工程事故给予的警.ppt

《工程事故给予的警.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程事故给予的警.ppt（106页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、工 程 事 故 给 于 的 警 示,广州市地下铁道总公司2010年3月,一、前言二、掌握工程地质条件特性，制定相宜措施防控工程风险三、重视支护结构的细部设计与施工，堵塞“蝼蚁之穴”可能产生的灾难四、采用适宜的工法与工艺，确保各环节的效果,一、前言：地铁建设是一造福于城市、造福于人民的事业，是一个现代化城市不可缺少的绿色交通。但地铁是在城市内施工，周边建构筑物、管线密布，任何的疏漏：如对地质条件特性认识不清、施工方法不合理、施工质量控制不好，都会导致危害人民生命财产的严重的事故。因此地铁工程对设计、施工、监理及业主管理水平都是个重要的考场。设计是整个地铁建设的龙头，一个完善、可靠的设计应考虑并包

2、含有抑制相关的风险源的各项措施与方法。施工是设计的执行者，施工队伍的素质与经验除按设计图施工外、还体现在能否根据客观条件的变化采取相应的应变措施与工艺，防止重大事故的发生，保证地铁工程的施工质量与施工安全。监理的监控水平、业主的管理水平则是工程安全顺利实施的监控环节。,广州地铁根据地质条件、周边环境、客流情况采用各种施工方法建成了各种结构形式的车站、隧道：地下线路、高架线路；明挖法、暗挖法、明暗结合、先隧后站等工法,四号线的高架车站,高架车站横剖面图,各种形式的换乘站：二层（万盛围站）或三层（公园前站）的换乘站、通道式换乘站（广州东）,五号线区庄站、西村站,采用明暗结合方法建车站、不占用道路、

3、不影响交通；这类车站在五号线、六号线已成为一个重要的车站结构形式,动物园南门站：,在环市西路两侧布置明挖站厅，道路下采用暗挖法施工站台主隧道及斜通道,小北站：站厅层布置在环市路的两侧，主干道下采用暗挖法施工站台主隧道。,1、采用明暗结合车站是减少城市地铁建设对交通的影响。在一个城市同时在主要交通要道上动工几条地铁线路，如果都按常规方法设置车站城市的交通可能就会瘫痪了。采用上述方式，车站的功能不影响，但施工难度大多了、车站的造价也增加了，但换取了交通的畅顺与工期的目标。2、采用“先隧后站”是减少拆迁对线路总工期的影响。,现广州及国内不少大城市都开展地铁建设，有成功的喜悦，也有教训与失误带来的思考

4、。由于各地地质条件的差异、设计、施工、监理及管理资源不充分，地铁建设中事故多发，成为国外内关注的一个焦点。需从风险与事故的原因分析找出存在的问题，才能避免类似事故的发生。1、地铁六号线XX车站在即将完成车站底板结构时发生涌水基坑全部被淹。花费近千万元才把涌水通道封闭恢复结构施工。,白垩系粉砂质泥岩,粉细砂层,淤泥质砂,坍方体,盾构隧道,矿山法开挖段,2、五号线XX区间联络通道施工发生涌砂涌水形成坍塌，使整个隧道被淹、地面坍塌近百平方的在事故,3、三号线XX站围护结构倒塌造成民房倒塌，基坑被淹。,4、其它城市也发生过类似的联络通道透水涌沙、基坑坍塌、造成周边地区地面沉降、房屋倒塌的重大事故。,导

5、致地铁工程一系列的险情与的原因是什么？事故给地铁设计、施工、监理与业主管理什么样的警示？应采取什么措施才能应对与控制事故的发生与发展？,城市地铁施工安全的主要控制因素：城市地铁施工安全不仅要保证基坑、隧道施工中的结构稳定、保证基坑、隧道内作业人员的施工安全，而且还包括要严格控制周边地层的变形与位移，确保周边建构筑物、道路、管线的安全，确保人民生命财产的安全。城市地铁工程施工安全主要的控制因素可归纳为：1、无论是车站基坑或隧道施工均需保证基坑或隧道内外水土压力的平衡，减少基坑及隧道的变形、保证稳定；2、严格控制水土流失，减少基坑及隧道周边建、构筑物的沉降与变形；3、搞好各项支护结构质量，确保其应

6、起的作用不失控。前二条实质上是工法选择的适宜性，第三条是施工质量。,虽然基坑及隧道工程安全的控制要素不多，但要做好并非容易。不少基坑施工出现倒塌实质上都是在保持基坑内外压力平衡或控制水土流失出现问题。如基坑超挖、不及时加撑，从而导至基坑外水土压力大于基坑内的支承力，使围护结构变形过大到失稳。在城区隧道开挖不及时支护、不能控制掌子面不良地质层的变形、不能控制涌水，甚至按“山岭隧道”的施工方法采用大规模的抽排水，结果带来严重的影响甚至灾难性的后果周边的建构筑物由于水土的流失而产生沉降、开裂、倒塌。有了合理的支护结构设计还需有质量的保证。否则同样会出现重大的风险与事故。,要保证基坑的施工安全各方共同

