隧道洞门设计原则及门洞设计形式比较.doc

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1、研 究 生 课 程 论 文(2009-2010学年第一学期)隧道工程课程论文研究生：周森提交日期： 2010年2月1日 研究生签名：周森学 号200920105032学 院土木与交通学院课程编号S0813083课程名称隧道工程学位类别硕士任课教师刘庭金教师评语： 成绩评定： 分 任课教师签名： 年 月 日 隧道工程课程论文隧道洞门设计原则及门洞设计形式比较周森摘 要：探讨了隧道洞门设计原则和设计思路，对不同门洞设计形式进行比较，并指出了它们的适用范围。关键词：隧道洞门；设计原则；设计形式 0 前言随着基础设施建设步伐的逐步加快，隧道建设规模正日益扩大，人们不但重视隧道施工技术水平的提高，还不断

2、追求它的艺术性，尤其注重隧道洞门的美学效应，使隧道不单成为交通通道，同时又起着点缀周围环境的作用。隧道洞门的外墙设计，应与城市周围的景观相协调，洞门的形式在研究建筑的现象学基础上，结合当地的特色，设计成既美观又经济的隧道洞门。（图1 隧道洞门与景观） （图2 隧道洞门与景观）（图3、4 隧道洞门与周围环境）（图 5 赋予隧道洞门文化内涵）洞门是连接隧道和路基的建筑物，是实现大地绿化的装饰点，广大设计者对洞门形式进行了探索和追求。铁路隧道根据地形将门洞分为洞口环框式、端墙式、翼墙式、株式、台阶式、斜交式、喇叭口式等类型。公路隧道洞门根据工程特点则大有突破和创新，如削竹式、城堡式、欧式等风格。洞门

3、设计是隧道设计的重要组成部分，属于主体工程范围，对其结构形式、外观造型进行多方案比较是非常有必要的。1 洞门的作用隧道洞门的作用体现在以下几个方面：（1） 隧道洞门可以减少洞口土石方开挖量。洞口段范围内的路堑是根据地质条件以一定坡率开挖的，当隧道埋至较深时，开挖量较大，设置隧道洞门可以起到挡土墙的作用，减少土石方开挖量。（2） 稳定边坡、仰坡。修建洞门可以减小引线路堑的边坡高度，缩小正面仰坡的坡面长度，使边坡及仰坡得以稳定。（3） 引离地表水流。地表水流往往汇集在洞口，如不排除，将会侵害路线，妨碍行车安全。修建洞门可以把水流引入侧沟排走，确保运营安全。装饰洞口。洞口时隧道唯一外露部分，是隧道的

4、正面外观。修建洞门可以起到装饰作用，特别在城市附近、风景区及旅游区内的隧道更应配合当地的环境，给予艺术处理，进行美化。2 隧道洞门设计原则隧道洞门位置应该根据地形、地质水文等条件，着重考虑仰坡及边坡的稳定，同时应该结合洞外有关工程及施工条件、运营要求，同时还要满足有关规范的要求，不能随心所欲，但我们可以利用这些因素进行巧妙的结合，使洞门建筑融汇于自然环境当中，达到所需之目的。因此，在洞门设计构思时应考虑若干主要原则。2.1 建筑与结构相结合的原则洞门是隧道工程的门墙，其总体作用分为结构和美化两个方面。前者具有支持山体，稳定边坡并承受该处地层上的压力的作用，后者起到美化隧道的作用。前者是受力所需

5、，后者是审美和艺术的需要。研究隧道洞门设计是研究建筑物的现象学，建筑物的外观在人们头脑中产生一种直觉，使他们意识受到影响并转变为感受理解。公众通常认为隧道洞门设计是类似于挡土墙，其实隧道洞门外墙的作用要比公众认为的大一些，其外部形式不仅仅是赏心悦目，从实用角度而言，它有着更深远的意义，它成为一种环境的隔膜，把外部自然环境与内部人工环境分开，并可将隧道与周围环境连接起来。建筑设计的艺术和科学就是把各种元素组合成一个建筑物的整体，将建筑与结构设计有机地结合起来，使之既美观又符合功能要求。（图6 隧道洞门与周围结构相结合）2.2 环境与意境相结合的原则隧道洞门位置或在丛林之中，或在岩石之壁，或依山傍

6、水，洞门所处的自然环境是得天独厚的。通过隧道所处的地理特点进行构思，它可丰富我们在洞门设计中意境构思的素材，将环境和意境结合起来就会构思出优美的洞门形式。2.3 洞门形式与洞口地形相协调的原则一座隧道采用什么形式的洞门，应结合隧道所处的地理位置、地形地貌情况、洞口场地的宽阔程度来确定，使之协调统一。（图7 隧道洞门与洞口地形相结合）2.4 外墙装饰与相邻建筑物相协调的原则洞门外墙装饰对隧道建筑的美观效果和功能发挥起着很大的作用。一幢建筑物的设计效果除了它的立面造型、比例尺寸和功能分区等设计手法和风格有关外，还与其饰面材质的选用有关。外墙的装饰效果是通过对材料的色调、质感和线条三方面来体现。隧道

