武汉地铁王家湾站基坑垮塌事故原因分析精编版

武汉地铁王家湾站基坑垮塌事故原因分析详细分析了武汉地铁王家湾站基坑垮塌事故。

武汉地铁王家湾站基坑垮塌事故过去快一年了。

王家湾站为武汉市轨道交通4号线与3号线的换乘车站，采用“十”字型换乘，外带商业开发。

车站位于汉阳区龙阳大道与汉阳大道交叉路口，地处繁华地段。

汉阳大道红线为50m，龙阳大道红线为60m。

在汉阳大道和龙阳大道路中均有规划高架桥经过。

2012年12月30日，王家湾站基坑开挖工程中，3号线方向南端头基坑出现垮塌事故。

一、设计情况介绍（基坑事故所在位置）
1、车站简介
3号线为二层侧式车站，南侧设单渡线，车站总长约480.6m,宽约20.35m～44.5m，地下一层为站厅层，地下二层为站台层。

2、车站周边环境
地势东西向起伏较大、南北向较平坦，周围楼房密集，是武汉南北和东西向的交通要道交叉路口。

部分规划尚未实现，现况路边场地较为宽阔，道路下方地下管线密集。

大致的地理位置（4号线为东西方向，3好像为南北方向）路口以南350m左右西侧为正在营业的武汉摩尔城，二层地下室，支护型式为桩加预应力锚索，因部分锚索已进入车站基坑内，在施工本基坑前应将锚索凿除；东侧为武汉富豪4S店，2层钢结构，人工挖孔墩基础，埋深6-8m。

2、地质情况
根据王家湾站岩土工程勘察报告（详细勘察阶段），揭露深度范围内，场地分布地层自上而下可分为以下几个单元层，各岩土层按不同岩性及工程性能分为若干亚层，其分布情况及工程地质特征描述如下。

（1-1）填土（Q4ml）;（6-1）粉质粘土（Q4al）;
（10-1）粉质粘土（Q2-3al+pl）;
（10-1-1）粉质粘土（Q2-3al+pl）;（10-2）粘土（Q2-3al+pl）
（11-1）含粘性土细砂（Q2al+pl）;（1-1）填土（Q4ml）
（6-1）粉质粘土（Q4al）;（10-1）粉质粘土（Q2-3al+pl）
（10-1-1）粉质粘土（Q2-3al+pl）;（10-2）粘土（Q2-3al+pl）
（11-1）含粘性土细砂（Q2al+pl）;
具体地质参数如下表。

C、φ值参照湖北省《基坑工程技术规程》提供，仅供基坑支护设计使用；
基本承载力、极限承载力根据《铁路工程地质勘察规范》
（TB10012-2007/J124-2007）提供。

3、围护结构设计
围护采用D1000@1200钻孔灌注桩，标准段采用3道支撑，其中第一道支撑为混凝土支撑，第二、第三道支撑为钢支撑，D800δ16；在端头位置，因基坑深度较大，采用3道支撑，并换撑一道。

1）围护平面及第一道支撑平面布置图
2）第二、第三道支撑平面布置图
3）端头位置基坑横断面图
4）端头位置基坑纵断面图
二、基坑垮塌过程
根据“基坑局部坍塌抢险的技术咨询意见”中的情况分析，武汉市轨道交通3号线王家湾站南端头井开挖施工深度至17m左右（距基底标高约2m），第一道钢筋混凝土内支撑及第二、三道钢支撑已安装完毕。

2012年12月30日上午11时30分左右，南端头井坑壁发现渗水，伴随坑边地表下沉，路面开裂，12时左右南端头支护桩突然在桩顶以下约10m处折断，靠近端头井侧壁部分支护桩受牵引发生较大变形，冠梁破坏，端头井基坑局部坍塌。

根据施工方汇报的情况，在早上10点左右就发现混凝土支撑（第一道支撑）出现微裂缝，随后围护桩间抹平出现掉皮现象。

现场在11点多发现渗水，地面下沉路面开裂……（后面的情况与咨询意见一致）。

但与现场业主沟通了解情况。

因当时施工方说在约在10m深度出现裂缝，问裂缝到底在什么位置，是第二道支撑之上还是之下，答复说，现场工人说的是地下10m的位置（对第二道支撑之上或之下没有明确说，显然是不太清楚的）
三、原因分析
因为现场情况并不是十分准确，按照以下多种工况进行了计算，情况列表如下：
1、原设计条件（全过程）
王家湾站基坑垮塌验算A原状土全过程基坑开挖深度为20.6m，采用1000@1200灌注桩围护结构，桩长为31.6m，桩顶标高为0m。

计算时考虑地面超载20kPa。

3、开挖17m计算（假定上部土体变差）
4、支撑第三道未架设（原状土）
5、支撑第三道未架设（假定上部土体变差）
6、桩内力汇总
7、施工图围护桩承载力
基坑垮塌范围，围护结构主要参数：
（1）、采用D1000@1200桩，混凝土等级C35；主筋28Φ28；箍筋Φ12@100（加密区，支撑上下各2m），Φ12@200（非加密区）（2）、混凝土支撑800×1000，混凝土等级C35；
（3）、钢支撑D800t16，Q235级钢。

