城市轨道交通车站基坑事故统计分析

城市轨道交通车站基坑事故统计分析 周红波,蔡来炳,高文杰 (上海建科建设监理咨询有限公司,上海 � 200032) 摘要: 本文从工程风险的角度对所搜集的 52 例城市轨道交通车站基坑事故进行分析, 归纳了6 种事故类型, 并明确指出 � 渗流破坏、支撑失稳、坑内滑坡�为最常见的三类事故。通过对各事故类型进行事故原因的统计分析, 得知地下水的防 治是关乎基坑工程安全的首要因素,不 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 作业是基坑事故发生的第二诱因。 关键词: 城市轨道交通; 基坑工程;事故类型; 事故原因;地下水 中图分类号: TU470+ � 3� � � � 文献标识码: A � � � � 文章编号: 1000�3665( 2009) 02�0067�05 收稿日期: 2008�08�11; 修订日期: 2008�09�10 基金项目: 上海市科学技术委员会资助( 07QB14030) 作者简介: 周红波 ( 1972�) , 男, 高级工程师, 工学博士, 总工程 师, 主要从事工程风险管理、项目管理和岩土工程 研究。 Email: zhouhongbo72@yahoo . com. cn 1 � 引言 随着城市建设的迅猛发展, 城市轨道交通车站基 坑工程呈现�大、深、紧、近�等特点,在施工中出现了不 少事故,造成严重后果。如 2001年 8月 20日, 上海市 轨道 4号线在鲁班路基坑突然发生土方滑坡, 造成 4 人死亡。2004 年 4 月 20 日, 新加坡地铁 Nicholl Highway 站基坑在施工过程中支架倒塌, 造成 4 人死 亡, 3人受伤。因此, 车站基坑成为城市建设工程的风 险点,吸引诸多专家学者展开研究。 周红波 [ 1] 等根据深基坑工程地质特点和周围建筑 物情况采用WBS方法对上海某车站基坑工程工作结 构进行分解,采用故障树法对风险事件和风险因素进 行识别,应用综合集成风险评估方法进行风险评估,得 出各类基坑的风险等级; 李惠强 [2] 用 FTA 方法编制了 某基坑工程边坡开挖的事故树, 用布尔代数法计算了 边坡的失效概率;仲景冰[ 3]把工程失败学引入到风险 分析当中,分析了工程失败路径以及风险源因素, 并建 立深基坑地下连续墙支护结构体系的事故树图;毛金 萍[ 4]用事故树对深基坑支护结构 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 进行了风险分 析,利用可靠度方法计算基坑支护系统的失效概率,并 假定损失与初期投入成正比, 最后综合考虑总费用,得 到最佳的支护方案。 综上所述, 针对城市轨道交通车站基坑工程的安 全及风险研究在理论上取得了一定的成就, 但是用于 理论分析的基础数据依然停留在定性或半定量层面。 因此,基础数据定量化研究, 包括建立数据库,成为下 一步研究的主要方向。本文对收集的 52例国内外轨 道交通车站基坑事故进行了整理, 并着重对事故类型、 事故原因等展开分析,揭示事故发生发展的规律, 为基 坑工程 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 施工提供借鉴并为安全及风险理论研究提 供基础数据。 2 � 轨道交通车站基坑工程事故类型 本文将收集的轨道交通车站基坑工程事故按照事 故类型、事故原因进行整理,如表 1所示。表中所列事 故案例皆来源于公开发表的 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 、公开出版的文献以 及相关媒体的报道, 其中部分事故受资料所限原因不 明确,但不会对统计结果产生太大的影响。通过表 1 及参考相关文献 [ 5~ 9] , 城市轨道交通车站基坑事故类 型按照破坏形式可以分为以下 6类。图 1给出了其中 5种基坑破坏类型。 ( 1)渗流破坏 在饱和含水地层, 由于围护墙的止水效果不好或 止水结构失效, 致使大量地下水夹带砂粒涌入基坑,造 成支护结构失稳,如上海轨道交通 1号线上体馆站在 建设过程中由于地连墙接缝施工质量欠佳, 致使底部 开叉,在地下水压力作用下产生渗漏。 ( 2)支撑失稳 由于支撑或锚固体系强度或稳定性不够、架设不 及时或由于外力撞击、注浆、打桩、偏载等因素造成不 对称变形而导致围护墙向坑内倾倒破坏。