7、洞口又称之为“洞脸”，脸是要装饰和打扮的，否则会失去应有的美丽。3 隧道洞门设计形式根据隧道洞口所处的地形、地质条件，洞门形式也有所不同，主要有如下几种：3.1 洞口环框当洞口石质坚硬稳定（I-II级围岩），且地形陡峻无排水要求时，可仅修建洞口环框，以起到加固洞口和减少洞口雨后滴水的作用。（图8 环框式洞口）（图9 框式洞门）3.2 端墙式（一字式）洞门端墙式（一字式）洞门是最常见的洞门。它适用于地形开阔、石质较为稳定（II-III级围岩）的地区，由端墙和洞门顶排水沟组成。端墙的作用是抵抗山体纵向推力及支持洞口正面上的仰坡，保持其稳定。洞门顶排水沟用来将仰坡流下来的地表水汇集后排走。（图10

8、端墙式洞门）3.3 翼墙式（八字式）洞门当洞口地质较差（IV级及以上围岩），山体纵向推力较大时，可以在端墙式洞门的单侧或双侧设置翼墙。翼墙在正面起到抵抗山体纵向推力，增加洞门的抗滑及抗倾覆能力的作用。两侧面保护路堑边坡，起挡土墙作用。翼墙顶面与仰坡的延长面相一致，其上设置水沟，将洞门顶水沟汇集的地表水引至路堑侧沟内排走。（图11、12、13 翼墙式洞门）3.4 柱式洞门当地形较陡（IV级围岩），仰坡有下滑的可能性，又受地形或地质条件限制，不能设置翼墙时，可在端墙中部设置2个（或4个）断面较大的柱墩，以增加端墙的稳定性。柱式洞门比较美观，适用于城市附近、风景区或长大隧道的洞口。（图14、15 柱

9、式洞门）3.5 台阶式洞门当洞门位于傍山侧坡地区，洞门一侧边坡较高时，为了提高靠山侧仰坡起坡点，减少仰坡高度，将端墙顶部改为逐级升高的台阶形式，以适应地形的特点，减少洞门圬工及仰坡开挖数量，也能起到一定的美化作用。（图16 台阶式洞口）3.6 斜交式洞门当隧道洞口线路与地面等高线斜交时，为了缩短隧道长度，减少挖方数量，可采用平行于等高线与线路呈斜交的洞口（洞门与线路中线的交角不应小于45）。一般斜交式洞门与衬砌斜口段应整体灌注。由于斜交式洞口及衬砌斜口段的受力复杂，施工也不方便，所以只有在十分必要时才采用它。（图17、18、19、20 斜交式洞门）3.7 喇叭口式洞门高速铁路隧道，为减缓高速列

10、车的空气动力学效应，对单线隧道，一般设喇叭口洞口缓冲段，同时兼作隧道洞门。（图21、22 喇叭口式洞门）3.8 明洞式洞门当基岩完整，坡面较陡，地面水不大，采用重力式内墙开挖量较大时，可采用钢筋混凝土锚杆式内墙。外墙只承受由盖板传来的垂直压力，厚度较薄，要求地基承载力较小。当地形狭窄，山坡较陡，基岩埋至较深而上部地基稳定性较差时，为了使基础置于基岩上且减小基础工程，可采用钢架式外墙。（图23、24、25 明洞式洞门）4 小结由于隧道洞口段受力复杂，除了受有横向的垂直及水平荷载外，还受有纵向的推力，所以铁路隧道设计规范规定：单线铁路隧道洞口应设置不小于5m长的模筑混凝土加强衬砌，双线和多线隧道应

11、适当加长。洞门宜与洞身整体砌筑。综上所述，洞门的形式较多，选择洞门形式应根据洞口的地形、地质条件、隧道长度和所处的位置等确定，特别要注意洞口施工后地形改变的特点。参考文献1 朱勇全、宋玉香. 隧道工程. 中国铁道出版社，2005，北京.2 俞汝法. 论隧道洞口设计的构想和表现形式. 隧道及地下工程. 1985年4期.3 张浪. 中国园林建筑艺术, 安徽科学技术出版社. 1996.4 谢君泰. 城市隧道洞门设计方案构思. 国际隧道研讨会. 杭州地铁基坑事故调查分析周森摘 要：描述了杭州地铁基坑塌陷事故情况，并对其塌陷原因进行分析，并总结出相关的经验和教训。关键词：杭州地铁；基坑塌陷；原因；经验教

