地鐵深基坑工程事故分析與風險防范

劉 旭 劉晨陽

隨著地鐵等城市軌道成為緩解特大型城市公共交通壓力的重要手段,我國的一些大城市正在興起一股興建軌道交通的熱潮。然而我國地鐵發展歷史較短,在建設中對潛在技術風險缺乏必要的分析和論證,以及人們對客觀規律認識不足、管理不到位,地鐵工程安全事故頻發,并造成了重大經濟損失。在眾多地鐵工程安全事故中,基坑工程風險防范尤為重要。

1 事故發生的原因

1.1 主觀因素

通過對“基坑工程實例”中的160起基坑工程事故的分析,可以將工程事故的主要原因歸納為以下五個方面:建設單位管理的問題,基坑工程勘察問題,基坑工程設計問題,基坑工程施工問題,基坑工程監理問題。各個因素所占比例如圖1所示。

1)建設單位管理問題:發包基坑工程設計或施工任務書時無限度地壓價,無限度地壓縮工期,造成時間十分倉促,使得設計中存在不少問題,一些方面考慮不周,各專業之間協調不夠,甚至出現設計安全度偏低、專業之間相互打架的現象;施工則往往粗制濫造,偷工減料,給工程留下了隱患。

2)勘察單位工程勘察問題:a.勘察資料不詳細,所提供的數據不全面,使設計人員失去依據,往往因急于出圖,則憑經驗估計,而估計的數據很難準確,尤其是一些經驗不豐富的設計人員,常常由于估計失當造成事故。b.勘察單位對地質勘察數據處理失誤,勘察報告提供的粘聚力、內摩擦角均比實際數值大,使支護結構設計不安全。c.基坑勘察布點過少,沒有查明場地中某一地段的軟弱土層,使得設計選用同一支護結構,沒有特別處理,從而在施工時造成險情。

3)設計單位問題:a.支護方案選擇不當。深基坑支護方案的選擇取決于基坑實際開挖的深度、地基土體的物理力學性質、地下水位、周圍環境、設計變形要求以及施工條件等諸多因素,任一因素考慮不周或疏忽都有可能造成嚴重后果。b.設計的安全儲備小。為了追求經濟(業主的責任),過大地折減主動土壓力減小支護結構配筋;驗算中使用的安全系數過小,最后導致支護結構較大變形、滑坡、管涌、流砂等事故。c.荷載取值不當,與實際受力狀態有較大出入。

4)施工單位問題:a.防水、降排水措施不當。地面防排水措施不完善,大量雨水滲入或地下水管滲漏,從而導致土體C和φ值下降;基坑降水時未做止水帷幕或止水帷幕不連續、不封閉,基坑內嚴重滲水并引起基坑周圍一定范圍內土體的不均勻沉降。b.施工質量差。施工工藝落后,設備陳舊,管理水平低,監理工作不力等使施工質量極差。c.施工方法不當。這方面的現象比較普遍,如基坑開挖應按設計施工順序進行,應遵循“先撐后挖,嚴禁超挖”的原則,并進行及時支護。開挖順序不當或超挖而挖后未及時支護,便極有可能引起工程事故。d.施工人員素質低,安全意識淡薄。施工人員對工程事故毫無所知或安全意識差,在施工時隨意改變設計意圖或不進行施工監測或對監測數據分析處理不力,從而造成工程事故,這樣的例子也較普遍。e.為了節約,基坑施工沒有安排施工監測,或不合理地削減檢測內容,從而使監測數據不全面,不能形成綜合判斷,從而造成事故。f.基坑周圍因過多堆載而超載。由于施工場地狹窄,挖土及建筑材料等堆放在基坑邊,或大型施工設備行走于基坑邊,從而使樁頂嚴重超載,支護結構變形。g.深基坑采用分包形式,圍護、支撐、降水、挖土為不同工程隊承包,配合不好而導致工程事故。

5)監理單位問題:a.大多數基坑工程的監理工作僅僅停留在施工階段的監理,忽略了對基坑設計質量的把關,使隱患進入施工階段。同時淡化了對材料的抽檢工作,為劣質材料進入場地開了方便之門。b.對基坑工程的重點部位和重點工序沒有旁站監理,也沒有提醒施工單位高度重視,從而導致關鍵部位質量不過關,造成不必要的損失。c.對施工單位嚴重的錯誤行為(如樁后卸土嚴重不足,挖掉支護結構內側留置的反壓土體,先挖后撐,嚴重超挖,監測不及時等)沒有及時制止,從而釀成事故。