7、配合，把好设计质量关和施工质量关，做好下列几方面的工作：1、场区岩土工程地质条件的勘察、查明不良地质条件及岩土物理力学性能；2、基坑支护结构的选择与设计：包括基坑围护结构（地下连续墙、柱列式灌注桩、搅拌桩等）、支撑体系（内支撑、锚杆、锚索）的选择与设计、不良地质条件的处理方式等；3、根据场区条件的变化，采取合理的施工方法、工艺措施搞好支护结构的施工、土方开挖及主体结构的施工；4、施工现场的量测与监控、并根据监测数据对设计进行反馈、并指导、调整下一步的施工方法与方案。5、根据监控量测采取有效措施保护周边建构筑物。,二、做好工程地质基础工作，才能减少工程事故的发生 地铁工程多是地下工程，工程地质是

8、地下工程的基础工作；准确了解与掌握各类场区的工程地质的特性才能提出合理的设计方案、才能采用适宜的工程措施处理不良地质条件、防控工程事故与地质灾害的发生。广州地区工程地质条件复杂：断裂构造发育，盖层淤泥、砂层发育，基底岩性类型多变，几种条件的不同组合给设计与施工带来较多困难与意想不到的后果。不少工程事故与风险都是由于对场区工程地质特性认识不清或存在疏漏而导致。（一）不良地质条件对地铁线路安全与施工的影响 1、区域断裂带对地铁线路及车站基坑施工的影响 河沙站基坑开挖至最后结构段的底板底标高，在反梁施工时出现涌水，水量每小时超过500立方，整个基坑被淹。,工程地质资料反映河沙站上部盖层是第四系的三角

9、洲相淤泥、砂层，基岩是白垩系的红色砂泥岩系，基坑支护结构是地下连续墙加内支撑，地下连续墙嵌入基底岩石3-5m；支护结构设计是合理的、安全的。基坑被淹后支护结构未出现大的变形与位移亦反映该站原设计的支护结构是可靠的。但从事故发生后进行的区域地质调查资料显示：A、六号线河沙站及其在坦尾岛段线路处在一叠瓦状断裂带中。B、断裂带造成白垩系地层与岩溶发育的石碳系壶天灰岩交替出现。C、断裂向岛外延伸、破碎带已成为与环岛珠江水系连通的良好通道。D、岩溶及其伴生的土洞均出现在断裂延伸方向。,右图：区域地质图所显示的大坦沙岛地质构造，左图：根据事故后地质调查资料分析的大坦沙 岛地质构造,河沙站,六号线,基坑涌水

10、主要是岩溶与断层破碎带所形成的通道把周边河网的水体导入才产生特大的涌水量，并在涌水期间波及断层带周边的建构筑物。大坦沙岛由于断裂与岩溶、土洞的发育经常导致塌陷发生，塌陷区、点的分布多呈“线状”分布，并与断裂带的延伸方向相一致，从侧面上也反映了其间的相关性。岛上这种地质条件不仅仅给工程施工带来影响，更重要是对今后长期运营构成威胁。线路周边任何抽降水的工程都会影响地铁线路结构的稳定与安全。因此必须控制岛内的建筑规划。事故给于的警示：A、选线勘探应适当扩大范围，掌握区域地质条件对线路稳定性的影响；B、地铁线路在构造复杂地区需慎重选择敷设方式。如本场区线路应调整为高架线路，而且高架线路的桩基要设在可靠

11、的基岩。,2、断层破碎带引发区间隧道涌水造成的风险 五号线XX盾构区间在施工三号联络通道发生突发性的大量涌水（涌水量约为300立方/小时），造成地面高架桥的不均匀沉降；盾构机亦由于尾刷受损，无法穿越富水的破碎带而需停机修复。XX区间埋深达39-45m，至上而下均为不含水-弱含水的白垩系红色砂泥岩残积土、强中风化岩。是地铁隧道设置的较佳层位，也是盾构较易掘进的层位。事故后的补充勘探资料表明该地段存在较宽的断层破碎带，只是这个断层破碎带发生在巨厚的白垩系地层中未能被常规的、浅层工程勘察工作所重视与判别。破碎带及地层中可溶性岩盐、石膏的溶蚀产生的通道成为了地下水富集与涌出的风险。,盾构机,空洞,这次

12、“意外”的涌水事故不仅处理费用较大、延误了隧道掘进的工期，而且对高架桥桩基的下沉、桥梁结构受到一定的影响。事故给于的警示：加强对地质异常点的研究并提前进行预处理（包括对破碎带中的溶洞、空洞以及设备状态）。,3、软土地基对地下工程的风险（1）广州地区软土地基的主要特性：广州地区软土地基分布较广、自北向南有以下变化趋势：A、淤积年代变新；B、厚度增厚，可由210m变成10-40m；夹层增多；C、软土地基中常由二类岩土性能截然不同的地层互层状产出：流塑状的淤泥：成层广泛分布，具有“高含水量（从北向南增加、南沙地区含水量可达70-80%、局部可达到100%）、高压缩性、高粘粒含量，低强度、低透水性”；

13、工程性能差：地基承载力低（一般仅有50-60kPa），沉降量大、灵敏度高、受到震动及扰动结构易受破坏，产生触变成流淌状的稀浆。,触变后成流淌状稀浆的淤泥：A、使基坑外的墙背土压力增加、支护结构变形、弯矩增大；B、基坑内被动土压力降低、支护结构易失稳；C、基坑内土层分层分段开挖的边坡难稳定易滑动；D、支护结构渗漏均可导致边挖边涌、基坑失稳的危险。富水砂层：成层分布、分布面广；与周边河网水系具有较强的水力联系，受潮汐影响水位变化较大。富水砂层为粉细砂时、易液化成为流砂；为中粗砂时、渗透系数高、动水条件下固结质量较难保证。上述二类地层多呈互层状产出，再迭合基底岩层性能的多变性，给地下工程的设计与施工