12、训1 杭州地铁基坑塌陷情况2008年11月15日下午3点15分，浙江省杭州市萧山风情大道地铁一号线出口附近发生大面积地面塌陷事故。塌方现场长120米、宽21米、深16米；公路塌方长50米、宽20米、深2米；工地结构性坍塌造成自来水钢管断裂，大量水涌出淹没事故现场。事故发生时，多辆小汽车包括一辆公共汽车坠入塌陷处。事故发生时地下有50多名施工人员，20多名地铁工作人员从坍塌处逃脱，有30多人生死未卜。杭州风情大道地铁施工工地地面大面积塌陷事故，共造成21人死亡。 （图1 杭州地铁塌陷事故现场）（图2 塌陷现场模拟）（图3、4 事故造成的路面坍塌）（图5、6 事故造成支撑倒塌）2 地铁站点施工及事

13、故发展过程2.1 正确的地铁站点土建施工流程 挖基坑四面浇注混凝土连续墙每挖3到5米的土层，以钢管支撑，形成重叠的钢管支撑层挖到基坑底部，要作土质硬化，铺钢筋、打底板地铁站点建筑，由下往上搭建钢支撑逐层撤走混凝土浇好后28天，结构基本稳定。本次事故，发生在基坑底部打底板阶段，这也是地铁建设中最难、最危险的阶段之一。2.2 事故发生过程地面裂开塌陷两边土层向基坑内挤压钢支撑受力过大，发生断裂西侧连续墙倒塌地下自来水管断裂，附近河流发生渗水基坑内迅速积水，继续变形位移。（这一切，都发生在几分钟之内，基坑最深处有16米，坑底的施工人员，没有足够的逃生时间）基坑呈长方形，坑内所有的钢支撑全部断裂，形成

14、犬牙交错的平面。坑底的土层，在两侧的挤压下，向上抬高，坑深已不足16米。西侧的连续墙已经坍塌，形成一个斜坡，土层的巨大压力，将基坑挤压变形。东侧的连续墙下沉了9米，勉强支撑，地质结构发生变化，导致东侧的三幢民居成为危房，必须拆除。 （图7 事故使周围建筑物成为危楼）（图8 围护结构倾塌）3 杭州地铁坍塌原因3.1 设计方案不合理地下连续墙设置深度不足，插入深度不到1倍。据西南交大地质专家曹教授分析，杭州地区土层软，水量丰富，地下连续墙设置至少要达1.5倍或2倍以上。他说，这样的隐患问题在东南沿海城市地铁建设中早已暴露出来了，并发生了惨重事故。遗憾的是承担此次设计任务的北方某设计院对南方地铁、尤

15、其杭州复杂地质条件下如何设计还没有足够的认识，这是导致隐患发生的一个原因。 3.1.1 施工范围的地质条件杭州的地质较为复杂，其地下水含量比较丰富，绝大多数土层皆为软土，地铁基坑开挖、地铁盾构推进等工程作业如同在蛋糕里打洞，施工风险极大。塌陷的工地位于杭州萧山区，这里靠近钱塘江，地下水位比较高，沙下面的水容易进入沙里，形成流沙地质，这样的地质条件，当土挖到一定程度，一旦压力够大，就可能塌陷。遗憾的是，杭州地铁却没有在事故中吸取教训，最终导致悲剧再次重演。3.1.2 掘进范围土体总特征 该线路掘进范围内各土层的总体特征是：高含水量和大孔隙比、高压缩性、低强度、淤泥质软粘性土具有高灵敏度、弱透水性

16、，粉土、粘性土透水性较好，易产生流沙、管涌现象。3.2 风情大道汽车荷载超标严重据杭州市交通部门透露的信息，原道路设计车流量为3000辆，因附近几条道路整修，所有车辆绕至风情大道通过，预计达30000辆/日，荷载超标10倍之多，且有大量超重车辆通行，而设计单位根本没有预料到这样的情况，造成地铁承受超得多得多的荷载，从而发生重大事故。3.3 地方政绩工程思想严重 据一名不愿透露姓名的中铁四局人士称，杭州地铁是为某些企业、少数大款、官老爷服务的工程。这表现在急功近利、贪图虚名，不坚持科学发展观，不按经济规律办事，靠拍脑袋、靠谁官大谁就说了算办事。据调查，杭州地铁至少存在以下三点严重问题：（1） 好

17、大喜功，盲目求快杭州地铁1号线国家发改委批复完工日期为2010年，而该线的主管部门的部分领导，不顾在拆迁滞后一年、于今年6月才实际开工的客观情况，仍要求工期提前至2009年完成，实际工期仅1年半，并向施工方中铁四局所属企业“压担子”，要求打造全国最快、甚至世界第一快的“杭州”速度（据查资料，合理的工期应为3至4年，而国外发达国家却往往为6至7年），迫使将原分段分层的开挖方法改变为大区段整体开挖，以满足工期要求。（2） 拍脑袋决策领导意见代替专家论证，少数富人的利益凌驾于人民群众利益之上。杭州地铁的修建，从某种程度上讲，缺乏对城市地铁路网的层次和分工进行系统性和整体性的考量，线路设计的前期论证做