（≈45°斜撑）最大长度L=18.25m，中间有联系梁。

（4）、根据以上参数，计算得到桩体承载力：
抗弯承载力设计值： 1840KN*m
抗剪承载力设计值（加密区）： 1350KN
抗剪承载力设计值（非加密区）： 740~1020KN
（因抗剪与剪跨比λ=M/(V*h0)有关，且1≤λ≤3）
对比各计算过程，围护结构弯矩完全满足要求，抗剪承载力也完全满足各种工况。

对原状全过程工况计算，最大剪力时工况如下，出现剪力最大处，弯矩较小，实际λ=1，抗剪承载力约
1000KN。

8、假设漏水水管至基底以下1m范围土层参数全部折半
漏水水管约地下4m，假设地下4m至基底以下1m(约地下18m)范围土层参数因漏水浸泡后参数全部折减一般，考虑漏水影响。

可见按正常工序进行支撑架设（即3道支撑），即使漏水点(约地下4m)以下所有土体参数全部折减一半，桩的抗弯、抗剪承载力均满足要求。

如果只有两道支撑，则桩的抗弯、抗剪不能满足要求。

但实际上，土层均为若透水层(渗透系数10^(-6) cm/s数量级)，即使漏水也很难很快就渗透到很深的范围，而施工现场围护桩内表面在事故前并无明显出水现象，故上述假设漏水一下所有土层参数折减一半是非常保守的。

9、钢支撑构件等验算
经初步验算，当采用三拼工45b钢腰梁时，钢腰梁的抗剪承载力达到
V=2174KN，对于水土合算的各工况均未超过抗剪承载力设计值。

经初步验算，支撑节点焊缝承载力Vmax=2432.2 kN，对于水土合算的各工况均未超过抗剪承载力设计值。

对于考虑漏水点以下所有土层参数折半的情况，钢支撑与腰梁连接节点抗剪承载力不满足要求。

经初步验算，抗剪蹬与钢腰梁的焊接承载力：
V=1528*√2=2160KN，对于水土合算的各工况均未超过抗剪承载力设计值。

对抗剪蹬的两块钢板之间的内部连接经验算也满足要求。

四、实际情况分析
工地出现垮塌事故后，在4号线全线工地巡检途中，有施工单位反映，在当时王家湾站基坑出现问题后，他们被要求过去支援，看到的情况并不是某某局施工单位自己汇报的那样。

而且根据支援抢险单位的反映，在汉阳这边地质条件好的位置，有些做法，比较普遍
如果没有架设第二道钢支撑，支护结构的情况如下：
开挖至9.4m的内力及位移：
开挖至17.0m的内力及位移：
根据前面计算桩的最大承载力：
抗弯承载力设计值： 1840KN*m
抗剪承载力设计值（加密区）： 1350KN
抗剪承载力设计值（非加密区）： 740~1020KN
（因抗剪与剪跨比λ=M/(V*h0)有关，且1≤λ≤3）
实际在开挖至14.8m时，桩体受到的实际弯矩即将达到设计最大承载力，但仍有少量余地，此时桩有较大位移，应开始出现征兆。

在开挖至17.0m时，桩体抗弯承载力完全不能满足要求，此时最大弯矩值在地下9m位置。

为何在开挖至17m才出现事故，而不是在14.8m出现，因地下管线漏水情况等，无法确认。

但可以肯定的说，土层的条件实际好于设计中考虑都变成淤泥土（C=5KPa，Φ=5°）；根据设计规范取值的混凝土等级、钢筋强度等均有一定安全可靠率，实际混凝土强度、钢筋抗拉强度等均大于设计值，故基坑没有在开挖至14.8m时出现问题。

根据工点设计院向现场施工管理人员了解，钢腰梁是否设置了抗剪蹬，施工单位人员支支吾吾说“部分位置有”，估计现场实际是没有按照设计要求设置的。

五、结论
1、设计是足够安全可靠的。

2、施工到底按照设计图纸要求实施没有，无人查证。

3、桩体断裂应是受弯折断，非施工、业主所称的受剪破坏。

4、根据现场及相邻工点单位了解情况，施工现场十分过分，将设计的富裕度全部吃掉。

5、钢腰梁在盾构井等角部位置(尤其不是扩大段的端头井)，并不可靠，建议今后全部改为混凝土腰梁，避免施工单位安装滞后甚至不安装。

6、基坑虽然填平，但是断桩的形态在重新挖开后是可以看到的。

虽然支撑的多少，理论上也是可以查证的，但实际因土方重新开挖时间长，无法完全控制过程，一旦施工方想隐瞒，难以找到确实证据。

7、最终官方处理意见是，事故是因为端头井外的污水管漏水致土层变差，最终致桩剪短。

当然，明白人想想也知道是怎么回事。

8、经过该事故后，武汉市4号线地铁基坑设计，加强了端头井处第一道撑以下的腰梁设计(尤其是非扩大段的)，建议为混凝土腰梁。