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某地鐵站深基坑坍塌事故原因分析與建議

文檔作者：李宏偉1，王國欣2 文檔來源： 1．浙江省長城建設(shè)集團(tuán)股份有限公司 2．中國建筑第八工程局有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年05月10日
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上一篇：廈深鐵路特大橋橋梁架設(shè)施工技術(shù)

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施工技術(shù)
CONSTRUCTl0N TECHNOLOGY
2010年3月
第39卷第3期
某地鐵站深基坑坍塌事故原因分析與建議
李宏偉1，王國欣2
(1．浙江省長城建設(shè)集團(tuán)股份有限公司，浙江杭州310016；2．中國建筑第八工程局有限公司，上海200120)
【摘要】以某地鐵站深基坑坍塌事故為例，介紹地下連續(xù)墻加鋼管內(nèi)支撐方案。并通過勘察事故現(xiàn)場，探討土方超
挖、鋼支撐體系缺陷以及基坑監(jiān)測缺陷對基坑安全的影響。結(jié)果表明，施工中，應(yīng)及時安裝支撐、分段澆筑墊層和
底板，嚴(yán)禁超挖。由于基坑施工的不確定性，應(yīng)實施信息化施工。監(jiān)測點設(shè)置應(yīng)符合規(guī)范和設(shè)計要求，同時加強(qiáng)鋼
支撐連接節(jié)點構(gòu)造措施。
[關(guān)鍵詞】地鐵；深基坑；事故；監(jiān)測
【中圖分類號]TU753．6 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A [文章編號]1002·8498(2010)03-0056-03
Causes and Suggestion on Deep Foundation Excavation
Accident in Some Metro Station
Li Hongweil，Wang Guoxin2
(1．Zhefiang Changcheng Construction Group Co．，Ltd．，Hangzhou，Zhejiang 310016，China；
2．China Construction Eighth Engineering Division，Shanghai 200120，China)
Abstract：Taking the collapse accident of some metro station deep foundafion excavation as example，the
construction scheme of diaphragm wall with steel pipe support is introduced。The effects on safety of
foundation excavation are discussed including soil overbreak，defects of steel support and foundation
excavation monitoring by investigation of accident site．The results show that supports are installed in
time，cushion and floor are poured in segmentation．Besides，the overbreak is forbidden．Due to the
uncertainty of deep foundation excavation construction，informatization construction is implemented，