18、得不够扎实，边规划、边设计、边施工的“三边”策略造成工程多次变更和投资严重失控，给后期施工带来了很多隐患。 （3） 盲目压缩投资在前期的策划阶段，就有专家指出出事的湘湖路车站，原为一条河流，后被回填而成，地质条件极差，不宜采用造价低廉的明挖法进行施工，其认为该方案会严重破坏环境，损害沿线居民的利益，且施工风险较大，极易造成群死群伤的恶性事故，建议采用暗挖盾构法施工。但建设方因担心成本过高，影响运营利润，对此合理方案予以否决。 （4） 管理体制不完善现行的工程承包管理体制也是土木工程屡次出现事故的重要原因。随着国家建设的扩大，工程量的剧增，一些单位的“层层转包”成为普遍的现象，一些能拿到工程的公

19、司往往是低价总承包，然后低价转包，靠数量来提升收入。在总承包单位选择“下家”时，由于资质较高的单位要价比较高，为了提升收入，他们往往选择一些低资质单位，该类单位的管理水平、技术水平往往不高，对于地下工程的施工，更不熟悉，这样就更容易造成事故的发生。对于地铁的整个施工过程，缺乏一个足够的安全风险评估体系。从规划、设计、施工、设备制造与安装到调试、运营，是一个庞大、复杂、多专业、多门类的综合过程。在每个程序上，施工单位都应该清楚风险存在什么地方，应该做些什么。在整个施工过程中加强对每个环节的监测，这样出事故的风险才会降低。4 应当吸取的经验教训事故当中应该吸取的经验与教训，大致体现在以下几个方面：

20、要相信科学。面对灭顶之灾的事故，不能怨天尤人，也不能迷信。对媒体的评论、民众的议论、专家的意见，要认真分析，用科学的态度去看待事故。要消除偏见，消除误解，消除诱导，理性客观地分析事故的原因，提出解决问题、预防事故的方案；（1） 对设计院提出的图纸、建议要进行符合，对发现的问题，产生的疑问，要提出来，进行讨论，要有文字记录；（2） 对土体变形、地面沉降、连续墙或桩的位移、应力变化，要引起足够的注意，分析响应应力情况，不能掉以轻心；（3） 对地面交通荷载，尤其是重交通量下的重型荷载，要重视。交通荷载是反复冲击荷载，对围护结构产生的作用时间长，影响大；（4） 对不熟悉的地质情况应认真研究，不同的地区

21、、不同的城市，地质情况变化复杂，产生的应力、变形有很大差异；（5） 对地下工程，要综合应用理论计算法、实验法、经验类比法等工程方法进行分析，必要时要做响应实验；（6） 对工程可能存在的风险源，可能出现的问题应当分析，应当请有相应工程经验的工程师参加讨论，确定风险源，制定预防方案；（7） 要重视文字，对施工技术方案，管理办法，项目执行情况，会议内容，报告、批复情况等均应有严格的规定，重视文字内容，重视保存文字资料；（8） 要制定突发情况应急预案，明确处理事故的程序，方法，要进行必要的演练，要同相关部门保持联系；（9） 要认真分析同类事故的情况，以事故作为案例，指导地下工程的施工。参考文献1 朱勇

22、全、宋玉香. 隧道工程. 中国铁道出版社，2005，北京.2 杭州地铁事故调查分析.江南西基坑倒塌事故调查分析及基坑施工安全防范周森摘要：介绍了江南西基坑的地质条件、工程和历史概况，通过对其倒塌事故进行调查分析，得到了导致江南西事故发生的原因，并由此提出了有关基坑施工安全的防范措施。关键词：江南西基坑；倒塌；原因；施工安全防范0 前言深基坑土方施工过程中因地质条件的不确定性及其它不可预见因素常会导致各种施工事故，严重影响工程质量和施工安全。综合各地发生的深基坑土方施工事故，主要类型有：悬臂式围护结构过大的内倾位移、内撑或锚杆围护结构失稳发生较大向内变形、边坡失稳、渗流破坏、坑底突涌、周围地面沉

23、降及其它因设计、施工不当而造成的事故。以广州、佛山为例，05年两地接连发生多起基坑倒塌事故，一起了社会各界对建筑施工安全问题的广泛关注。其中海珠广场江南西基坑倒塌事故是其中的典型。每次重大事故的发生，往往是多种主观和客观原因的综合，所以加强从源头遏制事故的发生，增强安全责任意识刻不容缓。1 江南西基坑工程1.1工程概况拟建的海珠城广场位于海珠区江南大道与江南西路交汇处的西南角，地上45层，其中裙楼7层，地下室5层，为框支剪力墙结构，结构高度171.20m，地下室底板面标高为-19.40米（建筑标高0.000相当于城建标高9.80米），结构安全等级为二级，抗震设防烈度为7度，建筑抗震设防类别为丙

