地铁深基坑工程事故分析与风险防范

刘 旭 刘晨阳

随着地铁等城市轨道成为缓解特大型城市公共交通压力的重要手段,我国的一些大城市正在兴起一股兴建轨道交通的热潮。然而我国地铁发展历史较短,在建设中对潜在技术风险缺乏必要的分析和论证,以及人们对客观规律认识不足、管理不到位,地铁工程安全事故频发,并造成了重大经济损失。在众多地铁工程安全事故中,基坑工程风险防范尤为重要。

1 事故发生的原因

1.1 主观因素

通过对“基坑工程实例”中的160起基坑工程事故的分析,可以将工程事故的主要原因归纳为以下五个方面:建设单位管理的问题,基坑工程勘察问题,基坑工程设计问题,基坑工程施工问题,基坑工程监理问题。各个因素所占比例如图1所示。

1)建设单位管理问题:发包基坑工程设计或施工任务书时无限度地压价,无限度地压缩工期,造成时间十分仓促,使得设计中存在不少问题,一些方面考虑不周,各专业之间协调不够,甚至出现设计安全度偏低、专业之间相互打架的现象;施工则往往粗制滥造,偷工减料,给工程留下了隐患。

2)勘察单位工程勘察问题:a.勘察资料不详细,所提供的数据不全面,使设计人员失去依据,往往因急于出图,则凭经验估计,而估计的数据很难准确,尤其是一些经验不丰富的设计人员,常常由于估计失当造成事故。b.勘察单位对地质勘察数据处理失误,勘察报告提供的粘聚力、内摩擦角均比实际数值大,使支护结构设计不安全。c.基坑勘察布点过少,没有查明场地中某一地段的软弱土层,使得设计选用同一支护结构,没有特别处理,从而在施工时造成险情。

3)设计单位问题:a.支护方案选择不当。深基坑支护方案的选择取决于基坑实际开挖的深度、地基土体的物理力学性质、地下水位、周围环境、设计变形要求以及施工条件等诸多因素,任一因素考虑不周或疏忽都有可能造成严重后果。b.设计的安全储备小。为了追求经济(业主的责任),过大地折减主动土压力减小支护结构配筋;验算中使用的安全系数过小,最后导致支护结构较大变形、滑坡、管涌、流砂等事故。c.荷载取值不当,与实际受力状态有较大出入。

4)施工单位问题:a.防水、降排水措施不当。地面防排水措施不完善,大量雨水渗入或地下水管渗漏,从而导致土体C和φ值下降;基坑降水时未做止水帷幕或止水帷幕不连续、不封闭,基坑内严重渗水并引起基坑周围一定范围内土体的不均匀沉降。b.施工质量差。施工工艺落后,设备陈旧,管理水平低,监理工作不力等使施工质量极差。c.施工方法不当。这方面的现象比较普遍,如基坑开挖应按设计施工顺序进行,应遵循“先撑后挖,严禁超挖”的原则,并进行及时支护。开挖顺序不当或超挖而挖后未及时支护,便极有可能引起工程事故。d.施工人员素质低,安全意识淡薄。施工人员对工程事故毫无所知或安全意识差,在施工时随意改变设计意图或不进行施工监测或对监测数据分析处理不力,从而造成工程事故,这样的例子也较普遍。e.为了节约,基坑施工没有安排施工监测,或不合理地削减检测内容,从而使监测数据不全面,不能形成综合判断,从而造成事故。f.基坑周围因过多堆载而超载。由于施工场地狭窄,挖土及建筑材料等堆放在基坑边,或大型施工设备行走于基坑边,从而使桩顶严重超载,支护结构变形。g.深基坑采用分包形式,围护、支撑、降水、挖土为不同工程队承包,配合不好而导致工程事故。

5)监理单位问题:a.大多数基坑工程的监理工作仅仅停留在施工阶段的监理,忽略了对基坑设计质量的把关,使隐患进入施工阶段。同时淡化了对材料的抽检工作,为劣质材料进入场地开了方便之门。b.对基坑工程的重点部位和重点工序没有旁站监理,也没有提醒施工单位高度重视,从而导致关键部位质量不过关,造成不必要的损失。c.对施工单位严重的错误行为(如桩后卸土严重不足,挖掉支护结构内侧留置的反压土体,先挖后撑,严重超挖,监测不及时等)没有及时制止,从而酿成事故。