besides，layout of monitoring points accords with current codes and design．Then，structural measures of
joints between steel support connections are strengthened．
Key words：metro；deep foundation excavation；accident；monitoring
某地鐵站發(fā)生的基坑坍塌事故導(dǎo)致了重大財產(chǎn)損
失和人員傷亡。事故調(diào)查分析表明，該基坑工程的勘
察、設(shè)計、施工、監(jiān)理、監(jiān)測等環(huán)節(jié)不同程度地存在缺
陷?，F(xiàn)從施工管理和監(jiān)測管理方面存在的缺陷，分析
對基坑安全可能帶來的影響。
l 工程概況
該地鐵基坑長107．8m，寬21．05m，開挖深度15．7
—16．3m?；游鱾?cè)緊鄰大道，交通繁忙，重載車輛多，
道路下有較多市政管線(包括上下水、污水、雨水、煤
氣、電力、電信等)穿過，東側(cè)有一河道。
基坑圍護(hù)設(shè)計采用地下連續(xù)墻加鋼管內(nèi)支撐方
案。地下連續(xù)墻厚800mm，深度分別為31．5、33．0、
34．5m，標(biāo)準(zhǔn)段豎向設(shè)置4道(k609mm鋼管支撐，支撐
水平間距2．0—3．5m，支撐中部設(shè)置中間鋼構(gòu)立柱。
標(biāo)準(zhǔn)段原設(shè)計采取被動區(qū)水泥攪拌樁裙邊和抽條
加固，后圖審時取消改為自流深井降水土體加固。基
坑橫剖面如圖l所示。
地質(zhì)情況從上到下依次為①：素填土，②：黏質(zhì)粉
土，④：淤泥質(zhì)黏土，⑥。淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，⑧：粉質(zhì)黏
土夾粉砂。地下潛水位為0．5m，無承壓水。其中，深
度5～21m為④：淤泥質(zhì)黏土，呈灰色、飽和、流塑，含
少量有機(jī)質(zhì)，天然含水量40％～67％，孔隙比1．10—
1．85，具有高壓縮性、低強(qiáng)度和低滲透性特點。深2l一
33m為⑥．淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，呈灰色、飽和、流埋～軟
塑，含少量有機(jī)質(zhì)，夾薄層狀粉土，天然含水量34％一
52％，孔隙比0．95一1．50，具有高壓縮性。
基底坐落在④，淤泥質(zhì)黏土上，地下連續(xù)墻的墻腳
[收稿日期】2009—12-20
[作者簡介】李宏偉．浙江省長城建設(shè)集團(tuán)股份有限公司總工程
師，浙江省杭州市錢江新城望江東路長城大廈310016，電話：
(0571)87332108，E—mail：Hz．zcc．1hw@163．corn
萬方數(shù)據(jù)
2010 No．3 李宏偉等：某地鐵站深基坑坍塌事故原因分析與建議57
圈1基坑橫剖面示意
Fig．1 Cross section of foundation excavaUon
大部分位于⑥，層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土中。
2事故概況
基坑土方開挖共分為6個施工段，總體由北向南組‘
織施工。至事故發(fā)生前，第1施工段完成底板混凝土施
工，第2施工段完成底板墊層混凝土施工，第3施工段完
成土方開挖及全部鋼支撐施工，第4施工段完成土方開
挖及3道鋼支撐施工、開始安裝第4道鋼支撐，第5、6施
工段已完成3道鋼支撐施工、正開挖至基底的第5層土
方。同時，第l施工段木工、鋼筋工正在作業(yè)；第3施工
段雜工進(jìn)行基坑基底清理，技術(shù)人員安裝接地銅條；第4
施工段正在安裝支撐、施加預(yù)應(yīng)力，第5、6施工段坑內(nèi)2
臺挖機(jī)正在進(jìn)行第5層土方開挖。
部分支撐首先破壞，西側(cè)中部地下連續(xù)墻橫向斷
裂并倒塌，倒塌長度約75m，墻體橫向斷裂處最大位移