24、类建筑，场地类别为类，地基基础设计等级为甲级。该建筑的基础采用筏板基础+局部桩基，持力层均为“（4-S）层微风化泥质粉砂岩”。本工程基坑东西向最大长度约111米，南北向最大长度约71米，基坑深度从现地面算起，最大处约20.7米，根据广州地区建筑基坑支护技术规定（GJB02-98），本工程基坑设计安全等级为一级。1.2 地质条件1.2.1 地形地貌拟建的海珠城广场位于海珠区江南大道与江南西路交汇处的西南角，场地平坦，实测孔口标高：8.218.80m(广州高程系)。 属河漫滩型地貌单元。场地内已揭露基岩为白垩系三水组泥质粉砂岩，局部裂隙较发育，岩体相对较完整，中微风化岩层呈互层状分布。1.2.2

25、岩土分层根据现场钻探资料，结合室内试验成果，按成因、岩性、状态划分，自上而下将场地岩土分层描述如下：第(1)层 杂填土：由碎石、瓦砾、砖砼块等组成。土质不均匀，结构松散，作标准贯入试验1次，N=8击；层厚：2.703.20米。第(2)层 淤泥：深灰色，流塑；含少量粉、细砂，作标准贯入试验4次，N=0.91击；层面埋深：2.703.20米，层厚：0.603.50米。 第(3)层 细砂（局部为粗砂）：深灰色，松散，颗粒不均匀，局部夹薄层淤泥；层面埋深：3.504.90米，层厚：0.601.50米。第(4)层 泥质粉砂岩：褐色；据其风化程度分为三层：（4-）层：强风化，岩芯破碎，呈碎块状，局部风化呈

26、坚硬土状。岩芯采取率：4595%。作标准贯入试验4次，N3755击；层面埋深：5.006.20米(2号钻孔揭露层面埋深为17.20m，层厚达4.60m，其上覆为中、微风化岩)，层厚：0.501.50米。（4-M）层：中等风化，泥钙质胶结，岩芯较完整，呈短柱状，局部呈块状，岩芯采取率：6596%，岩石质量指标RQD为089%。层面埋深：5.609.65米，层厚：0.804.30米。（4-S）层：微风化，泥钙质胶结，岩芯较完整呈柱状，局部呈短柱状，岩质坚硬，岩芯采取率: 80100%，岩石质量指标RQD为40100%。层面埋深：6.4011.80米，层厚：0.507.30米。1.2.3 水文条件场

27、地毗邻海珠涌，涌底与地面高差约4米，涨潮时河（涌）水位距地面约2米。场地内地下水位受潮涨潮落影响，涨潮时，珠江水补给地下水；落潮时，地下水向珠江排泄。2基坑支护方案海珠广场基坑周长约340米，原设计地下室4层，基坑开挖深度为17米。该基坑东侧为江南大道，江南大道下为广州地铁二号线，二号线隧道结构边缘与本基坑东侧支护结构距离为5.7米；基坑西侧、北侧邻近河涌，北面河涌范围为22米宽的渠箱；基坑南侧东部距离海员宾馆20米，海员宾馆楼高7层，采用340锤击灌注桩基础；基坑南侧两部距离隔山一号楼20米，楼高7层，基础也采用340锤击灌注桩。该工程地质情况从上至下为填土层，厚0.73.6米，淤泥质土层，

28、层厚0.52.9米；细砂层，个别孔揭露，层厚0.51.3米；强风化泥岩，顶面埋深为2.85.7米，层厚0.3米；中、风化泥岩，埋深3.67.2米，层厚1.516.7米；微风化岩，埋深6.020.2米，层厚1.812.84米。 由于本工程岩层埋深较浅，因此，原设计支护方案如下：基坑东侧、基坑南侧东部34米、北侧东部30米范围，上部5.2米采用喷锚支护方案，下部采用挖孔桩结合钢管内支撑的方案，挖孔桩底标高为20.0米。基坑西侧上部采用挖孔桩结合预应力锚索方案，下部采用喷锚支护方案。基坑南侧、北侧的剩余部分，采用喷锚支护方案。后由于0.00标高调整，后实际基坑开挖深度调整为15.3米。3 基坑倒塌事

29、故发生及后果3.1事故发生过程珠江新城广场基坑在2005年7月21日中午12：20左右倒塌。据甲方有关人员反映，7月21日上午9时左右，海员宾馆反映宾馆靠基坑侧的墙脚一个晚上裂缝加加宽了约2cm，甲方有关人员马上联系设计人员、施工单位负责人。10：30左右，在基坑南边人工挖孔及喷锚面交界处，从西往东的第3条人工挖孔挡土桩，桩底的上1m左右处，桩身出现竖向裂缝。至中午12：00时左右，甲方质安员、施工单位负责人在南侧基坑底听到“叭”“叭”的声音，初始约1分钟23次，5分钟之后，“叭”“叭”声音越来越密，施工单位负责人就说：是锚索夹片破坏的声音，随即基坑就倒塌了。基坑西南角的临建内人员由于未能及时