14、带来不少困难与风险。一个小的疏漏就会导致严重的、灾难性的事故。,（2）流塑状淤泥厚度变化及参数取值对基坑安全的影响：一号线XX车站地质条件较差，场区从上到下分布杂填土，两层淤泥，中夹粉细砂或中砂，下伏白垩系风化基岩。砂层含水量丰富，粉细砂层结构松散易液化，下层淤泥最厚达10.7m，为高压缩性土，其埋深位置位于车站底板附近。车站基坑深度15m左右，基坑底部大部分地段为强风化岩，仍有局部地段在基坑底面以下仍为流塑状淤泥，厚度在4m左右，围护结构采用600mm 地下连续墙加四道内支撑。但基坑开挖却出现以下的险情：A、部分地段开挖至第三道支撑时连续墙已出现裂缝；B、墙体位移及支撑轴力超限；C、坑内分段

15、开挖的淤泥产生滑坡支撑被破坏、墙体出现偏转。,产生上述风险的原因：A、流塑状淤泥计算参数取值偏高：参数选取偏高与设计经验相关：未经压缩的中深部淤泥层与经压缩变形的上部淤泥层C、低得多，造成墙背土压力增大。B、淤泥层局部地段增厚造成墙背土压力增大，支撑轴力增加以及墙体嵌固深度不足；复算表明，当淤泥层厚约为8m时，600mm墙、4道内支撑墙体已达极限状态；当淤泥厚度大于8m时600mm的墙体弯矩、支撑轴力已无法满足安全要求。C、流塑状淤泥在开挖时的扰动产生触变成泥浆状，坡脚不稳易滑动对支撑产生破坏；需采取了以下的措施：连续墙外侧的土体及基坑底部的淤泥进行加固；根据淤泥层的厚度调整支撑设置道数和增加

16、预应力；淤泥坡脚增设反压土护坡。,原设计考虑的最不利工况,实际开挖出现的最不利工况,淤泥加厚,对局部淤泥较厚地段采取下列措施：1、增设一道钢支撑改善于原墙体配筋不足的缺陷；2、墙外淤泥进行加固，减少墙外主动土压力；3、中板下的淤泥注浆加固，增加中板下被动土的抗力，改善墙体嵌入深度不足的缺陷。,事故提出的警示：1、设计需充分注意流塑状淤泥计算参数的选择；A、第四系海陆交互相、三角洲相的淤泥分布范围广，局部地段参数的变化可能是：浅层被建构筑物的压缩、工程勘察采样不规范，但总体情况不会有较大变化；B、流塑、软塑态的淤泥在过载、扰动等过程极易发生流变、且产生流变的时间很短，实际工况不可能存在形成主动土

17、压力的第一破裂面，后面的土体流动很快把侧压传递过来。增加了支护结构的墙背土压力。2、设计应充分考虑流塑、软塑状态淤泥产生流变的可能；充分考虑淤泥产生流变时对支护结构的影响，并采取相应的措施。,（3）围护结构嵌固深度控制要求不明确对基坑安全的影响 二号线南段出入段线一基坑处于淤泥及砂层发育的软土地基，基坑支护采用钻孔桩加内支撑支护，桩间旋喷止水，基坑开挖深度8-15m。基坑开挖却出现以下险情与事故：支护结构突然下沉失稳，并产生较大的变形；部分开挖段出现坑底涌水、涌砂的险情。出现上述情况的主要原因：对围护结构桩的桩长要求不明确，承建商也未能根据地质条件的变化对施工桩长作适当调整，因此出现：局部地段

18、淤泥层变厚、桩的嵌入深度不足阻挡淤泥的涌入；砂层局部变厚桩的嵌固深度未能完全控制砂层水的渗出。,基坑开挖深度,淤泥局部地段变厚,钢筋混凝土围檩及支撑,支护桩下的流塑状淤泥在基坑开挖时边挖边涌，造成支护结构下沉、失稳并拉裂变形,基坑开挖深度,钢筋混凝土围檩及支撑,含水砂层,由于砂层局部增厚，上覆的粉质粘土层厚度减薄，部分围护桩未插入砂层下部的止水层，造成基坑出现涌水、涌砂的险情,上述险情的警示：对于软土地基围护桩（墙）的设计深度需采用“双控”标准，一是插入深度、二是嵌固层位；施工也需根据地层的变化控制围护桩（墙）的终桩（墙）层位。,图片所示的基坑端头已开挖到底开始底板钢筋的绑扎，中部开挖也即将到

19、底，却出现塌陷、基坑一侧下沉几米、支撑崩脱、围护结构（地下墙）向基坑内倾倒，上述情况是否也含有上述事例的因素？,（4）软土地基围护结构选型造成的风险：在淤泥、富水砂层发育的城区，如何选择围护结构是地铁站工的关键，围护结构挡土止水效果关系到基坑安全及周边建构筑物、人民的生命财产的安全。,广佛线一车站基坑采用钻孔桩加钢筋混凝土内支撑支护，,桩嵌入强、中风化的泥质灰岩，桩间采用旋喷桩止水。设计方案从理论上是可行的。但基坑开挖至第二道支撑下却出现涌水，淹没了已开挖的基坑。,基坑涌水的主要原因是桩间旋喷止水效果差：承建商虽在基坑开挖前已对大多数桩间旋喷桩进行抽芯检查，并对质量有问题的地段进行复喷，仍出现