約7．5m，東側(cè)地下連續(xù)墻也產(chǎn)生較大位移，最大位移
約3．5m。由于大量淤泥涌入坑內(nèi)，大道隨后出現(xiàn)塌
陷，最大深度約6．5m。地面塌陷導(dǎo)致地下污水等管道
破裂、河水倒灌造成基坑和地面塌陷處進(jìn)水。道路下
的排污、供水、供電設(shè)施受到破壞(見圖2)。
圖2事故現(xiàn)場
Fig．2 Accident site
委托工程勘察單位進(jìn)行了土體滑動面和西側(cè)斷
裂地下連續(xù)墻破壞形態(tài)勘查，根據(jù)勘查結(jié)果對基坑土
體破壞滑動面及地下連續(xù)墻破壞模式進(jìn)行分析，得出
基坑土體滑動面與地下連續(xù)墻破壞形態(tài)如圖3所示。
西-蜃弋＼??。、贏?一------49
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@固z羹，掘羹質(zhì)掘等質(zhì)?！?士0i’體r；。；～i～‘．。：=2
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圈3基坑土體滑動面
Fig．3 Soil sfiding surface of
foundation excava婦on
調(diào)查分析表明：由于土方開挖過程中，基坑超挖，
鋼管支撐架設(shè)不及時，墊層未及時澆筑，鋼支撐體系存
在薄弱環(huán)節(jié)等因素，引起局部范圍地下連續(xù)墻產(chǎn)生過
大側(cè)向位移，造成支撐軸力過大及嚴(yán)重偏心。同時基
坑監(jiān)測失效，隱瞞報警數(shù)值，未采取有效補(bǔ)救措施。以
上直接因素致使部分鋼管支撐失穩(wěn)，鋼管支撐體系整
體破壞，基坑兩側(cè)地下連續(xù)墻向坑內(nèi)產(chǎn)生較大位移，其
中西側(cè)中部墻體橫向斷裂并倒塌，大路塌陷。
3 土方超挖對基坑安全的影響
調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，基坑開挖過程中不同程度地存在
超挖現(xiàn)象，特別是在第4道支撐未設(shè)置的情況下一次
性開挖到基底，而且墊層和底板跟進(jìn)不及時。
設(shè)計工況與施工工況對比可以發(fā)現(xiàn)：土方超挖狀
況下，支撐軸力、地下連續(xù)墻的彎矩及剪力等大幅度增
加。與設(shè)計工況相比，如第3道支撐施加完成后，在未
設(shè)置第4道支撐的情況下，直接挖土至坑底，第3道支
撐的軸力增長約43％一47％，作用在圍護(hù)體上的最大
彎矩增加約37％一51％，最大剪力增加約38％一
40％；由于超挖，第3道支撐的軸力及地下連續(xù)墻彎矩
均超過其設(shè)計承載能力。如果整個基坑施工過程中均
存在土方超挖、支撐施加不及時的情況，則各個工況累
計的支撐軸力、圍護(hù)體內(nèi)力變形將更大。
4鋼支撐體系缺陷對基坑安全的影響
調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，基坑鋼支撐體系存在系統(tǒng)性缺陷，
主要反映在以下方面。
1)鋼支撐體系均采用鋼管結(jié)合雙拼槽鋼可伸縮節(jié)
點，施加預(yù)應(yīng)力后鋼楔塞緊傳遞荷載(見圖4)。但該
節(jié)點的設(shè)計、制作加工、檢測驗收、安裝施工等均無標(biāo)
準(zhǔn)可依，處于無序狀態(tài)。
現(xiàn)場取樣試驗結(jié)果表明，正常施工狀態(tài)下該節(jié)點
的承載力為3 000kN。
2)如果在未設(shè)置第4道支撐的情況下直接挖土至
萬方數(shù)據(jù)
58 施工技術(shù)第39卷
坑底，第3道鋼管支撐的最大軸力均超過鋼管支撐軸
心受壓承載力設(shè)計值3 000kN。如果進(jìn)一步考慮活絡(luò)頭
偏心、鋼楔沒塞滿活絡(luò)頭間隙等節(jié)點薄弱因素，實際作
用于第3道支撐的軸力與鋼管節(jié)點的承載能力之間的
差距將更大。
現(xiàn)場鋼支撐體系的破壞狀態(tài)表明，大部分破壞均