30、逃走，基坑倒塌时，有5人受伤，6人被埋，其中3人被消防队员救出，另3人不幸遇难，基坑倒塌前1个小时，施工单位测量的挡土桩加钢管内支撑部分最大位移为4cm。监测单位在倒塌前两天测出的基坑南侧喷锚支护部分的最大位移近15cm。3.2基坑倒塌的影响3.2.1基坑坍塌对周边环境造成如下影响：（1）、地铁停运，停运时间从2005年7月21日下午14时30分至7月22日下午13时58分； （2）、海员宾馆部分倒塌、其余部分所有商户全部停业、人员迁走； （3）、邻近隔山1、2、3号宿舍楼590名居民紧急搬迁，到临近酒店居住。3.2.2基坑倒塌造成的损失海珠城广场基坑倒塌事故，从直接经济损失角度考虑，其损失值

31、超过两亿元，其中包括：基坑及土方施工费、地下室已施工的底板及一层地下室部分；倒塌的海员宾馆及相关物资损失；海员宾馆附楼中近二百户商家的财产损失；事故抢险过程中所投入的大量材力、人力、设备。事故过程中，近五百九十人的临时搬迁；1#楼五十六户人家外迁近一个月的费用；事故发生过程中三个死者的赔偿费；建设方前期报建、设计、监理费；该场地从规划设计为商业用地到事故后变为绿化用地的土地价值损失费。直接经济损失是可以计算的清楚的，但对社会、对政府、对行业造成的间接损失影响是难以估量的。（图1、2 基坑坍塌对周围建筑影响严重）（图3、4、5 基坑倒塌迫使对周围建筑物爆破拆除）4 基坑坍塌事故原因调查综合考察各

32、方面意见，笔者总结基坑倒塌原因分析如下：（1）施工与设计不符： 施工与设计不符，基坑施工时间过长，支护受损失效。该基坑原设计深度只有17米，2004年7月设计深度变更为196米，而实际基坑局部开挖深度为203米，超深33米，造成原支护桩（深度20米）变为吊脚桩；同时该基坑施工时间长达2年7个月，基坑暴露时间大大超过临时支护期限为1年的规定，致使开挖地层软化渗透水、钢构件锈蚀和锚杆（索）锚固力降低，致使基坑支护严重失效，构成重大事故隐患。 （2）地质条件复杂 根据地质勘察资料显示，在基坑开挖深度内的岩层中存在强风化软弱夹层，而且基坑南侧岩层向基坑内倾斜，软弱强风化夹层中有渗水流泥现象，客观上存在

33、不利的地质结构面，施工期间发现上述情况后，虽然设计方对基坑南侧做了加固设计方案，施工方也进行了加固施工，但对基坑南侧中段，设计方和施工方均未能及时有效地调整设计方案和施工方案，错过了排除险情的时机。 （3）基坑坡顶严重超载 7月17日至事发当天，土方运输队在南侧坑顶进行土方运输施工，在基坑坡顶边放置有自重达23吨吊装汽车1台，自重17吨的履带反产车1台和满载后重达25吨的自卸车，致使基坑南边支护平衡打破，坡顶出现开裂。 （4）基坑变形监测资料未引起重视 根据基坑变形检测资料显示，自2005年以来基坑南边出现过变形量明显增大、坑顶裂缝宽度显著增大和裂缝长度明显增长的现象，说明基坑南侧在坍塌前已有

34、明显征兆。监测方虽提供了基坑水平位移监测数据但未做分析提示，业主方对基坑水平位移监测数据未予以重视，没有及时对基坑做有效加固处理。当存在不利的外荷载作用时，就引发了失稳坍塌事故。这一严重的基坑坍塌事故是本项目必须吸取的重要经验和教训，必须以此为鉴，严守“安全第一”的原则，严格按规范设计，规范施工。而详细分析事故的经过、原因和抢险处理方法，有利于熟悉场地情况，正确合理地选用支护方案、施工方法以及防范危险和应急的措施。因此，这是本次设计的前提和必须做好的准备工作。5基坑施工过程的安全防范措施 江南西基坑倒塌事故，让我们在此对基坑施工中的安全问题进行深思。基坑施工过程中必须遵循相关安全防范措施：5.

35、1周边环境资料与设计图纸保持一致（1）施工单位在基坑施工前，应先对周边环境资料按设计图纸先核实，特别是地下建（构）筑物，地下管线，一旦发现与设计图纸不符，应及时通知设计进行设计变更。（2）由于种种原因，部分地下建（构）筑物，地下管线在基坑施工前未能查清，则在施工过程中一旦发现或发现情况与设计图不同，应及时向设计反映，以便及时进行设计变更，确保基坑安全。由于施工不慎引起基坑周边管线（包括给排水管、电缆线、煤气管）等破坏，是基坑工程常见的事故之一，这一点施工单位应高度重视。5.2设计参考的地质资料与实际开挖所揭露的地质资料保持一致 地质资料是支护方案设计的最重要的依据之一，同样的支护方案，地质条件

