理论教育 市政工程隧道基坑涌水、涌砂的解决方案

市政工程隧道基坑涌水、涌砂的解决方案

时间:2023-09-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:至2018年3月20日12点左右,事故现场基坑涌水涌砂现象得到有效控制,险情得以初步解除。综上,伴随着隧道基坑开挖的深度增大,坑内外形成高达10 m的动水头压力差,在长期社会车辆持续的动荷载动力和邻近河流水压力共同作用下,地下水击穿止水帷幕,在钻孔桩桩间形成涌水涌砂通道,导致围护结构止水帷幕失效,最终在基坑围护结构侧壁及基坑底部出现涌水涌砂现象,造成路面脱空、塌陷开裂、管线沉降的安全事故。

市政工程隧道基坑涌水、涌砂的解决方案

1.工程概况

1)工程简介

某市市政道路改造工程设计为城市隧道式快速路,隧道全长3 220 m,其中起点敞开段长度为285 m、明挖暗埋段长度为2 670 m、终点敞开段长度为265 m。隧道采用明挖法施工,基坑开挖深度0.9~18.3 m。基坑围护结构根据基坑深度、周边环境的重要程度按不同等级设计,浅基坑采用放坡开挖+喷锚支护深基坑采用钻孔灌注桩+工法桩+止水帷幕的结构支护形式。主体结构截面采用单箱双室箱型结构,建成后为双向六车道。

2)工程地质水文情况

依据工程地质钻探资料,工程地质自上到下依次为1b填筑土、1-1粉土、1-3粉土粉砂、2-3粉砂、3-4中砂等,具体地层特征情况如表16-4所列。

表16-4 地层特征表

根据表16-4显示1-1层粉土、1-3层粉土粉砂、2-3层粉砂均为中偏低压缩性土层,属于软弱地层,受扰动后易液化而加速流动。

3)周边环境

隧道基坑周边施工环境较为复杂,对隧道施工质量管理和安全控制影响较大,主要有以下几点。

(1)建筑物:隧道基坑两侧主要建筑为汽车4S店、酒店等高层建筑

(2)管线:隧道基坑范围内市政污水管、自来水管、通信电缆等地下管线多而杂。

(3)道路:基坑两边均为既有通行道路,为市区交通主干道,日常人流量大,社会通行车辆数量多。

2.案情介绍

1)事故经过

2018年3月29日15点左右,C标段3#泵房隧道基坑在开挖施工作业时,发现基坑底部及围护结构桩桩间部位突然发生较大涌水涌砂现场,紧临基坑路面出现开裂及脱空坍塌现象(图16-10);经查看监测设备,发现基坑周边外既有管线及地面沉降监测数据超过规范允许值。

图16-10 现场事故照片

2)施救情况

本次事故由于发现及时,现场管理人员迅速组织施工作业人员有序撤离,未造成人员伤亡。施工单位随即启动应急救援预案,组织施工力量进行抢险,采取措施如下:

(1)涌水涌砂封堵:现场调配挖掘机、吊车、土方车等设备对漏水位置进行封堵,采取土工布包裹双快水泥对围护桩桩间涌水涌砂点进行填充。

(2)地面注浆加固:在地面采用双液注浆机对土体进行注浆加固,以防土体承载力不足导致地面进一步垮塌,如图16-11(a)所示。

(3)基坑反压回填:基坑涌水涌砂部位后方出现较大空洞,现场涌水涌砂量持续增大,地面开裂现象持续发展,施工单位与业主单位、监理单位和设计单位会议商定,立即对基坑涌水涌砂部位回填土石方,反压出险部位避免发生基坑围护结构失稳、基坑坍塌、三者管线沉降破坏等重大安全事故,如图16-11(b)所示。