1.2 客观因素

1)地铁建设大多集中在市区,往往施工场地窄小,周围建筑物密集,邻近道路和市政地下管线,因而对基坑稳定和变形控制要求极高,施工条件差,难度大。2)基坑工程涉及面广,技术性很强,同勘察、设计、施工、监测、管理等都有关。基坑设计和施工涉及地质条件、岩土性质、场地环境、工程要求、气候变化、地下水动态、施工程序和方法等许多复杂问题,任何一个环节出错,都有可能导致工程事故的发生。3)基坑工程施工周期长,且为隐蔽性工程,常需经历多次降雨、周边堆载、振动、施工不当等许多不利条件,安全度的随机性较大,事故的发生往往具有突然性,难以防范。4)基坑工程中不确定因素多,如岩土性质个体差异大,勘察数据离散性大,土与支护结构作用机理研究不深入,致使安全系数的选取也具有不确定性。5)基坑工程属临时性工程,建设方一般不愿投入较多资金,一旦出现事故,处理也十分困难,造成的经济损失和社会影响较大。

1.3 其他因素

1)突发性原因或其他不可抗自然因素。由于突发性的地震,山洪或连降暴雨的发生,造成支护结构的严重破坏。2)土的冻胀。土冻胀时会对支护结构产生冻胀力,若有水源补给时,冻胀力可能成倍增加,致使结构破坏。另外,冻土融化时,还会产生融陷,破坏原有结构的完整性,为结构失效留下隐患。

2 防范措施

1)明确各级负责人的责任。要明确各级负责人的责任,形成合理的责任分担体系,有利于发挥所有人的能力和积极性,共同做好安全管理工作。2)重视地质勘察工作,特别要重视深基坑开挖所在地的地形、地貌、水文和工程地质特点的查勘。对支护结构的稳定性和安全性易造成威胁的重要地段、重点地层和重要的土质指标要保证其可靠性。对不符合要求的勘察资料,不得进行深基坑支护的设计与施工。3)要重视地下水的影响,做好降水、排水和防水工作,因为不少工程事故产生的原因就是水的影响造成塌方。对水的处理不仅是指地下水,也包括土层中滞水、地下管道渗漏水、地面无组织排水以及施工期间的雨水等。4)监测方案优化。监测数据是否能准确、全面地反映工地的安全状况,还取决于监测方案的合理性,建议对每个即将开工的工地的监测方案采取审查制度,这样可以用较低的成本换来较高的显示度。5)快速反应。在出现安全隐患或者险情时,要充分利用系统的专家优势、管理人员优势、信息优势等快速反应,使各种风险处于可控状态。6)制定严格的奖惩制度,提高执行力。根据系统提供准确的奖惩依据,以理服人。

3 结语

随着地铁建设的不断深入,地铁深基坑建设的技术风险控制工作已经引起工程界的高度重视,理论研究和实践探索都在不断深入,以下为加强地铁深基坑建设安全技术防范工作的几点意见:1)加强工程风险管理与技术风险控制;2)切实加强地铁规划、勘察、设计和施工管理;3)加强选择深基坑施工方案的技术论证;4)确保施工质量,严格按照规范以及施组要求进行施工;5)加强现场监测与远程监控,实现信息化动态施工;6)建立畅通的重大风险处理机制,保障人、财、物供应的快速通道。

[1]陈忠汉.深基坑工程[M].北京:机械工业出版社,2002.

[2]唐业清.基坑工程事故分析与处理[M].北京:中国建筑工业出版社,1999.

[3]杨子胜,梁仁旺,白晓红.深基坑工程事故分析及防范措施[J].河南科技大学学报,2004(8):71-74.

[4]周志道,陈幼雄.当前深基坑围护存在的问题和对策[J].工业建筑,1995,25(9):3-7.

[5]张成满,罗富荣.地铁工程建设中的环境安全风险技术管理体系[J].都市快轨交通,2007(4):62-65.

[6]尹 程.简论工程事故的起因[J].山西建筑,2008,34(8):147-148.