36、不同，方案的安全度也不同。因此，在施工过程中，特别是基坑土方开挖过程中，若发现实际开挖所揭露的地质条件与设计所参考的地质资料有异，则必须及时向设计反映，若实际地质条件比设计所参考的资料好，则可对原方案进行优化；若变差，则需进行补强。5.3支护结构施工质量满足设计要求（1）锚索（杆）抗拔力能否满足设计要求。所有预应力锚索都应按规范要求张拉至设计抗拔力的1.11.2倍后再进行预应力锁定作业；普通锚杆应按规范要求进行锚杆抗拔力的检验；对喷锚支护方案，普通锚杆的抗拔力试验的最大试验拉力要考虑为锚杆滑动面以内那部分的抗拔力加上滑动面之外部分的抗拔力之和。（2）预应力锚索（杆）的锁定力能否达到设计要求。大

37、量的测试结果表明，采用预应力锚索支护的支护设计方案，预应力的锁定值只是设计值的50%左右。因此，如何施加预应力，包括锚具、夹片的选择，预应力的施加方法。（3）桩的嵌固深度及质量能否达到设计要求，若由于地质原因，桩的嵌固深度不能满足设计要求，则需在桩的端部增设锁脚锚杆；若桩身质量不能满足要求，或增加锚索，或增加支撑，目的是减少桩身的位移和应力。当然，条件允许的话，补桩更好。（4）腰梁与支护结构的连接能否达到设计要求腰梁与支护结构之间，既要保证腰梁能传递水平力，也要保证能传递剪力。因此，当腰梁采用钢筋砼腰梁时，腰梁与支护结构的接触面一定要打毛、植筋；当腰梁采用型钢时，型钢与支护结构的预埋件要焊接，

38、或型钢与支护结构之间要采用砼填实，确保腰梁与支护结构之间的接触面的受力均匀。（5）止水结构能否满足止水要求止水结构能否满足止水要求是基坑施工及工程桩、承台、底板的施工能否顺利的重要因素之一，也是基坑施工过程中周边环境的安全与否的重要因素之一；目前基坑工程常用的止水结构为搅拌桩止水帷幕、旋喷桩止水帷幕、摆喷墙止水帷幕。一般说来，下列几种情况，止水帷幕的止水效果不容易达到设计要求：、砂层底下为强中风化岩层；、砂层中含有较多的旧基础，特别是木桩基础；、砂层中的水为流动水，如一边抽水一边进行止水帷幕施工；、止水帷幕施工过程中，设备故障多，导致止水帷幕的施工搭接口较多；5.4信息化施工 由于地质条件、周

39、边环境、地下建（构）筑物、地下管线等因素都会影响到基坑的安全，而这些因素在施工前的调查是难以确保百分之百准确。因此，施工过程中发现上述条件发生变化时，及时与设计沟通，及时对设计方案进行修改，才能确保基坑施工的安全。5.5 施工过程中容易产生安全事故的情况（1）抢工期：支护结构，特别是锚杆（索）龄期未达到规范要求，强度未达到设计要求就开挖下一层土；（2）超挖：一次开挖深度超出设计要求，或实际开挖深度超过设计深度；（3）超载：坡顶堆载过高，超出设计允许超载；（4）周边环境调整不清楚，邻近水管爆裂，水压力剧增；（5）钢腰梁与斜撑连接点施工不牢靠，在支撑剪力作用下产生滑落破坏，支护结构倒塌；（6）止水

40、帷幕漏水，导致基坑周边下沉，建筑物开裂；（7）施工不按设计要求的施工顺序施工。参考文献1 朱勇全、宋玉香. 隧道工程. 中国铁道出版社，2005，北京.2 广州珠江新城江南西基坑事故调查分析.盾构法隧道施工方法综述周森摘要：查阅大量隧道施工的资料，阐述了盾构法隧道施工的工序，盾构法中的盾构的分类、使用范围和选型等方面的内容，着重讨论了施工中管片拼装和防水技术。关键词：盾构隧道；工序；盾构；管片拼装；防水技术0 前言近年来，随着我国高等级公路及铁路的发展，隧道的建设规模越来越大。隧道在降低交通事故发生率、缩短行程、提高车速、保护环境等方面发挥着积极作用，取得了良好的社会效益和经济效益。但是，另一

41、方面，隧道施工也具有较高的难度和风险，并且针对不同的地质条件，隧道的施工方法也不尽相同。本文就隧道施工中常见的盾构法隧道施工工艺、盾构及相关重要工序进行介绍。1 盾构法概述盾构法是用暗挖隧道的专用机械在地面以下建造隧道的一种施工方法。盾构是指与隧道形状一致的盾构外壳内，装备着推进机构、挡土机构、出土运输机构、安装衬砌机构等部件的隧道开挖专用机械。采用此法建造隧道，其埋设深度可以很深而不受地面建筑物和交通的限制。近年来由于盾构法在施工技术上的不断改进，机械化程度越来越强，对地层的适应性也越来越好。城市市区建筑公用设施密集，交通繁忙，明挖隧道施工对城市生活干扰严重，特别在市中心，若隧道埋深较大，地

