十层后
（a）倒塌开始不久后北墙的弯矩
由于施工中新设的连接板本 身强度较低，不能形成整体 的抗力， 使局部应力和变形集中， 酿成事故。 倒塌开始不久后南墙的弯矩

四.几点思考
基坑的三维效应有时对于支护结构有利，
有时不利。 电缆的缺口正在事故区的中部。说明对其 处理有缺陷，这种“逆作”实际上形成了局部 薄弱点。 这一事故是动态发生的渐进过程，对于工 程设计应当尽可能防止。采取措施，防止 事故蔓延，防止破坏由局部发展到整体。
类似的事故-珠海祖国广场
新加坡Nicoll 大道地铁基坑倒塌
Nicholl 大道开挖的倒塌区地理位置
事故发生地段
一.事故回放
2004年4月20日新加坡时间3:30，新加坡地铁循环 线Nicoll 大道正在施工的基坑突然倒塌， 造成四名工人死亡， 三人受伤；塌方吞下两台建 筑起重机； 使有六车道的Nicoll大道受到严重破坏，无法使 用。 事故现场留下了一个宽150m， 长100m， 深30m的 塌陷区，扭曲的钢梁、破碎的混凝土板一片狼 藉。 事故造成地铁循环路线的工期拖延，计划2010年 才可完成，车站转移约100米以外，造成巨大经济 损失。
分析的结果也表明，土和墙的最大侧向位移发生 在东半部倒塌前，最大位移的位置大约在海洋粘 土最深的地方，即靠近开挖的东端。 南墙的最大位移大于北墙，和地面位移倾斜计的 测量结果是一致的。 沿着北墙，墙接点主要是压力变形，变形相对较 小； 沿着南墙，连接器主要是拉力变形，每个连接器 的变形很大，从1.5mm到2.5mm。 在倒塌时南墙接点脱落。在倒塌的后来，北墙接 点也有所脱落，但仅限于当墙很严重的向开挖区 凸出时。 结论:在倒塌前，南墙弯曲变形大大超过北墙。
N-N土层断面图 (北距=31651.44m)
North Fill
BS4E
DS3E 31580
E
UMC F1
31720 31740
31620
31640
31660
31680
E
31700
F2 LMC F2
地下软土层底面深度的等值线
OA
E-E土层断面图 (东距=31689.06m)
三.事故处理及原因
事故发生后，最后四人受到刑事指控。 组织了调查委员会对事故的责任进行了调
3. 渐进破坏－多米诺骨牌效应
（1）连续墙的南侧外凸，每个连接器受拉变形很 大，在倒塌时南墙接点脱落。在倒塌的后来，北墙 接点也有所脱落，水平支撑失效，这是一个渐进破 坏的过程。 （2）缺口处的连接墙板强度低，承受弯矩较小，形 成薄弱区，荷载向周围转移，引起整体破坏，这也 是一个渐进破坏的过程。（计算表明，在初期，最 大弯矩小于设计的最大弯矩，在分析的最后，最大 弯矩大于设计的最大弯矩） （3）由于东半部海洋粘土最深，最大侧向位移的位 置靠近开挖的东端。同时地面下沉，坑底拱起。过 大的地面位移。使个别支撑杆失稳，荷载重新分配 前，相邻的支撑杆随之失稳，造成整体破坏。
从地质报告中可知道在30M深度以下，地层为第七层(⑦1层、⑦2层)，该土 层砂性重，透水性好，易液化。联络通道位于第七土层，同时该土层为上海第 一承压水层，承压水最高水位为地面以下7.58M，最高水头为21.7M。
(三)参建各方
投 资 单 位 建 设 单 位 建设代理单位 设 计 单 位 施工总包单位 施工分包单位 监 理 单 位
基坑深16.2m,地下连续墙,厚80cm.逆作
法，钢内支撑； 1998年5月6日,墙下部内移,上部外移，钢 支撑变形过大而向上崩出;5月6号下午4:30, 倒塌,两栋楼倒塌进基坑,5人受伤.
-0.75
事故分析
水泥搅拌桩 止水帷幕
-16.95
原因:支护形式，超挖及地下水丰富 类似：空间效应，逆作施工，渐进破坏
护坡桩
降水井
复合土钉墙
三. 事故的分析
深度与基坑侧壁安全等级； 管路漏水； 二次施工； 突出部分（阳角）； “复合土钉墙”的设计； 施工质量。
管路漏水
二次施工
翻旧成灾
基坑阳角
复合土钉墙
MT = ∑
N R , j cos(θ j + α j ) + ξN R , j sin(θ j + α j ) tan ϕ j sj
7月1日
隧道险情在进一步发展和扩大
临江花苑门口地面塌陷 文庙泵站突沉
7月2日-3日，
2. 工程介绍
(一)工程概况
浦东南路站～南浦大 桥站区间隧道工程是上海 市重大工程项目――轨道 交通四号线工程的一个重 要组成部分。浦东南路站 到南浦大桥站区间隧道上 行线长2001M，下行线长 1987M，其中江中段440M。 区间隧道顶最大埋深为 37.7M，隧道中心线水平距 离为10.984M，隧道最大坡 度为3.2%。