岩土工程的事故分析,清华大学 岩土工程研究所 李广信,目录,前言 基坑事故 水利工程事故 滑坡灾害与事故 结语,1. 前言,“天意从来高难问”岩土材料的复杂性、影响因素多样性造成对客观世界的不可确知性和一定程度的盲目性，岩土工程具有更多的不确定性；“天行有常，不为尧存，不为桀亡。应之以治则吉，应之以乱则凶。”（荀子天论）；事故的发生归根结蒂是违反了客观规律，岩土工程的事故是违反了岩土和岩土力学基本的原理。,古代帝尧“用鲧治水，九年而水不息。功用不成。”据说是由于采用了以“堵”为主的战略，结果“治水无状”而被“殛于羽山而死” 大禹吸取了经验教训，采用“导”的战略，结果“开九州，通九道，陂九泽，度九山。”完成了治水任务，功成于天下。 人们都是在失败中总结经验，增长才干，成为专家。太沙基讲过：“一个记录完善的工程实录等价于十个有创造性的理论。”（A well documented case history should be given as much weight as ten ingenious theories.） 屈原在惜颂中指出“九折臂而成医兮，吾至今而知其信然。”,对待工程事故的正确态度,目前“有关部门”对事故采取封堵的做法 ； 严格控制现场，封锁舆论，销毁物证； 评审专家-严禁扩散； 阿Q的精神。,当事者或相关者将造成近300人死亡的襄汾县尾矿坝事故说成是泥石流；将掩埋了20多人的杭州地铁基坑事故说成是“突发性自然事故”。 “天何言哉？四时行焉，万物生焉” （论语阳货）。 “苍天何辜？代人受过。” 鲁迅先生说过：第一个吃螃蟹的人是很值得佩服的，因为他也一定吃过蜘蛛，觉得不好吃，于是人们也就不再吃蜘蛛了。 这里的关键在于他肯将结果告诉大家。,工程事故是可预防与可避免的,人的不安全行为,物的不安全状态,不可抗力因素,海因里希调查了75000件工伤事故的结果,占88%,占10%,占2%,对2001-2007国内地铁建设事故的不完全统计,事故一般是可以避免的：事故有预兆，可以反映在监测数据中，事故萌芽到险情发生一般有2-3天的时间。,事故萌芽,缓慢发展期,快速发展期,事故险情,关键节点,1. 基坑事故,杭州地铁1号线湘湖站 北二基坑事故,事故回放,2008年11月15日下午3时20分左右，基坑西侧，风情大道街口的交通号正值红灯，南行的十4辆车停在路面待行。 司机们觉得人车整体下沉，前门的红绿灯突然不见，紧接着车内进水，车内人员紧急逃离，被淹的K327公交车上的乘客也全部脱险。 风情大道沉陷7m,宽40m,长近百米，很快漫水； 百余名坑中现场施工人员纷纷逃离，名蛙人进行潜水作业。抽干积水之后，派出了搜救犬帮助确定失踪者方位。未能有所发现。救援人员采取每隔50厘米分区挖沟的方式下探。 最后17个施工人员死亡，4人失踪。,事故现场,西侧,基坑内散乱的钢管支撑,坑内的淤泥,南端破碎的钢筋混凝土连续墙(内),南端破碎的钢筋混凝土连续墙(外),工程概况简介,湘湖站为杭州地铁1号线的起点站，位于萧山湘湖杭州乐园西侧，风情大道东侧。 车站东侧为奥兰多小镇、东南方向为杭州乐园，西侧为在建苏黎世小区，建筑物主要为小高层。 车站总长932m，宽21m。根据结构分段施工， 本站主体基坑依照从北向南分段封堵施工顺序，分为北一、北二、南一、南二等多期，,地质断面图,2,2,1,2,强/中风化砂岩,工程情况,车站主体为地下两层三跨钢筋混凝土矩形框架结构。 北二基坑长度为106m，宽度20.5m。 车站主体结构顶板覆土1.8m，底板埋深16m， 地面标高一般在6.0m左右。 主体开挖深度约15.7m16.2m， 围护结构采用800mm厚地下连续墙，连续墙入土深度约17.28m， 竖向设置4道609钢管支撑，支撑中部设置中间立柱。