為該節(jié)點破壞，充分說明該伸縮節(jié)點不滿足與鋼管等
強(qiáng)度、等剛度的連接要求。
3)按設(shè)計要求，鋼管支撐在系梁擱置處需采用槽鋼
有效固定，實際情況部分采用鋼筋(有的已脫開)固定、
部分沒任何固定措施，這使得鋼管計算長度大大增加，
存在不同程度的鋼管彎曲現(xiàn)象。本工程采用焊接鋼管，
中間有支點時的鋼管承載力為5 479kN，而無支點時的
鋼管承載力僅為3 541kN，承載力減小了約35％。
4)鋼支撐安裝位置相對設(shè)計位置偏差、相鄰鋼管
間距與設(shè)計間距偏差較大。安裝偏差導(dǎo)致支撐鋼管受
力不均勻和產(chǎn)生附加彎矩。
5)設(shè)計要求連系梁在垂直方向每隔3跨設(shè)1道、
邊跨應(yīng)設(shè)置1道剪刀撐，實際情況未設(shè)；鋼管支撐與地
下連續(xù)墻預(yù)埋件沒有焊接，直接擱置在鋼牛腿上等，降
低了支撐體系的總體穩(wěn)定性。
5基坑監(jiān)測缺陷對基坑安全的影響
調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，該基坑工程監(jiān)測存在嚴(yán)重缺陷，監(jiān)
測內(nèi)容及監(jiān)測點數(shù)量不滿足規(guī)范要求；監(jiān)測點破壞嚴(yán)重
且未修復(fù)，造成多處監(jiān)控盲區(qū)；部分監(jiān)測內(nèi)容的測試方
法存在嚴(yán)重缺陷。以上因素導(dǎo)致提供的監(jiān)測數(shù)據(jù)嚴(yán)重
失真。另外實際測得的地表沉降及墻體側(cè)向位移均超
過設(shè)計報警值，但隱瞞實測數(shù)值，喪失了最佳搶險時機(jī)。
5．1 監(jiān)測內(nèi)容和監(jiān)測點數(shù)量均不滿足規(guī)程要求
1)該基坑工程安全等級為一級，地方規(guī)程、設(shè)計方
案、施工監(jiān)測方案、實際監(jiān)測項目對比如表1所示。
從表1可以看出，設(shè)計相對地方規(guī)程減少了周圍地
下管線的位移、土體側(cè)向變形及立柱沉降變形3項必測
內(nèi)容；監(jiān)測方案相對設(shè)計減少了坑底隆起監(jiān)測內(nèi)容。
2)實際監(jiān)測點數(shù)量相對監(jiān)測方案減小較多，并且
大量監(jiān)測點破壞未進(jìn)行修復(fù)，造成監(jiān)測點數(shù)量極少，形
成多處監(jiān)控盲區(qū)。實際監(jiān)測點數(shù)量相對設(shè)計和施工方
案如表2所示。
從表2可以看出，基坑實際監(jiān)測點數(shù)量相對設(shè)計
和施工方案均有所減少。特別是支撐軸力、墻體變形
及地下水位3項監(jiān)測內(nèi)容減少數(shù)量明顯。
3)基坑西側(cè)只在圍擋內(nèi)設(shè)置了地表沉降監(jiān)測點
(距基坑邊最遠(yuǎn)距離僅約7．5m)進(jìn)行監(jiān)測，對圍擋外的
大道等周圍環(huán)境均未進(jìn)行監(jiān)測，地面沉降監(jiān)測點布置
范圍不符合規(guī)程要求(1—2倍開挖深度范圍)。
裹1監(jiān)測項目對比
Table 1 Comparison of monitoring items
注：、／為必測項目；△為選測項目；x為未測項目
表2基坑監(jiān)測點數(shù)量對比
Table 2 Comparison of monitoring points
5．2測試方法
墻體側(cè)向位移和鋼支撐軸力的測試方法存在嚴(yán)重
缺陷。
1)該工程地下連續(xù)墻的墻腳大部分位于⑥，淤泥
質(zhì)粉質(zhì)黏土中，肯定存在墻腳位移。墻內(nèi)測斜管以墻
腳作為位移零點，測斜數(shù)據(jù)只是一個相對墻腳的位移
值，并不是絕對值，測斜數(shù)據(jù)失真。
2)根據(jù)鋼筋應(yīng)力計測試試驗方法，報表數(shù)據(jù)中的支