2004 年 4 月20日, 新加坡地铁 Nicholl Highway 站基坑施工过程 中支架倒塌,造成 4人死亡, 3人受伤。 �67�� 2009 年第 2期 水文地质工程地质 � � � � � � 表 1� 轨道交通车站深基坑工程事故案例一览表 Table 1 � Case of foundation pit accident of rail transit station 城市 序号 基坑工程名称 事故类型 事故主要原因 上海 1 1号线上体馆站 渗流破坏 围护结构错位变形 2 1号线徐家汇站 坑内滑坡 降水不到位;坡度太陡 3 1号线徐家汇站 坑内滑坡 土体加固效果差;坡度太陡 4 1号线衡山路站 支撑失稳 支撑抗力不足 5 1号线汉中路站 渗流破坏 勘察不明(有不良地层) 6 4号线海伦路站 踢脚破坏 设计没有考虑承压水的影响导致围护结构插入深度不足 7 4号线鲁班路站 坑内滑坡 降水不到位 8 10号线淮海路站 机械伤人 倾倒(起吊超重)伤人 9 4号线浦东南路至南浦大桥间风井 渗流破坏 10 某车站基坑 渗流破坏 围护结构接缝夹泥 11 某车站基坑 渗流破坏 降水不到位(水管破裂) 12 某车站基坑 渗流破坏 13 某车站基坑 渗流破坏 围护结构接缝夹泥 14 某车站基坑 渗流破坏 围护结构错位变形;围护结构接缝夹泥 15 某车站基坑 渗流破坏 围护结构接缝夹泥 16 某车站基坑 渗流破坏 围护结构错位变形 17 某车站基坑 渗流破坏 围护结构错位变形 18 某车站基坑 渗流破坏 围护结构错位变形(新老地墙连接时间过长) 19 某车站基坑 渗流破坏 围护结构接缝夹泥(刷壁不彻底) 20 某车站基坑 渗流破坏 围护结构接缝夹泥(刷壁不彻底) 21 某车站基坑 渗流破坏 围护结构错位变形(临空时间长) 22 某车站基坑 渗流破坏 围护结构错位变形(临空时间长) 23 某车站基坑 渗流破坏 24 某车站基坑 渗流破坏 25 某车站基坑 机械伤人 26 某车站基坑 机械伤人 天津 27 华苑站 渗流破坏 围护结构错位变形;降水不到位 28 子牙河明挖隧道 渗流破坏 南京 29 某车站基坑 渗流破坏 围护结构错位变形 30 某车站基坑 突涌破坏 降水不到位 31 2号线茶亭站 坑内滑坡 降水不到位 32 2号线汉中路 渗流破坏 杭州 33 秋涛路站 渗流破坏 围护结构错位变形; 降水不到位 广州 34 3号线番禺大石站 坑内滑坡 土体加固效果差;降水不到位; 35 3号线沥 站 渗流破坏 土体加固效果差 36 3号线石牌桥站 渗流破坏 37 4号线某车站基坑 支撑失稳 机械碰撞 深圳 38 1号线大新站 支撑失稳 机械碰撞 39 1号线鲤鱼门至新安区间南明挖段 支撑失稳 钢围檩不按图施工 北京 40 5号线崇文门车站 支撑失稳 机械碰撞 41 4号线黄庄站 渗流破坏 42 10号线惠新东街站 渗流破坏 43 10号线熊猫环岛 渗流破坏 降水不到位(水管破裂) 44 4号线宣武门站 坑内滑坡 土体加固效果差;降水不到位 45 10号线苏州街站 支撑失稳 勘察不明(存在不良地层) 46 10号线燕莎桥 渗流破坏 降水不到位(水管破裂) 47 4号线北宫门站 机械伤人 台湾高雄捷运 48 盐埕 02车站 渗流破坏 围护结构接缝夹泥 49 中山一路、八德路明挖隧道 渗流破坏 围护结构接缝夹泥 50 鼓山 01车站 渗流破坏 围护结构接缝夹泥 51 鼓山 01车站 坑内滑坡 新加坡 52 Nicholl Highway 支撑失稳 �68�� � � � � � 水文地质工程地质 2009年第 2 期 � 图 1 � 城市轨道交通车站基坑破坏的 5 种形式 Fig. 1� Five damaged types of foundation pit in rail transit station � � � ( 3)坑内滑坡 放坡挖土时,由于放坡较陡、降雨或其他原因引起 滑坡,冲毁基坑内先期施工的支撑及立柱,导致基坑破 坏,称为坑内滑坡破坏。某轨道交通车站由于排水措 施不力,使雨水浸泡土体,导致坑内土体自稳性能下降 而产生滑坡,进而冲毁支撑体系。 ( 4)踢脚破坏 对内撑式和拉锚式支护结构, 当围护结构插入深 度不够或坑底土质差,被动土压力小,造成支护结构踢 脚失稳破坏(图 4)。上海轨道交通 4 号线海伦路站因 设计围护墙深度不够,施工时发生了踢脚破坏。 ( 5)突涌破坏 开挖基坑时,降水不力或土方开挖过快, 使基底下 隔水层厚度所产生的自重力小于承压水压力,土体发 生剪切破坏,引起基坑突涌导致失稳破坏(图 1e)。南 京市某车站基坑由于降水不力, 使地下水水头压力迅 速增大,冲破坑底土层造成突涌事故。 ( 6)机械伤人 基坑施工过程中, 由于不规范操作造成机械倒塌 对施工人员或第三方造成伤亡。北京 4号线北宫门车 站施工过程中钻机倒塌, 虽然没有人员伤亡, 但是引起 交通堵塞并砸坏临近道路汽车一辆。 3 � 轨道交通车站基坑工程事故统计分析 3�1 � 基坑事故区域分布统计分析 目前,我国建有轨道交通的城市有北京、上海、广 州、深圳、南京、天津、杭州,每个城市在轨道交通建设 过程中都曾发生过基坑工程事故, 如表 2所示。从表 2可以看出, 上海轨道交通车站基坑事故发生次数最 多。主要是因为上海属于软土地层, 地下水丰富, 且 �2、� 2、� 1、� 2 地层为微承压水和承压水层, 对基坑 工程施工 建筑工程施工承包1园林工程施工准备消防工程安全技术交底水电安装文明施工建筑工程施工成本控制 具有重要影响。 3�2 � 基坑事故类型统计分析 事故类型是对表 1中 52起事故案例的事故类型 进行统计计算, 绘出图 2,由图 2可知, 轨道交通车站 基坑工程 6种事故类型中渗流破坏、支撑失稳和坑内 滑坡频繁发生, 三者累计 88%, 其中渗流破坏为62%。 表 2� 各城市轨道交通车站基坑事故数量分布表 Table 2� Distribution of foundation pit accidents in different cities 城市 北京 上海 广州 深圳 南京 次数 8 26 4 2 4 城市 天津 杭州 高雄 新加坡 次数 2 1 4 1 图 2 � 基坑事故类型分布图 Fig. 2 � Distribution of the type of foundation pit accidents � 根据轨道交通车站基坑事故类别, 分别对各个城 市的事故进行统计, 如表 3所示。从表 3可以看出,虽 然各个城市地质条件及周边环境不同, 但渗流破坏、支 撑失稳、坑内滑坡是各个城市基坑工程事故的主要表 现形式。 3�3 � 事故原因统计分析 将基坑工程事故的原因首先从勘察、设计、施工 3 个方面进行统计, 如图 3所示。图 3反应出轨道交通 车站基坑事故由施工因素造成的有 32项, 占 82%之 多;与设计因素有关的事故有 5次, 占 13%; 勘察原因 导致的事故为 2起。可见,施工因素是轨道交通车站 基坑事故的主要原因。 为了进一步掌握各类型事故的发生规律,分别对 渗流破坏、支撑失稳、坑内滑坡、突涌破坏、踢脚破坏、 �69�� 2009 年第 2期 水文地质工程地质 � � � � � � 图 3 � 基坑工程事故阶段原因统计图 Fig. 3 � Statistic figure of reasons for accident in terms of construction stage � 机械伤人的事故原因进行统计分析。 表 3 � 轨道交通车站基坑事故分布一览表 Table 3� Distribution of foundation pit accidents in rail transit station 事故类型 所在城市上海 北京 广州 南京 高雄 深圳 天津 杭州 新加坡 渗流破坏 18 4 2 2 3 2 1 支撑失稳 1 2 1 2 1 坑内滑坡 3 1 1 1 1 踢脚破坏 1 突涌破坏 1 机械伤人 3 1 合计 26 8 4 4 4 2 2 1 1 ( 1)渗流破坏事故原因统计分析 渗流破坏是由于坑外存在保持一定水头压力的地 下水同时围护结构存在裂缝等缺陷共同作用的结果。 根据事故统计 (图 4) , 造成渗流破坏的勘查因素占 4% ;施工因素占 96% , 其中地下水的降水不到位占 20% ,围护结构缺陷主要表现为以下几个方面: 围护结 构错位变形,占 40% ,围护结构接缝夹泥占36%。 图 4 � 渗流破坏事故原因统计图 Fig. 4� Statistical analysis of the reason of leakage � ( 2)支撑失稳事故原因统计分析 支撑失稳的原因主要为支撑自身抗力不足和由于 外力作用使支撑受力状态改变两种。