,横断面图,2,1,事故发生前,自10月9号至事发前，临近北二基坑西侧风情大道位于污水管附近上方的车道路面结构层开裂严重、路面下沉明显；曾多次采取架钢筋、浇灌混凝土、对路面的裂缝进行了勾缝等措施来补救。 除基坑外地面开裂现象外，基坑内侧地下连续墙也曾出现过较大的裂缝； 基坑全长分为6个作业段（每段25米左右），事故前第一段已作完底板结构，第二段作完垫层，第三段辅砂石，第四段清底，两台挖机正在第五段和第六段段开挖最后一层土方。 事故前基坑已见底而未作结构的区段至少3段（即6070米长）以上。,钻探的地下连续墙位置,西,原墙位,破坏后的墙顶位置,下部断裂段的顶部,破坏后的平面图,基坑内部（南-北）,西侧的连续墙,土层指标,表1,土体稳定分析,坑底承载力,支护墙抗弯+沿墙底滑动,整体滑动,两层软土的各种强度指标,几点疑问,强度指标试验的合理性；应当采用什么强度指标进行稳定分析？应当采用什么重度计算抗滑力矩？,为什么在西侧坍塌？,西侧风情大道首先坍塌，两墙间距从21m,达到最小3.4m，将坑底淤泥质土挤起来，使基坑的实际深度大大减少，所以尽管所有支撑钢管全部失效，东侧连续墙也发生较大位移，但尚基本保持直立。 西侧是大道，交通方便，几乎所有的施工机械、车辆、泥浆池、建筑材料全部在西侧。超载的工程运土车辆来回反复碾压，路面交通繁忙。 土体已发生较大的位移，地面开裂，反复的路面荷载必然会进一步破坏地基原状土的结构性，由于这两层软黏土的灵敏度较高，这种扰动使土的强度进一步降低， 等红灯的十几辆车重量可能成为了引发垮塌的“最后一根稻草”。,良好的场地条件酿成事故,该基坑工程的工地条件“太好”了：东西两侧距离建筑物都在几十米到百米以上，西侧是风情大道，大道西侧是一个小学校的操场。 自10月9号至事发前的一个多月，临近北二基坑西侧风情大道位于污水管附近上方的车道路面结构层开裂严重、路面下沉明显，基坑内侧地下连续墙也曾出现过较大的裂缝。这些预兆没有引起充分的重视。 常常可以见到这样的场面：由于地面或者墙面发现有微小的裂缝，居民就会在工地集聚起来，阻止车辆进出，大爷大妈们坐在挖土机、起重机下，不准动土群众监督的有效性。,搜寻与恢复施工设计方案,塌陷的路面,资料重勘,1、施工单位（中铁）：北二基坑周边现状图； 2、垮塌的北二基坑既有围护结构现状图（中铁现 场测定）； 3、杭州地铁1号线湘湖站北二段基坑岩土工程勘察报告 （中间资料），浙江华东建设工程有限公司2008年12月 4日； 4、杭州地铁1号线湘湖站北二段基坑恢复方案岩土工程 勘察专题报告（浙江华东建设工程有限公司，2008年12 月31号） 5、2009年1月2日专家评审意见书；,北二基坑现状总平面图,1、新围护桩施工，围护结构外侧加固（格构式旋喷桩结构），新老围护间土体加固。,2、坑外卸土，架设支架、安装钢支撑，现浇冠梁与压顶板。,坑外旋喷桩加固,坑内旋喷桩加固,钻孔灌注桩桩直径12001400,双拼800钢支撑 间距4500,800厚压顶板,旋喷桩止水,坑外旋喷桩加固,坑内旋喷桩加固,桩体接高至地面标高,扶壁式挡墙,北二基坑围护结构南端高低桩 3-3 横剖面图,500500型钢砼垫层 间距4500,钢筋砼撑,灌注桩桩端入岩,型钢混凝土围檩,800钢管撑,800钢管撑,南端两侧高围护桩,北端现有围护,西侧围护结构纵断面图,基坑坑底地基加固处理设计与沉降计算,1、坑底土扰动情况 坑底土为II-2区坑底扰动区：-1层土体以上处发生了较严重的扰动，土 体强度指标，土体指标最小仅为原状土的35%，扰动土总厚度达28m，因此 永久结构底板座落于20m厚严重扰动的欠固结土；基底持力层为6-1层，地 基承载力特征值仅为40kPa，软弱下卧层为6-2层，层厚为1012m、8-1层 910m。因此须对下面欠固结土的压缩固结过程分析、结构完成后产生的 永久固结沉降量进行计算； 倘若不进行加固处理，总沉降量为2010mm，因此必须对土体进行加固处 理。 