武汉王家湾事故分析.docx

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武汉王家湾事故分析

武汉地铁王家湾站基坑垮塌事故原因分析

王家湾站为武汉市轨道交通4号线与3号线的换乘车站，采用“十”字型换乘，外带商业开发。

车站位于汉阳区龙阳大道与汉阳大道交叉路口，地处繁华地段。

汉阳大道红线为50m，龙阳大道红线为60m。

在汉阳大道和龙阳大道路中均有规划高架桥经过。

2012年12月30日，王家湾站基坑开挖工程中，3号线方向南端头基坑出现垮塌事故。

一、设计情况介绍（基坑事故所在位置）

1、车站简介

3号线为二层侧式车站，南侧设单渡线，车站总长约480.6m,宽约20.35m～44.5m，地下一层为站厅层，地下二层为站台层。

2、车站周边环境

地势东西向起伏较大、南北向较平坦，周围楼房密集，是武汉南北和东西向的交通要道交叉路口。

部分规划尚未实现，现况路边场地较为宽阔，道路下方地下管线密集。

大致的地理位置（4号线为东西方向，3好像为南北方向） 

路口以南350m左右西侧为正在营业的武汉摩尔城，二层地下室，支护型式为桩加预应力锚索，因部分锚索已进入车站基坑内，在施工本基坑前应将锚索凿除；东侧为武汉富豪4S店，2层钢结构，人工挖孔墩基础，埋深6-8m。

2、地质情况

根据王家湾站岩土工程勘察报告（详细勘察阶段），揭露深度范围内，场地分布地层自上而下可分为以下几个单元层，各岩土层按不同岩性及工程性能分为若干亚层，其分布情况及工程地质特征描述如下。

（1-1）填土（Q4ml）;（6-1）粉质粘土（Q4al）; 

（10-1）粉质粘土（Q2-3al+pl）; 

（10-1-1）粉质粘土（Q2-3al+pl）;（10-2）粘土（Q2-3al+pl） 

（11-1）含粘性土细砂（Q2al+pl）;（1-1）填土（Q4ml） 

（6-1）粉质粘土（Q4al）;（10-1）粉质粘土（Q2-3al+pl） 

（10-1-1）粉质粘土（Q2-3al+pl）;（10-2）粘土（Q2-3al+pl） 

（11-1）含粘性土细砂（Q2al+pl）; 

具体地质参数如下表。

C、φ值参照湖北省《基坑工程技术规程》提供，仅供基坑支护设计使用；基本承载力、极限承载力根据《铁路工程地质勘察规范》（TB10012-2007/J124-2007）提供。

3、围护结构设计

围护采用D1000@1200钻孔灌注桩，标准段采用3道支撑，其中第一道支撑为混凝土支撑，第二、第三道支撑为钢支撑，D800δ16；在端头位置，因基坑深度较大，采用3道支撑，并换撑一道。

1）围护平面及第一道支撑平面布置图 

2）第二、第三道支撑平面布置图 

3）端头位置基坑横断面图 

4）端头位置基坑纵断面图 

二、基坑垮塌过程

根据“基坑局部坍塌抢险的技术咨询意见”中的情况分析，武汉市轨道交通3号线王家湾站南端头井开挖施工深度至17m左右（距基底标高约2m），第一道钢筋混凝土内支撑及第二、三道钢支撑已安装完毕。

2012年12月30日 上午11时30分左右，南端头井坑壁发现渗水，伴随坑边地表下沉，路面开裂，12时左右南端头支护桩突然在桩顶以下约10m处折断，靠近端头井侧壁部分支护桩受牵引发生较大变形，冠梁破坏，端头井基坑局部坍塌。

根据施工方汇报的情况，在早上10点左右就发现混凝土支撑（第一道支撑）出现微裂缝，随后围护桩间抹平出现掉皮现象。

现场在11点多发现渗水，地面下沉路面开裂……（后面的情况与咨询意见一致）。

但与现场业主沟通了解情况。

因当时施工方说在约在10m深度出现裂缝，问裂缝到底在什么位置，是第二道支撑之上还是之下，答复说，现场工人说的是地下10m的位置（对第二道支撑之上或之下没有明确说，显然是不太清楚的） 