(4)加强监控量测:加强监控量测频率、扩大监测范围,持续对基坑周边地表沉降和管线位移进行监测,若监测数据反馈报警,则采取相应措施防止事故损失进一步扩大。

至2018年3月20日12点左右,事故现场基坑涌水涌砂现象得到有效控制,险情得以初步解除。

图16-11 现场施救措施

3)事故原因

事故后,工程各方成立事故处理专家组,聘请勘察单位对受损区域地层进行地质雷达探测和钻孔取芯,根据提供的地探结果和相关检测报告资料,专家组调查分析本次事故主要原因有以下几方面。

(1)车辆荷载作用:基坑外侧既有道路为交通主干道,日常社会车流量较大且重型车辆偏多,存在较大的动荷载持续挤压基坑周边土体。

(2)地下水位变化:隧道基坑外侧与邻近港河、界河存在直接水力联系,水量补给来源充足,受港河、界河水位波动影响,地下水位变化较大。

(3)地层条件原因:根据检测报告显示,出险区域地质为1-1层及1-3层,均为饱和粉砂层,土层强度较低,属于中偏低压缩层,被扰动后流动性增大。

综上,伴随着隧道基坑开挖的深度增大,坑内外形成高达10 m的动水头压力差,在长期社会车辆持续的动荷载动力和邻近河流水压力共同作用下,地下水击穿止水帷幕,在钻孔桩桩间形成涌水涌砂通道,导致围护结构止水帷幕失效,最终在基坑围护结构侧壁及基坑底部出现涌水涌砂现象,造成路面脱空、塌陷开裂、管线沉降的安全事故。

4)处理方案

当前地层情况已被扰动,且仍在持续沉降,为避免该事故继续发展导致更严重的安全事故,针对管线沉降、周边道路脱空开裂等现象,专家组在2018年4月10日召开专题会议并提出相应的事故处理方案(图16-12),主要内容有以下几点。

(1)邻近既有管线,在管道周边采用袖阀管注浆进行加固处理,管线边侧设置降水井,采取控制性降水措施,减少土层含水率,以增加土体承载力及受力性能,达到控制管线沉降的目标。

(2)邻近既有道路,对受影响的邻近既有道路采用袖阀管注浆进行加固处理,保证道路底部土层承载力,从而确保公共交通安全。同时在道路上增设沉降观测点,实时监测道路后续沉降情况。

(3)隧道基坑,在基坑内外补增降水井,疏干坑内透水,减少基坑内外水压差;基坑底部采用袖阀管注浆进行加固,增加基底承载力,同步增加三排围护桩,将加固范围应扩大至泵房外侧。对被破坏的止水帷幕进行封堵并补强加固,增加土体强度。围护桩桩间脱落的喷锚支护进行挂网、补喷修复,保障后续隧道基坑土方正常开挖施工,隧道基坑内加固措施见图16-12。

图16-12 现场加固处理方案

5)索赔情况

2018年4月20日,被保险人提出阶段性索赔,抢险工作完成后,于2018年7月30日提出正式索赔,并提交了完整的基坑抢险、恢复等费用索赔清单,主要索赔项目和索赔金额见表16-5。

3.赔案处理(www.daowen.com)

1)承保情况

保险人就本工程项目向保险人投保建筑工程一切险及第三者责任险,保险期限建筑期为2017年6月23日至2019年11月30日,物质损失部分保险金额CNY4.58亿。保单附加“清理费用扩展条款”“专业费用条款”“特别费用扩展条款”“震动、移动或减弱支撑扩展条款”“保险金额及保费调整条款”等扩展条款。

表16-5 索赔清单

2)保险责任

本案事故发生时间为2018年3月29日,在保单约定保险期间内;根据被保险人提供的勘察报告和专家评审会议纪要,本案是由多种内、外部因素共同作用而引起的基坑涌水、涌砂事故,依据事故原因分析结论和保单保险责任的约定,本次事故保险责任成立,保险人应承担赔偿责任。