2、加固土体的处理措施、目标和加固后沉降计算 坑底土加固处理采用复合地基，处理方法采用直径500的高压旋喷桩； 处理目标：根据地下二层轨行层垂直限界要求以及轨道综合误差调整可 能，固结沉降应控制在50100mm内；,复合地基处理纵断面图,长桩底线,短桩底线,坑底下复合地基处理平面图一,采用500615x615旋喷桩加固坑底至坑底下8m范围。,主要工程数量表,复修-排桩支护,新加坡Nicoll 大道地铁基坑倒塌,事故发生地段,地点：Nicoll 大道。日期：2004年4月20日,一.事故回放,2004年4月20日新加坡时间3:30，新加坡地铁循环线Nicoll 大道正在施工的基坑突然倒塌， 造成四名工人死亡， 三人受伤；塌方吞下两台建筑起重机； 使有六车道的Nicoll大道受到严重破坏，无法使用。 事故现场留下了一个宽150m， 长100m， 深30m的塌陷区，扭曲的钢梁、破碎的混凝土板一片狼藉。 事故造成地铁循环路线的工期拖延，计划2010年才可完成，车站转移约100米以外，造成巨大经济损失。,二.工程简介,属于新加坡地铁循环线，合同824。 此段地铁线路采用明挖，用地下连续墙和内支撑支护; 该场地的地基土为新加坡海洋粘土，属于软粘土。其分布是西北较浅而东南深; 基坑开挖深度30-40m之间，对部分软土进行了分层水泥喷浆加固。,地下软土层底面深度的等值线,N,N,E,E,N-N土层断面图 (北距=31651.44m),E-E土层断面图 (东距=31689.06m),2. 66kV 电缆下的缺口,在倒塌区有一66kV 电缆通过，为此，在开挖前，两侧连续墙都留有缺口，在开挖时，采用逆作方式，逐段开挖，逐段将缺口补齐形成连接板，分层喷浆也都留下了缺口。,(a)开挖前的连续墙 (b)开挖第五层后 (c)开挖十层后,分析结果,最大的侧向土和墙位移发生在东半部开挖倒塌前。最大位移的位置大约在海洋粘土最深的地方，靠近开挖的东端-三维土体剖面变化对最大位移有很大的影响。 南墙的最大位移大于北墙，和地面位移倾斜计的测量结果一致;在倒塌前，南墙弯曲变形大大超过北墙。沿着南墙，连接器主要是拉力变形，每个连接器的变形很大，从1.5mm到2.5mm。在倒塌时南墙接点脱落； 墙接点的抗拉性能弱，缺少横撑系统来重分配支撑杆力，并抵抗南墙的侧向拉力，所有这些都导致了墙的倒塌。 局部区域曾经喷浆，但这不能独立加固。在任何情况下，参数研究显示喷浆的作用在倒塌初始阶段并没有支撑杆和墙接点的作用大。,结论意见,事故发生后，最后四人受到刑事指控。 组织了调查委员会对事故的责任进行了调查，同时也责成有关大学和技术部门对事故的原因进行了分析。 陆地交通局委托新加坡国立大学用三维分析研究倒塌事件的机理和过程。 事故现场的软黏土抗剪强度低，基坑开挖较深，以及支护设计和基坑施工的缺陷是事故的主要原因。,上海轨道交通4号线越江隧道的事故,2003年7月1日,(一)工程概况,浦东南路站南浦大桥站区间隧道工程是上海市重大工程项目轨道交通四号线工程的一个重要组成部分。浦东南路站到南浦大桥站区间隧道上行线长2001M，下行线长1987M，其中江中段440M。区间隧道顶最大埋深为37.7M，隧道中心线水平距离为10.984M，隧道最大坡度为3.2%。,盾构从浦东向浦西推进，在穿越黄浦江后经防汛墙、外马路、文庙泵站、音像制品批发交易市场进入中山南路，在穿越多稼路后隧道上下行线逐渐由水平同向推进转为垂直同向推进直至浦西南浦大桥站。图中用深颜色表示的就是本次事故的发生区域。,风井,事故的发生点位于隧道的联络通道处(又称旁通道)，联络通道采用冰冻法进行施工（风井采用逆作法施工，已完成） 。,(一)险情情况,凌晨，联络通道发生流沙涌水，导致隧道上下行线严重积水，进泥沙。同时以风井为中心的地面开始出现裂缝、沉降。,6：00，音像楼发生明显变形，墙面开裂，房屋开始倾斜。,