20、在降水井施工时由于桩间出现涌水导致基坑局部被淹。,场区中上部是淤泥、淤泥质砂，下部是中粗砂及砾砂，底部是全、强风化泥灰岩。几百条桩缝中只要出现部分桩缝止水效果差都会出现风险。围护结构类型较多，需根据工程地质条件、周边环境、基坑开挖深度及造价综合考虑。在流塑状淤泥及砂层、尤其是中、粗砂、砾砂层发育区段，又处于城区建构筑物密集的区域应优先考虑采用地下连续墙围护结构方式。广州地区已多次出现中、粗砂层无论是采用搅拌桩或旋喷桩、其固结质量都不理想。五号线珠猎区间为矿山法隧道，部分地段隧道拱顶已进入粗砂、砾砂层，原设计采用密排旋喷桩对该地段砂层进行固结，以保证隧道开挖的安全。但开挖前的抽芯检查、无论是采用

21、旋喷桩或搅拌桩加固砾砂、粗砂层都不能固结。,XX区间后采用了“SWW”加固新工艺才保证了隧道安全开挖。,旋喷桩固结效果差、隧道掌子面涌水,XX区间盾构始发端头井旋喷桩、搅拌桩加固质量均较，造成始发涌砂、涌水的险情,砾砂、粗砂加固效果差的原因分析：无论采用纯水泥浆或水泥-水玻璃双液浆注入地层后都有一定的胶凝时间，即需在浆液胶结前浆液不被地下水冲失才能保证固结效果。在中粗砂、砾砂地层粘粒成份少，多保持松散状态，渗透系数大，渗透能力强；当砂层与江、河水有一定水力联系、其水位变化受潮汐水的影响时，水流的速度已在凝固之前把浆液带走，因此旋喷桩、搅拌桩的成桩效果较差，甚至无法成桩。,事故的警示：A、要根据

22、地层特点、周边环境及基坑开挖深度选好围护结构；B、在潮汐水影响较大的地段要注意砂层固结方法。,2、基底岩层类型对地下工程的影响 广州地区基底岩石类型较复杂，了解各类岩层特性、并根据其特性制定相应的措施才能搞好地下工程的设计与施工。1、岩溶地区对地下工程的影响（1）石灰岩（岩溶）地区的主要特性：A、岩面标高变化大：由于石灰岩成份差异、节理裂隙的发育、岩溶的坍塌常导致溶槽、溶沟比较发育，因此基岩面可以在很小的范围产生较大的变化。B、岩溶发育并与土洞伴生：石灰岩地区不仅岩溶发育，而且在一定的盖层条件下常形成较多的土洞。土洞的不稳定性、易坍塌，对地下工程的影响更快更大。C、岩溶突水：岩溶连通性好，地下

23、水富集，常为承压水，基坑开挖常突水。,（2）岩溶地区岩面埋深标高变化对支护结构稳定性的影响 广州某开发小区基坑大部分已开挖到底，突然在电梯井加深开挖时淤泥涌入，基坑支护结构塌陷70多米。基坑开挖深度仅4米左右，基坑支护采用上部放坡、下部设双排搅拌桩+三排花管注浆土钉，从理论上看设计计算与采用的技术措施是“合理”与“安全”的。但设计疏忽了基坑基底是岩溶地区，基岩面的标高变化较大，局部地段灰岩面的抬起、并缺失了粉质粘土层，使围护结构的搅拌桩未能稳定嵌固，淤泥涌入导致围护结构失稳、基坑塌陷的严重后果。,某小区基坑地质剖面示意图,从设计支护结构计算上、灰岩抬起的钻孔点可不作为最不利的工程地质条件；但从

24、搅拌桩的施工工艺上是无法插入灰岩并形成封闭。施工单位、监理经验的欠缺又未能及时反馈。流塑状的淤泥在基坑开挖时突破未能插入基底灰岩形成封闭的搅拌桩底涌入基坑，造成基坑支护结构坍塌了70多米，并波及基坑外侧的道路、管线。,（3）岩溶突水导致车站基坑被淹 广佛线某车站基坑在开挖到接近底板标高时发生涌水，车站基坑局部被淹。事故发生主要是设计与施工对岩溶的连通性、岩溶的突水危险性估计不足，对已发现的溶洞未进行封填处理。,车站工程地质资料仅在车站端头围护结构的外侧发现有石碳系灰岩和溶洞，但由于溶洞的埋藏深度较地下连续墙的设置深度浅，设计与施工均未对已发现的岩溶进行处理，最终导致基坑局部被淹，事故处理了一个

25、多月。,断层,粉砂质泥岩,粉质粘土,基坑内涌水点,石碳系灰岩,溶洞,地下连续墙,地质钻孔,混凝土支撑,车站基坑涌水剖面（示意）图,在岩溶发育区隧道掘进风险更大，岩溶的突水、涌水不仅给竖井施工、隧道掘进带来破坏性的灾难，而且会引发周边地面、建构筑物大面积的沉降、变形。二号线XX折返线处在灰岩地区、工程地质勘察资料已反映有溶洞，采用矿山法施工。当竖井则穿过第四系覆盖层、进入白垩系与石碳系灰岩的超覆界面、但离灰岩层位还有几米时、就突然涌水，把整个竖井淹没。原因是：在有一定连通性的岩溶地区、岩溶水多属承压水；竖井开挖时、相当于对岩溶上覆土层进行卸荷，当土压与水压的平衡点被打破时，岩溶水就会突出，造成竖