3)赔案处理

为了更好地做好本案理赔工作、提供高水平的理赔服务,保险人向被保险人说明理赔服务流程,对本案的关键处理事项进行及时跟踪,主要理赔时间节点和工作内容如下:

2018年3月30日,保险人接报案后第一时间安排理赔人员到现场进行查勘,现场可见在基坑底部及周边已采用反压法回填,桩间及基坑底部仍有涌水、涌砂溢出。经与被保险人经办人沟通了解,此次事故事发突然,造成基坑周边土体大面积塌陷、紧邻道路里面脱空,因事故处理专项施工方案未定,暂无法预估具体损失。

2018年4月10日,保险人到被保险人项目所在地参加本次事故处理专项方案评审会,根据本次事故的修复方案,保险人启动修复监理工作,对被保险人事故处理各项施工项目进行跟踪核定。

2018年7月30日,被保险人修复完成并对本次事故提出最终索赔,保险人根据被保险人提供的相关资料,进行定损、理算等工作,对案件理赔争议事项召开多次理赔讨论会,以便顺利推进本案理赔工作。

2018年10月10日,保险双方对本案理算方案进行了沟通,最终达成一致赔付意向,本案赔款金额CNY698万。

2018年10月19日,保险人支付本案赔偿金,至此本案保险理赔工作圆满结束。

4.案件关键点及争议点分析

本案理赔处理过程中,保险人根据修复方案对修复阶段产生的人工、材料及机械台班投入予以监理旁站,对修复过程进行现场跟踪复勘,并及时予以认定,避免了保险双方对本次事故定损阶段的争议。但是,保险双方对保险合同中涉及的相关定责定损条款理解不同,难免会发生不同程度的理赔争议,如下就保险双方在本次事故后定责定损中的主要理赔争议点进行阐述。

根据专家组论证出具的事故处理方案,被保险人在管线南侧至既有道路区域采用袖阀管注浆对其进行加固处理,以确保道路底部土层承载力稳定,从而保证道路通行安全。被保险人从稳定道路下方土体、消除安全的隐患角度分析认为,该项注浆加固措施是必要和合理的,消除了后续施工的安全隐患,采取的相关加固费用应予以得到赔付。

保险人从保险意义和保单约定分析认为,判别保险事故成立的必要条件是由于承保风险造成了保险标的损失,本次事故并未导致该处出现路面脱空、开裂或垮塌等损失,对于被保险人施作的注浆加固应界定为预防性的超前加固措施,是其消除基坑安全隐患所投入的费用,是被保险人防止损失发生应尽的责任和义务,由此产生的费用为损失发生前的预防费,不应属于保单约定的赔付范围。

针对该争议,保险双方进行了多次沟通和讨论,最终被保险人接受了保险人的观点,放弃了对该项费用的索赔。

5.本案针对施工的几点建议

本案例反映的是隧道基坑在开挖施工过程中的典型风险,隧道基坑在开挖到一定深度后,风险等级逐步加大,加之不易察觉的外部环境影响因素,发生安全事故的概率大幅攀升,如何识别基坑开挖施工的风险以达到安全控制的目标,对于工程建设者而言尤为重要。在工程施工过程中,被保险人应当加强风险跟踪动态管理,控制工程总体风险水平、监控重大风险发展趋势、督促风险规避措施实施情况等,同时还应识别尚未显现的风险,并进行相应的管控措施,均能有效避免或减少隧道基坑在施工过程中发生的安全事故,确保工程建设的顺利进行。