撐軸力數(shù)據(jù)均應(yīng)為拉力，與事實不符，測斜數(shù)據(jù)失真。
3)第1道支撐鋼管實際壁厚為16mm，但實際監(jiān)測
仍以設(shè)計的12mm厚計算，造成換算的支撐軸力減小
25％，導(dǎo)致第l道支撐軸力監(jiān)測數(shù)據(jù)失真。
5．3監(jiān)測報表隱瞞實測數(shù)值
事故調(diào)查得到的原始監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，事發(fā)前實際
地表沉降及墻體側(cè)向位移均大大超過設(shè)計報警值，但
監(jiān)測報表隱瞞實測數(shù)值，沒有報警及通知相關(guān)方處理。
6 結(jié)語
本次事故調(diào)查表明：勘察單位未考慮采用薄壁取
(下轉(zhuǎn)第62頁)
萬方數(shù)據(jù)
62 施工技術(shù)第39卷
及其它輔助設(shè)備進(jìn)行了一次全面徹底的檢修。
5監(jiān)控量測
5．1地表沉降監(jiān)測
1)測點布置沿右線隧道中線地表每隔5m埋設(shè)
一個地表測點，每隔20—25m設(shè)置一個斷面(5—10
點)，所有地面監(jiān)測點必須鉆孔取芯穿透路面結(jié)構(gòu)層、
下保護(hù)套筒并加蓋防護(hù)。
2)監(jiān)測頻率當(dāng)盾構(gòu)機(jī)頭與量測面距離<2B時(曰
為隧道寬度)，4次／d；≥2B，<5B時，2次／d；≥5B，<10B
時，1次／d；≥10B，<20B時，2次／周；，>20B時，1次／周。
3)數(shù)據(jù)分析與處理地表沉降測量隨施工進(jìn)度進(jìn)
行，根據(jù)開挖部位、步驟及時監(jiān)測，將各沉降測點沉降
值繪制成沉降變化曲線圖、沉降變化速度曲線圖，并根
據(jù)沉降變化曲線圖和沉降速率來判斷沉降變化趨勢，
以此反饋指導(dǎo)盾構(gòu)施工。
5．2地面建筑物沉降監(jiān)測
測點布置：在隧道開挖外輪廓線每側(cè)30m范圍內(nèi)
的建筑物，在每個大轉(zhuǎn)角上布設(shè)一個沉降觀測點，每幢
建筑物上一般布置6個觀測點，特別重要的建筑物布
置8個或更多測點。監(jiān)測頻率、測量方法、計算方法同
地表沉降觀測。
5．3隧道內(nèi)監(jiān)測
左線加固隧道內(nèi)的主要監(jiān)測項目有：左線加固段
支撐內(nèi)力的變化情況、左線隧道鋼環(huán)與管片問接觸力
傳遞情況與變化情況、左線隧道管片應(yīng)變監(jiān)測、右線隧
道推進(jìn)過程中對兩隧道間土體應(yīng)變監(jiān)測、左右線隧道
的凈窄收斂變形情況、右線隧道推進(jìn)過程中左線管片
連接螺栓的內(nèi)力變化、左線隧道側(cè)移、左右線隧道接頭
張開量。其中，左線加固段內(nèi)支撐的內(nèi)力變化、左右線
隧道的凈空收斂和左右線隧道接頭張開量在加支撐范
圍內(nèi)每lOm布置一個監(jiān)測斷面。
5．4監(jiān)測數(shù)據(jù)分析
從2006年7月21日開始過北小街8號樓，至
2006年8月26日凌晨盾尾通過南小街8號樓，對地面
沉降點和建筑物沉降點進(jìn)行了嚴(yán)密的監(jiān)測。
=lkd,街8號樓最大沉降點為SYAl。通過監(jiān)測發(fā)
現(xiàn)，從2006年8月2 El盾尾脫出該點位后至8月25 El
(盾尾脫出該點位置241．20m)3周的時間內(nèi)，沉降只
有3．15mm，速率為0．14 mm／d，而從8月16日(盾尾
脫出該點位置148．80m)的6．40mm至8月25日的
6．26mm速率為0．014mm／d。說明沉降已經(jīng)穩(wěn)定。
6 結(jié)語
通過采取上述措施，盾構(gòu)連續(xù)、勻速、平穩(wěn)地完成
了施工任務(wù)，同時先行隧道內(nèi)的各項監(jiān)測結(jié)果也均控
制在設(shè)計允許的范圍之內(nèi)，既保證了先行隧道和后行