26、井淹没。,在这里需强调的是：城区地下工程处理岩溶与山岭隧道处理岩溶是完全不相同的。如果用山岭隧道处理岩溶水的办法、必然会造成大的事故。山岭隧道与城市地铁隧道不同点在于：山岭隧道是采用“人”坡排水；山岭隧道多处于海平面以上；山岭隧道遇到的岩溶、其水压力也很大；大量的岩溶水流失也会造成山区农田、建构筑物的破坏。所以从保护生态环境的角度、也需对岩溶水进行封堵，防止岩溶水的大量涌出。但基于上述两点，它不会长久地淹没隧道。在城区的地下工程施工，无论是明挖法、暗挖法以及盾构法均要严格控制排水，防止水土流失，否则后果难以设想,XX折返线竖井涌水示意图,竖 井,第四系砂土层,山 岭 隧 道 排 水 方 式,（

27、3）岩溶处理的几条原则：为了控制岩溶地区岩土洞对地铁地下工程施工及防止其对今后地铁运营安全的影响，在二号线及三号线北延线制定了以下的处理原则：A、线路埋深尽量浅，减少岩溶突水风险；B、鉴于土洞发展较快，处于地铁车站、隧道范围内所发现的土洞均需进行注浆封闭处理；C、在岩溶地区建立“高风险区”与“低风险区”的模糊概念，对处于“高风险区”的岩溶均采取措施处理；低风险区的岩溶可不作处理。D、为防止未能探明的岩溶及土洞对运营线路的影响，除对地铁线路结构刚度采取加强措施外，还采用“架桥法”、“土墩法”加强线路上的地基。,广州地铁二号线北延线工程地质纵剖面图,高、低风险区的划分：A、理论上是根据车站结构底板

28、下至溶洞上覆隔水土层厚度能否满足抗岩溶承压水涌出所需的厚度。B、为简化计算，从二、三号线北延线地铁结构埋深、基底岩溶承压水压力以及底板下的岩土性能等方面综合分析，采用了“10m”为分界线。与此同时：主体结构尽量用自重抗浮（厚底板），围护结构尽量采用放坡加喷锚、上部放坡加下部排桩的支护形式，既满足工程实施需要，又尽量少触碰溶岩，避免基坑涌水、涌砂等灾害。采用上述措施后，至今处于二、三号线北延线的岩溶地基的车站基坑及明挖法施工的区间隧道施工总体上是安全。,地面,基坑底,高低风险区界线,明挖结构,岩溶、土洞处理方案,不作处理的低风险区内岩溶,需处理的高风险区内岩溶,10m,结构下加设土墩,隧道采用盾

29、构法施工虽然岩溶突水的危险较小，但仍需：A、防止盾构机“栽头”的风险；B、运营的安全。因此溶洞的探测、影响隧道安全的溶洞处理是工程的重要环节。（一）溶洞探测方法：1、高密度电阻率法：总体探查溶洞分布情况 2、电磁波深孔CT：在钻孔间加密剖切面勘查以判断边界 3、加密钻孔：直观掌握溶洞及充填物状况,电磁波CT探测溶洞分层显示效果,（二）溶洞处理范围：A、隧道外3m内的溶洞；B、软硬交替的塌陷区。（三）加固方法：充填注浆；（四）结构措施：A、管片配筋加强；B、加强管片外注浆（增加水泥含量，提 高防水性能）；（五）设备配置：A、增补超前钻探及充填注浆设备；B、防喷涌的保压泵；C、刀盘配置的调整及增加

30、推力配置。采用上述措施后，盾构顺利完成了五号线草区区间岩溶地区区间隧道的掘进。,2、花岗岩地区的岩土特征及地下工程的风险 花岗岩在广州地区分布较广，包括广州东北部的越秀山、白云山、从化、增城、天河、黄埔以及南部的番禺地域。花岗岩具有以下的岩土特性：A、未经风化的花岗岩及未经卸载的花岗岩风化土均具有良好物理力学性能；B、花岗岩主要成分是石英、长石和方解石等结晶矿物，风化后所形成的风化土（包括残积土、全风化土及强风化土）中主要的成分为石英砂粒及粘土颗粒。C、富含粘粒的花岗岩风化土（包括残积土、全风化土及强风化土）一旦卸载出现临空面（无论基坑或隧道开挖面）粘土矿物将随着地下承压水的渗出而迅速膨胀、软

31、化、泥化、崩解甚至流淌，其物理力学性能极差；地下水渗流加速。,D、岩浆岩冷却过程及组分分布差异造成了花岗岩特有的球状风化孤石的特性。E、花岗岩强、中风化带中节理裂隙发育，具有一定的方向性、延伸性强；渗透性能高，是地下水富集的主要层位，属承压水。花岗岩风化土上述特性给地下工程工带来不少困难与麻烦：基坑开挖到一定深度，基坑土软化、泥浆化，围护结构出现较大变形，支撑出现不稳；基坑周边建、构筑物出现变形、沉降；隧道掌子面涌水量大，隧道上方及周边建、构筑物出现沉降与变形；在建隧道因孤石阻挡难推进，已建隧道如有渗涌水、围岩会因软化、泥化而加大对管片的压力，甚至导致变形开裂。,（1）在花岗岩风化带矿山法隧道