由图 5 可以看 出,由于勘查失误导致设计参数取值错误或设计人员 对荷载认识不足、取值不当的原因,使支撑抗力不足导 致失稳的案例比例相同, 为 17% ; 施工支撑支护体系 时不按照设计图纸, 盲目凭经验施工造成支撑抗力不 足的案例同样占 17%; 机械碰撞、坑边堆载等外力作 用下导致支撑失稳的案例,占 49%。 图 5 � 支撑失稳事故原因统计图 Fig. 5� Statistical analysis of the reason for support failure � ( 3)坑内滑坡事故原因统计分析 坑内滑坡往往发生在雨季或周边水管破裂浸泡土 体的情况下,通过案例统计(图 6) , 施工因素是造成基 坑坑内滑坡的主要因素, 其中降水不到位是坑内滑坡 的首要因素, 占 50%, 削坡严重使坡度太陡和土体加 固效果差,减弱土体自稳能力是坑内滑坡的内因, 分别 占20%和 30%。 图 6 � 坑内滑坡事故原因统计图 Fig. 6 � Statistical analysis of the reason for in pit landslide � ( 4)踢脚破坏事故原因分析 2001年 9月 18日,上海轨道交通4号线海伦路站 基坑发生踢脚破坏, 经过对现场监测数据仔细分析研 究,其原因表现为地下连续墙的插入深度不够,其深层 次原因是设计没有考虑承压水的影响, 未对承压水进 行合理的验算和适当的处理。 ( 5)突涌破坏事故原因分析 收集资料中属于突涌破坏的仅有 1例。其原因是 在施工过程中破坏了降水井, 使井点降水失效,基底下 隔水层厚度所产生的自重力小于承压水压力,土体发 生剪切破坏,引起基坑突涌,最后导致失稳破坏。 ( 6)机械伤人事故原因分析 机械伤人事故主要是因为不按要求操作,如塔吊 �70�� � � � � � 水文地质工程地质 2009年第 2 期 � 在作业中起吊超重、钻机回转过快等导致机械失去平 衡倾倒或倒塌, 造成人员伤亡。 通过对6类城市轨道交通车站基坑工程事故的原 因统计分析,可以得知渗流破坏是地下水降水不到位 和围护结构缺陷共同作用的结果; 支撑失稳多是外力 碰撞导致受力不均匀引起的;坑内滑坡亦是在降水不 到位和土体自稳性能下降耦合作用下发生的;突涌破 坏的主要原因是降水失效,使承压水头压力增大引起; 不规范操作是机械伤人的首要原因。 4 � 结论 ( 1)经过统计分析,国内建有轨道交通的城市不论 其水文地质条件如何, 轨道交通车站基坑工程事故主 要表现为渗流破坏、支撑失稳和坑内滑坡,且三者占所 发生事故的88% ,其中渗流破坏达 62%。 (2)从勘察、设计和施工方面来看, 施工因素是造 成基坑工程事故的主要因素。施工行为的规范是保证 施工安全的重要因素。 (3)地下水的处理是基坑工程需要考虑的首要因 素,设计时要充分考虑地下水的影响,施工过程中保证 降、排水设施正常运转并能满足施工要求。 致谢: 本文研究得到上海市科学技术委员会的资 助,得到上海市建筑科学研究院的大力协助, 在此深表 谢意。 参考文献: [1] � 周红波, 姚浩, 卢剑华. 上海某轨道交通深基坑工程 施工风险评估[ J] . 岩土工程学报, 2006( z1) : 1902 - 1906� [2] � 李惠强, 徐晓敏 .建设工程事故风险路径、风险源分 析与分析概率估算[ J] . 工程力学, 2001(增刊) : 716- 719� [3] � 仲景冰, 李惠强 ,吴静. 工程失败的路径及风险源因 素的 FA T 分析方法[ J] . 华中科技大学学报(城市科 学) , 2003, 20( 1) : 14- 17� [4] � 毛金萍, 钟建驰 ,徐伟. 深基坑支护结构方案的风险 分析[ J] .建筑施工, 2003, 25( 4) : 249- 252� [ 5] � 王曙光,温文. 深基坑事故分析与工程实践[ J] .地基 基础工程, 2000, 10( 2) : 1- 9. 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Key words: urban rail transit; foundation pit ; types of accident; reason for accidents; underground water 责任编辑:张明霞 �71�� 2009 年第 2期 水文地质工程地质 � � � � � �