1.2 客觀因素

1)地鐵建設大多集中在市區,往往施工場地窄小,周圍建筑物密集,鄰近道路和市政地下管線,因而對基坑穩定和變形控制要求極高,施工條件差,難度大。2)基坑工程涉及面廣,技術性很強,同勘察、設計、施工、監測、管理等都有關。基坑設計和施工涉及地質條件、巖土性質、場地環境、工程要求、氣候變化、地下水動態、施工程序和方法等許多復雜問題,任何一個環節出錯,都有可能導致工程事故的發生。3)基坑工程施工周期長,且為隱蔽性工程,常需經歷多次降雨、周邊堆載、振動、施工不當等許多不利條件,安全度的隨機性較大,事故的發生往往具有突然性,難以防范。4)基坑工程中不確定因素多,如巖土性質個體差異大,勘察數據離散性大,土與支護結構作用機理研究不深入,致使安全系數的選取也具有不確定性。5)基坑工程屬臨時性工程,建設方一般不愿投入較多資金,一旦出現事故,處理也十分困難,造成的經濟損失和社會影響較大。

1.3 其他因素

1)突發性原因或其他不可抗自然因素。由于突發性的地震,山洪或連降暴雨的發生,造成支護結構的嚴重破壞。2)土的凍脹。土凍脹時會對支護結構產生凍脹力,若有水源補給時,凍脹力可能成倍增加,致使結構破壞。另外,凍土融化時,還會產生融陷,破壞原有結構的完整性,為結構失效留下隱患。

2 防范措施

1)明確各級負責人的責任。要明確各級負責人的責任,形成合理的責任分擔體系,有利于發揮所有人的能力和積極性,共同做好安全管理工作。2)重視地質勘察工作,特別要重視深基坑開挖所在地的地形、地貌、水文和工程地質特點的查勘。對支護結構的穩定性和安全性易造成威脅的重要地段、重點地層和重要的土質指標要保證其可靠性。對不符合要求的勘察資料,不得進行深基坑支護的設計與施工。3)要重視地下水的影響,做好降水、排水和防水工作,因為不少工程事故產生的原因就是水的影響造成塌方。對水的處理不僅是指地下水,也包括土層中滯水、地下管道滲漏水、地面無組織排水以及施工期間的雨水等。4)監測方案優化。監測數據是否能準確、全面地反映工地的安全狀況,還取決于監測方案的合理性,建議對每個即將開工的工地的監測方案采取審查制度,這樣可以用較低的成本換來較高的顯示度。5)快速反應。在出現安全隱患或者險情時,要充分利用系統的專家優勢、管理人員優勢、信息優勢等快速反應,使各種風險處于可控狀態。6)制定嚴格的獎懲制度,提高執行力。根據系統提供準確的獎懲依據,以理服人。

3 結語

隨著地鐵建設的不斷深入,地鐵深基坑建設的技術風險控制工作已經引起工程界的高度重視,理論研究和實踐探索都在不斷深入,以下為加強地鐵深基坑建設安全技術防范工作的幾點意見:1)加強工程風險管理與技術風險控制;2)切實加強地鐵規劃、勘察、設計和施工管理;3)加強選擇深基坑施工方案的技術論證;4)確保施工質量,嚴格按照規范以及施組要求進行施工;5)加強現場監測與遠程監控,實現信息化動態施工;6)建立暢通的重大風險處理機制,保障人、財、物供應的快速通道。

[1]陳忠漢.深基坑工程[M].北京:機械工業出版社,2002.

[2]唐業清.基坑工程事故分析與處理[M].北京:中國建筑工業出版社,1999.

[3]楊子勝,梁仁旺,白曉紅.深基坑工程事故分析及防范措施[J].河南科技大學學報,2004(8):71-74.

[4]周志道,陳幼雄.當前深基坑圍護存在的問題和對策[J].工業建筑,1995,25(9):3-7.

[5]張成滿,羅富榮.地鐵工程建設中的環境安全風險技術管理體系[J].都市快軌交通,2007(4):62-65.

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