32、施工的风险 A、二号线越秀公园站及纪越区间施工风险：公园站及纪越区间是广州地铁工程第一次在花岗岩地层进行施工，且场区的断裂构造均比较发育。从工程勘察到设计、施工，开始对花岗岩残积土、强风化花岗岩的遇水易软化、易崩解的特性认识不足；按一般的残积土、强风化土去处理。结果从围护结构的施工到基坑、隧道的开挖都出现不少事前未能估计到的困难与险情。车站的围护结构挖孔桩由于残积土遇水易泥化、崩解，难以挖下去；隧道掌子面因残积土的泥化和崩解、较难稳定，地面沉降大、邻近房屋开裂。,为保护邻近的建构筑物和道路、在北段不得不采取在洞外设防渗墙，在洞内增设长管分段劈裂注浆等方法，目的是加强土层的固结性能、堵塞残积土的

33、渗水的通道，防止水土的大量流失，确保地面建构筑物不产生沉降才使隧道能安全掘进）、在南段则采用冻结法施工。,采用长管分段劈裂注浆可使花岗岩残积土被压密；注入的浆液形成的“树根”把松散的土“抓”住；注入的浆液尚可切断裂隙水的通道，有效地控制地下水的涌出及所造成的软化与崩解。,纪越区间南段采用冻结法完成隧道开挖,B、天华区间矿山法隧道施工的风险 三号线XX区间北段矿山法隧道长83.618m，马蹄形断面，分A、B型两种，A断面内净空宽11.2m，高7.608m，长48.565m，区间横穿广汕公路以及北环高速公路元岗特大桥51号桥基，北接天河客运站地铁站。地铁隧道主要穿过可塑、硬塑状的花岗岩风化残积土砾

34、质粘性土和砂质粘性土。,承建商在隧道两侧轮廓线外3.5m部位施作完摆喷墙止水帷幕，后又增设一排旋喷桩止水帷幕补强。A、B断面交接处施作了旋喷桩止水帷幕、端头施设地下连续墙及三排袖阀管注浆加固。拱部120范围打设108大管棚，但开挖过程多次出现喷水喷砂现象及塌方，道路出现较大幅度的下沉，最后尚需在地表采用格栅式的旋喷桩对隧道开挖范围的地层进行加固，洞内双层超前小导管相结合为辅，才免强完成隧道掘进，但对道路、管线、桥梁已造成较大的变形、下沉。,C、三号线广州东-燕塘区间隧道施工风险：隧道开挖中未能有效控制涌水量，已导至远离开挖面100多米的燕岭大厦副楼沉降量达到140多毫米。险情目前还在处理中。风

35、险处理办法：A、隧道全断面注浆截水；B、径向注浆截水；C、在C栋楼房采用补偿注浆控制楼房沉降；D、在燕岭大厦副楼外设止浆墙截水、楼房桩基下采用补偿注浆控制沉降。目前楼房的沉降已得到有效的控制。,区间施工竖井,燕岭大厦副楼,D、基坑开挖的风险：花岗岩残积土发育地区，基坑开挖到一定深度时，由于卸载后、富存在强、中风化带节理裂隙水的涌出，基底土均产生软化、泥化、甚至流淌现象，不仅对基坑的安全、而且对周边的建构筑物带来影响。天河客运站基坑土软化、泥化，被动土压力减少，地下墙变形，支撑轴力增大、甚至折断。,基坑开挖时采用以下措施：增加一道支撑，不断分层加固开挖土体，保持基坑的稳定。,为解决花岗岩风化土在

36、基坑开挖时软化、泥化，地铁建设总部作了各类试用：施喷桩加固、搅拌桩加固、帷幕注浆。其中以帷幕注浆的效果较为理想。,左下图：燕塘站三号线基坑采用注浆帷幕，开挖深度达20m尚未出现泥化；右下图：燕塘站采用旋喷桩加固，开挖深度仅10m左右已出现软化泥化现象。,三、重视支护结构的细部设计与施工，堵塞“蝼蚁之穴”可能产生的灾难,（一）加强城区地铁基坑支撑体系的整体性与稳定性：1、第一道支撑建议采用钢筋混凝土围檩与支撑：“第一道支撑是否需采用钢筋混凝土围檩与支撑”一直有较大的争议。第一道支撑的所受的支撑轴力并不大，采用型钢围檩及钢支撑完全满足设计计算的要求。但考虑到城区地铁周边多为各类楼宇、商场，基坑的安

37、全十分重要，因此在广州城区的地铁基坑第一道支撑多采用钢筋混凝土的围檩及支撑，从第二、三道支撑才采用型钢围檩及钢支撑。（1）钢筋混凝土围檩与支撑与围护结构是一种刚性连接，它可以避免随基坑开挖深度增加二、三道支撑加设时，第一道钢支撑轴力所产生的变化而容易松脱甚至掉落，并有效地控制基坑上部的变形。,（2）钢筋混凝土围檩的刚度可增强围护结构的整体性，有效地传递与分布支撑轴力，因此即使个别支撑出现问题邻近的支撑尚可对基坑的安全稳定一段时间。2、认真做好钢围檩焊接及钢支撑的架设的可靠性：（1）采用桩作围护结构时，所设的支撑均设置围檩再加设支撑，但采用地下连续墙作围护结构时，部分设计与施工单位多支接在墙体上