1)风险识别

根据隧道基坑布置与周边建筑物、管线的关系以及隧道场地地质和基坑开挖深度的关系,面临的主要风险有以下几点。

(1)基坑边坡发生滑移。在基坑开挖过程中由于边坡土体承载力不足,基坑支护不及时易发生基坑边坡滑移,致使边坡失稳。

(2)基坑发生涌水、涌泥渗漏。在基坑开挖及使用期间,由于基坑地层饱和土的变化,常发生基坑涌水、涌泥渗漏现象,如不及时处理,会引发基坑坍塌或局部失稳。

(3)基坑底部隆起。在施工中出现软土地层,边坡稳定性差,支护结构嵌固端变形大,基坑基底存在软弱的弱透水层,其下分布有承压性的地下水情况时易发生基底隆起。

(4)地面发生开裂坍塌。基坑边坡位移、涌水涌砂、坍塌、失稳易造成邻近地面下方土体大量流失,导致地面开裂、坍塌。

(5)承压水突涌。在深基坑施工中出现地下水位高并未降水或降水不到位时易发生承压水突涌。

(6)建筑物、管线变形过大。造成建筑物、管线等变形过大的原因,与管线结构、基坑所在地的工程地质条件和水文地质条件关系较大,施工时未对其采取相应保护和监控措施,易导致其变形过大而损毁。

2)风险管控

针对基坑开挖过程中面临的不同风险,应制订合理的风险管控方案。

(1)基坑开挖施工应严格按照设计图纸和施工方案组织施工,遵循“竖向分层、纵向分段、先支后挖、严禁超挖”的原则,掌握“分层、分步、对称、平衡、限时”5个施工要点,处理好开挖与支护的关系。

(2)对基坑土方开挖过程中发现的不良地质部位,应及时通知业主和设计单位加密勘探,进行设计图纸和施工方案优化

(3)根据施工监测专项方案加强监控量测工作,特别是基坑变形及周边构筑物沉降的监测,当发现施工安全隐患以及外部环境发生变化时,应通过监测数据反馈结果及时调整施工方案,及时采取相应的保护措施,切实做到信息化施工。

3)施救建议

基坑风险事故往往情况紧急,事态发展迅速,对基坑本身以及周边既有建筑物都会造成不可估量的损失,抢险施救方案必须简单有效,工程各方应提前制订应急救援预案,并定期进行预演。同时,工程现场需要配备必要的抢险物资,比如钻孔及注浆设备、水泵泥浆泵水泥、水玻璃、钢支撑等。发生险情时,需立即上报,启动应急救援预案。常见风险事故采取的抢险施救措施内容如下:

(1)隧道基坑开挖期间围护结构漏水时,易采取以堵和疏导引流为主的堵漏措施,如背后注浆、旋喷桩止水等;基坑过大变形、变形速率过快时,应立即反压回填、采取应急支护措施。

(2)隧道基坑开挖后,应加强对周边环境的监测,根据监测情况,必要时增设辅助措施(锚杆、坡脚堆沙袋等)保证基坑稳定。

(3)可卸载基坑周边的内外部荷载、对松动土层进行注浆加固、基坑降水降低地下水压力等。

6.本案引发的几点思考

被保险人在工程施工中对容易产生安全质量隐患的各项因素应有一个全面的评估,对风险源的管控应提前制订防范措施和预警预报机制,对可能会发生的风险事故制订应急救援预案。保险人应该提供优质的风险管理服务,组织相关专家在保险期限内定期到现场进行风险查勘,检查被保险人标的的安全情况,及时消除隐患,强化被保险人风险防范意识。根据现场查勘的实际情况有针对性地制订防灾防损措施,与被保险人共同确保工程建设的顺利进行。

在本次基坑受损案件理赔处理过程中,保险双方的沟通比较及时、有效,案件在工程修复完成后顺利达成一致赔付意向,这与被保险人的积极配合密切相关,也离不开保险人在理赔工作中扎实的基础工作,例如本案保险人在事故发生时对被保险人抢险施救过程的认定、共同参与事故处理方案和修复方案的专家会议讨论、采用修复监理工作对事故修复过程产生的人工、材料及机械台班数量记录等。保险人在关键理赔节点上第一时间到现场进行跟踪,有效避免了后期定损理算阶段中不必要的争议。

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