三、原因分析

因为现场情况并不是十分准确，按照以下多种工况进行了计算，情况列表如下：

1、原设计条件（全过程）

王家湾站基坑垮塌验算A原状土全过程基坑开挖深度为20.6m，采用1000@1200灌注桩围护结构，桩长为31.6m，桩顶标高为0m。

计算时考虑地面超载20kPa。

3、开挖17m计算（假定上部土体变差）

4、支撑第三道未架设（原状土）

5、支撑第三道未架设（假定上部土体变差）

6、桩内力汇总

7、施工图围护桩承载力

基坑垮塌范围，围护结构主要参数：

（1）、采用D1000@1200桩，混凝土等级C35；主筋28Φ28；箍筋Φ12@100（加密区，支撑上下各2m），Φ12@200（非加密区） 

（2）、混凝土支撑800×1000，混凝土等级C35； 

（3）、钢支撑D800t16，Q235级钢。

（≈45°斜撑）最大长度L=18.25m，中间有联系梁。

（4）、根据以上参数，计算得到桩体承载力：

抗弯承载力设计值：

                      1840KN*m 

抗剪承载力设计值（加密区）：

             1350KN 

抗剪承载力设计值（非加密区）：

           740~1020KN 

（因抗剪与剪跨比λ=M/（V*h0）有关，且1≤λ≤3） 

对比各计算过程，围护结构弯矩完全满足要求，抗剪承载力也完全满足各种工况。

对原状全过程工况计算，最大剪力时工况如下，出现剪力最大处，弯矩较小，实际λ=1，抗剪承载力约1000KN。

8、假设漏水水管至基底以下1m范围土层参数全部折半

漏水水管约地下4m，假设地下4m至基底以下1m（约地下18m）范围土层参数因漏水浸泡后参数全部折减一般，考虑漏水影响。

可见按正常工序进行支撑架设（即3道支撑），即使漏水点（约地下4m）以下所有土体参数全部折减一半，桩的抗弯、抗剪承载力均满足要求。

如果只有两道支撑，则桩的抗弯、抗剪不能满足要求。

但实际上，土层均为若透水层（渗透系数10^（-6） cm/s数量级），即使漏水也很难很快就渗透到很深的范围，而施工现场围护桩内表面在事故前并无明显出水现象，故上述假设漏水一下所有土层参数折减一半是非常保守的。

9、钢支撑构件等验算

经初步验算，当采用三拼工45b钢腰梁时，钢腰梁的抗剪承载力达到V=2174KN，对于水土合算的各工况均未超过抗剪承载力设计值。

经初步验算，支撑节点焊缝承载力Vmax=2432.2 kN，对于水土合算的各工况均未超过抗剪承载力设计值。

对于考虑漏水点以下所有土层参数折半的情况，钢支撑与腰梁连接节点抗剪承载力不满足要求。

经初步验算，抗剪蹬与钢腰梁的焊接承载力：

V=1528*√2=2160KN，对于水土合算的各工况均未超过抗剪承载力设计值。

对抗剪蹬的两块钢板之间的内部连接经验算也满足要求。

四、实际情况分析

工地出现垮塌事故后，在4号线全线工地巡检途中，有施工单位反映，在当时王家湾站基坑出现问题后，他们被要求过去支援，看到的情况并不是某某局施工单位自己汇报的那样。

而且根据支援抢险单位的反映，在汉阳这边地质条件好的位置，有些做法，比较普遍 

如果没有架设第二道钢支撑，支护结构的情况如下：

开挖至9.4m的内力及位移：

开挖至17.0m的内力及位移：

根据前面计算桩的最大承载力：

抗弯承载力设计值：

                      1840KN*m 

抗剪承载力设计值（加密区）：

             1350KN 

抗剪承载力设计值（非加密区）：

           740~1020KN 

（因抗剪与剪跨比λ=M/（V*h0）有关，且1≤λ≤3） 

实际在开挖至14.8m时，桩体受到的实际弯矩即将达到设计最大承载力，但仍有少量余地，此时桩有较大位移，应开始出现征兆。

在开挖至17.0m时，桩体抗弯承载力完全不能满足要求，此时最大弯矩值在地下9m位置。

为何在开挖至17m才出现事故，而不是在14.8m出现，因地下管线漏水情况等，无法确认。

但可以肯定的说，土层的条件实际好于设计中考虑都变成淤泥土（C=5KPa，Φ=5°）；根据设计规范取值的混凝土等级、钢筋强度等均有一定安全可靠率，实际混凝土强度、钢筋抗拉强度等均大于设计值，故基坑没有在开挖至14.8m时出现问题。

根据工点设计院向现场施工管理人员了解，钢腰梁是否设置了抗剪蹬，施工单位人员支支吾吾说“部分位置有”，估计现场实际是没有按照设计要求设置的。

五、结论

1、设计是足够安全可靠的。

2、施工到底按照设计图纸要求实施没有，无人查证。

3、桩体断裂应是受弯折断，非施工、业主所称的受剪破坏。

4、根据现场及相邻工点单位了解情况，施工现场十分过分，将设计的富裕度全部吃掉。

5、钢腰梁在盾构井等角部位置（尤其不是扩大段的端头井），并不可靠，建议今后全部改为混凝土腰梁，避免施工单位安装滞后甚至不安装。

6、基坑虽然填平，但是断桩的形态在重新挖开后是可以看到的。

虽然支撑的多少，理论上也是可以查证的，但实际因土方重新开挖时间长，无法完全控制过程，一旦施工方想隐瞒，难以找到确实证据。

7、最终官方处理意见是，事故是因为端头井外的污水管漏水致土层变差，最终致桩剪短。

当然，明白人想想也知道是怎么回事。

8、经过该事故后，武汉市4号线地铁基坑设计，加强了端头井处第一道撑以下的腰梁设计（尤其是非扩大段的），建议为混凝土腰梁。