38、加设支撑。从单幅墙体的稳定性是可行的、安全的，但从防止个别墙体出现异常时能发挥支护结构的整体稳定性，应考虑在各道支撑加设围檩。（2）围檩的刚性可以有效地分担围护结构的荷载，需认真做好钢围檩的焊接工作。（3）钢支撑需采用有效措施稳固架设，不能随意悬吊。,围檩采用钢板焊接、搭接，整体性差、刚度差，不能有效传递剪力、易出事,围檩采用钢板焊接,钢围檩在钢支撑支顶部位未加焊加劲肋板，型钢（工字钢、槽钢）腹板受压变形会产生失稳,未加加劲肋板,加焊加劲肋板,A-A剖面,支撑无围檩、架设简易、容易脱落,3、加强角撑布置的稳定性 三号线XX车站基坑曾出现设置斜撑的地段围囹不封闭、与围囹焊接不可靠、抗剪性能差，支

39、撑轴力无法平衡而引起支护结构失稳跨塌的事故。,设计与施工都要注意支撑的节点是否合理与对称、特别要注意斜撑的围檩与基座设置方法是否正确。地铁三号线XX站由于支护结构设计变更后、没有注意斜撑的的支点已处在开放状态，是导至基坑失稳的主要原因。,变更后斜撑的围檩在此处处于开放状态,XX车站基坑倒塌的主要原因：1、由于围护结构设计变更后围檩处于开放状态，使斜撑受力时围檩处于可滑动状态、抗剪能力、支撑失效。2、斜撑的安装支座不规范。,围檩在此处处于开放状态、斜撑的水平分力使围檩滑动；从而使斜撑失效,斜撑的支座只有几条钢筋焊接,XX车站在换乘部位的两个基坑接口部位、未充分考虑接口部位支撑架设的稳定条件，造成

40、了斜撑失稳、围护结构坍塌、各邻近民房倒塌的严重事故。,1、超挖引起支护结构变形大、出现开裂，不仅需增设钢支撑，而且影响了主体结构的施工。,（二）既要严格控制超挖、也需考虑一定的超挖富余量由于超挖导致的工程风险与事故不断发生。,2、超挖导致支护结构坍塌,XX区间基坑坍塌事故现场,钻孔桩,搅拌桩,钢筋混凝土支撑,围护桩破坏状况的受力分析从两侧围护桩的破坏后的倒塌现状表明：首先是南侧的桩顶不住水土压力而先折断才导至北侧的桩失稳折断；,N,S,坍塌原因有多种解释：A、支撑未及时架设（基坑的围护桩是800mm钻孔桩+两排搅拌桩），开挖至11米时已远远超过应设置第二道支搅的位置，水土压力已超过围护结构的刚

41、度；桩被切断；B、围护结构桩的桩长不足，形成吊脚桩，产生失稳；C、围护结构的桩芯混凝土质量差，未达到设计要求。但超挖不及时加撑可能是最基本的原因。需研究的问题：由于地铁基坑多是深、大基坑，土方开挖量大、工期控制比较严，因此大多数承建商多采用机械施工，超挖的现象是比较普遍的。支护结构设计是否需留一定的安全储备？,某小区楼房基坑由于桩、桩间止水施工质量太差，不断涌水涌砂，造成了基坑被淹的事故。,（三）加强围护结构的施工质量管理,1、全断面深孔注浆与径向注浆,深孔注浆管,在二号线为解决纪越区间花岗岩残积土的泥化与软化对隧道开挖安全的影响，采用了全断面深孔劈裂注浆的方法，劈裂注浆不仅堵塞了风化土中的节

42、理裂隙，防止水的渗出，而且所形成的水泥浆脉也起到加根土的作用，加强了地层的稳定。为控制广燕区间的涌水，不仅需采用全断面注浆、而且需增加径向注浆才能确保隧道、周边建签名册物的安全。,四、采用适宜的工法与工艺，确保各环节的效果,（2）“SWW”深孔注浆预加固富水砂层,五号线XX区间约有100m段富水砂层已进入隧道拱顶上部，原设计施工方案是采用密排旋喷桩在地面进行垂直加固，但在隧道掘进前的检查，发现加固体呈松散状态，未能达到预定结果，并在隧道掘进时多次出现涌砂涌水，近300万的地层加固体不起作用，隧道掘进被迫停止。后采用SWW注浆加固方法，使砂层得到较好的固结，保证了隧道的安全掘进。,采用旋喷方法均

43、未能固结的砂层,珠猎区间富水砂层分布范围及埋藏深度,“SWW”深孔注浆固结富水砂层的机理：A、通过对富水砂层进行反复的渗透注浆与劈裂注浆使富水砂层得到固结并达到一定的强度。B、利用不同浆液的性能使砂层从两个方面得到固结（a)采用可迅速胶凝的AB液通过一定的压力渗入砂层能迅速形成驱水胶凝，堵塞水流通道，然后填充砂层中的空隙并固结起到加固作用。(b)采用渗透性能较好的AC液通过更大的注浆压力对砂层进行劈裂产生裂缝，浆液顺裂缝渗入并凝固形成树根状固结体。既起到压密砂层、又起到“树根”结构较可靠地固结砂层的作用。,经“SWW”注浆固结后掌子面的砂层状态（2）,经“SWW”注浆固结后掌子面的砂层状态（1