隧道自身的結(jié)構(gòu)安全與穩(wěn)定，也達(dá)到了地面沉降控制
在預(yù)定的范圍內(nèi)，確保了地面建筑物的安全。
通過上述方案的完整實施，可以得到初步結(jié)論如下。
1)超近長距離雙線盾構(gòu)隧道，對先行隧道周圍土
體進(jìn)行注漿加固和先行隧道內(nèi)實施十字撐加固是非常
必要的。
2)后行隧道盾構(gòu)可以通過合理設(shè)置盾構(gòu)施工參
數(shù)，達(dá)到減少兩隧道間土體由于后行隧道的施工引起
的卸載作用，從而保證雙線隧道各自的安全。
3)合理設(shè)置盾構(gòu)施工參數(shù)，及時進(jìn)行同步注漿、二
次(或多次)補(bǔ)漿措施，能夠有效減少由于近距離雙線
隧道施工帶來的地面沉降。
(上接第58頁)
土器取樣對土強(qiáng)度參數(shù)的影響及根據(jù)當(dāng)?shù)剀浲撂攸c綜
合判斷選用推薦基坑設(shè)計參數(shù)，設(shè)計單位未能根據(jù)當(dāng)
地軟土特點綜合判斷、合理選用基坑圍護(hù)設(shè)計參數(shù)，力
學(xué)參數(shù)選用偏高，取消施工圖中的基坑坑底以下3m
深土體抽條加固措施后改為自流深井降水不能有效提
高被動區(qū)土體抗力等，降低了基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系的安
全儲備；另外監(jiān)理也存在失職行為。但施工管理和監(jiān)
測管理存在缺陷是關(guān)鍵因素。吸取事故教訓(xùn)，從以下
方面提出建議。
1)施工、監(jiān)理、設(shè)計、監(jiān)測和業(yè)主對基坑工程特點
應(yīng)有深刻的認(rèn)識，基坑工程時空效應(yīng)強(qiáng)，環(huán)境效應(yīng)明
顯，挖土順序、挖土速度和支撐速度對基坑圍護(hù)體系受
力和穩(wěn)定性具有很大影響?；庸こ淌┕?yīng)嚴(yán)格按經(jīng)
審查的施工組織設(shè)計進(jìn)行。應(yīng)及時安裝支撐(施加預(yù)
應(yīng)力)、分段澆筑墊層和底板，嚴(yán)禁超挖。
2)基坑工程不確定性因素多，應(yīng)實施信息化施工。
監(jiān)測點設(shè)置應(yīng)符合規(guī)范和設(shè)計要求。監(jiān)測單位應(yīng)認(rèn)真
科學(xué)測試，及時如實報告各項監(jiān)測數(shù)據(jù)。施工、監(jiān)理、
設(shè)計和業(yè)主單位要重視監(jiān)測工作，通過監(jiān)測施工過程
中的土體位移、圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力等指標(biāo)變化，及時發(fā)現(xiàn)隱
患。采取相應(yīng)補(bǔ)救措施，確?；影踩?。
3)對鋼支撐體系應(yīng)研究和改進(jìn)節(jié)點連接形式，加
強(qiáng)節(jié)點構(gòu)造措施，確保連接節(jié)點滿足強(qiáng)度及剛度要求。
應(yīng)明確鋼支撐特別是鋼支撐連接節(jié)點的質(zhì)量檢查及驗
收標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)對檢查和驗收工作的監(jiān)督管理。
4)加強(qiáng)基坑工程風(fēng)險管理，建立基坑工程風(fēng)險管
理制度，落實風(fēng)險管理責(zé)任。提高基坑工程風(fēng)險意識，
從規(guī)劃、勘察、設(shè)計、施工、監(jiān)理、監(jiān)測以及工程投資和
工期控制，每個環(huán)節(jié)都要重視工程風(fēng)險管理，要加強(qiáng)技
術(shù)培訓(xùn)、安全教育和考核，嚴(yán)格執(zhí)行基坑工程風(fēng)險管理
制度，確保基坑工程安全。

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