44、）,经“SWW”注浆固结后掌子面的砂层状态（3）,WSS施工的主要材料与配比,A液：水玻璃、B液：冰醋酸、C液：水泥浆液,C、“SWW”注浆加固富水砂层的施工工序：“SWW”工法可分为以下几个阶段达到固结目的。第一阶段充填渗透阶段：在较低的注浆压力下，采用AB液对饱水砂层进行渗透注浆的。浆液沿着孔隙渗透扩散驱水胶凝，堵塞水流通道，并充填固结起到加固作用。第二阶段 挤密及劈裂注浆阶段：采用一定的压力注浆，当压力达到一定程度时，浆液在砂层中产生劈裂流动。初始形成垂直分布的劈裂面、始后形成水平的劈裂面。第三阶段再渗透固结阶段：砂层在经过劈裂注浆后，浆液沿着已形成的浆脉和裂缝向四周渗透扩散，大量吸浆，

45、使得浆脉四周的砂土体得到加固，并使加固区不断发展。,XX区间的联络通道坍塌砂层的“SWW”注浆固结：该联络通道坍塌后虽采用了地面旋喷桩、注浆等加固措施，但由于坍塌时已倒入的混凝土影响，加固效果不理想，隧道仍有水的渗涌，现改用“SWW”进行注浆固结。,（3）采用冻结法预加固地层：,A、冻结法加固机理：利用人制冷冻结手段使隧道周围松散的、不稳定的含水的围岩（土）冻结成封闭的、具有足够强度与刚度的冻结壁，然后在其保护下进行隧道开挖与衬砌。B、冻结法需注意的几个问题：合理的冻结范围和厚度：过大的冻土体不仅造成浪费而且十分有害。因此需要限定必要的冻结范围和厚度。这是人工冻结防止冻胀的最基本的原则。注意解

46、决冻涨与融沉造成的影响。,B、冻结制冷系统类型：两大制冷系统：（1）氨（氟利昂）盐水冻结系统（Brine System）；A、制冷剂循环、盐水循环、冷却水循环；B、冻土墙形成、热传播过程、冻结法优越性。（2）液化气体系统（液氮）（Liquefied Gas System，Liquid Nitrogen）C、冻结法的应用：（1）盾构出洞（进发）土体冻结；（2）盾构进洞（到达）土体冻结；（3）地铁泵站及联络通道施工；（4）盾构隧道的地下对接；（5）河川下、地铁下、街区下冻结施工,冻结法在二号线纪越区间的应用：由于纪越区间隧道处于断层破碎带中，地下水又比较丰富，无法按常规的矿山法施工，因此采用了冻结

47、法对地层及所含的孔隙水进行冻结，形成具一定强度的应力拱，保证了开挖的安全。,冻结管在竖井的布置,冻结加固后掌子面无水、地层具较好的加固效果,冻结法在天河折返线隧道的应用：三号线折返线断面较大，处在易软化、泥化的花岗岩残积土层中，地面车流繁忙的交通要道，在接受天河客运站基坑开挖的教训，折返线决定采用冻结法施工。,折返线冻法布置平断面图,右上图：冻结效果右下图：冻结后的地层无法用人工开挖，需采用挖掘机才能开挖,左上图：冻结管的分布：,盾构隧道联络通道水平冻结法施工 盾构隧道的联络通道中部无法钻水平冻结孔，只能采取钻斜孔的方法，因此布孔方案及钻孔技术与其它隧道有较大的不同。泵房埋深较深也虽打斜孔进行

48、冻结。,冻结管,冻结管,联络通道冻结管布置图,盾构隧道联络通道冻结现场,采用冻结法做好地层的预加固后再进行开挖,右上图、右下图：冻涨引起的地面道路隆起与开裂,左下图：冻结法尚可在盾构进出洞的土体加固,（4）“跟踪补偿注浆”与“帷幕注浆”的应用 地铁车站基坑或隧道掘进不可避免会对邻近建构筑物产生一定的影响，如果等到形变发生到危险时再采用措施，其结构可能已发生破坏。“跟踪补偿注浆”是根据变形监测资料对因地应力释放而产生的变形进行及时的补偿，使变形始终控制在某一水平。“跟踪补偿注浆”一般采用可反复多次注浆的袖阀管。广燕区间所穿越的C栋楼房及燕岭大厦副楼采用上述方法已基本控制住沉降的发展。,大厦外侧设

49、防渗墙及对桩基的补偿注浆管，根据监测数据进行注浆，有效控制了沉降。,5、采用正确的坑外堵水方法 各类围护结构接缝间都有可能出现涌砂、涌水的情况，如果不及时控制将会导致基坑塌陷的风险。出现上述情况如采用在基坑内侧进行封堵，效果很差，并会延误堵漏的时机。因在背水面任何材料都难快速固结。应采用在基坑外侧涌砂涌水接缝处采用“设反滤料旋喷堵水”的方法才能有效、快速堵水。主要步骤：A、在基坑外侧渗漏缝处施工钻孔（直径不少于150mm）B、试喷水泥浆，观察浆液是否可漏入基坑；C、提管、倒入“瓜米石”后再旋喷水泥浆液。“瓜米石”在旋喷压力下将顺渗流方向进入裂缝并与砂、水泥颗料形成“反滤层”、并固结封堵渗漏的接缝。,谢 谢！,祝各位同行事业顺利！新的一年取得更大的成功！新年快乐、身体健康！,