42、质又复杂时，用明挖法建造隧道则很难实现。而盾构法施工城市地下铁道、上下水道、电力通讯、市政公用设施等各种隧道具有明显优点。此外，在建造水下公路和铁路隧道或水工隧道中，盾构法也往往以其经济合理而得到采用。盾构法是一项综合性的施工技术。盾构法施工的概貌如图1所示。构成盾构法的主要内容是：先在隧道某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构安装就位。盾构从竖井或基坑的墙壁预留孔处出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的设计预留孔洞推进。盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制衬砌，再传到竖井或基坑的后靠壁上。盾构是一个能支承地层压力，又能在地层中推进的圆形、矩形、马蹄形及其他特

43、殊形状的钢筒结构，其直径稍大于隧道衬砌的直径，在钢筒的前面设置各种类型的支撑和开挖土体的装置，在钢筒中段周圈内安装顶进所需的千斤顶，钢筒尾部是具有一定空间的壳体，在盾尾内可以安置数环拼成的隧道衬砌环。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装一环衬砌，并及时向盾尾后面的衬砌环外周的空隙中压注浆体，以防止隧道及地面下沉，在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方。（图1 盾构法施工概貌）1盾构； 2盾构千斤顶； 3盾构正面网格； 4一一出土转盘； 5一出土皮带运输机； 6管片拼装机； 7管片； 8压浆泵； 9一压浆孔； 10出土机； 11由管片组成的隧道衬砌结构； 12在盾尾空隙中的压浆； 13后盾

44、装置； 14竖井2 盾构盾构是进行土方开挖正面支护和隧道衬砌结构安装的施工机具，它还需要其它施工技术密切配合才能顺利施工。主要有：地下水的降低；稳定地层、防止隧道及地面沉陷的土壤加固措施；隧道衬砌结构的制造；地层的开挖；隧道内的运输；衬砌与地层间的充填；衬砌的防水与堵漏；开挖土方的运输及处理方法；配合施工的测量、监测技术；合理的施工布置等。此外，采用气压法施工时，还涉及到医学上的一些问题和防护措施等。2.1 盾构外形和材料2.1.1 盾构的外形盾构的外形就是指盾构的断面形状，有圆形、双圆、三圆、矩形、马蹄形、半圆形或与隧道断面相似的特殊形状等。例如：将人行隧道筑成矩形，最大地利用了挖掘空间；将

45、水利隧道筑成马蹄形，使流体的力学性能达到最佳状态；将穿山隧道筑成半圆形，可以使底边直接与公路连接等等。但是，绝大多数盾构还是采用传统的圆形。（图2 盾构机内部模型）（图3 盾构刀头）2.1.2 制造盾构的材料盾构在地下穿越，要承受水平载荷、垂直载荷和水压力，如果地面有构筑物，还要承受这些附加载荷，盾构推进时，还要克服正面阻力，所以，要求盾构具有足够的强度和刚度。盾构主要用钢板单层厚板或多层薄板制成，钢板一般采用A3钢。钢板间连接可采用焊接和铆接两种方法，大型盾构考虑到水平运输和垂直吊装的困难，可制成分体式，到现场进行就位拼装，部件的连接一般采用定位销定位，高强度螺栓联接，最后焊接成型。2.2

46、盾构的分类及适用范围2.2.1盾构分类盾构是修建隧道的正面支护掘进和衬砌拼装的专用机具，盾构类型的区别主要是盾构正面对土体支护开挖的方法工艺不同而言。为此盾构的种类按其结构特点和开挖方法来分，主要可分为四大类，如下：(一)、手掘式盾构 手掘式盾构是结构最简单、配套设备少、因而造价也最低，制造工期短。其开挖面可以根据地质条件决定，全部敞开式或用正面支撑开挖，一面开挖一面支撑。在松散的砂土地层，可以按照土的内摩擦角大小将开挖面分为几层，这时的盾构就被称为棚式盾构见图55。手掘式盾构的主要优点：1、正面是敞开的，施工人员随时可以观测地层变化情况，及时采用应付措施；2、当在地层中遇到桩、大石块等地下障碍物时，比较容易处理；3、可向需要方向超挖，容易进行盾构纠偏，也便于曲线施工；4、造价低，结构设备简单，易制造，加工周期短。（图4 手掘式示意图）它的主要缺点有：1、在含水地层中，当开挖面出现渗水、流砂时，必须辅以降水、气压等地层加固等措施；2、工作面若发生塌方时，易引起危及人身及工程安全事故；3、劳动强度大，效率低、进度慢，在大直径盾构中尤为突出。手掘式盾构尽管有上述不少缺点，但由于简单易行，在地质条件良好的工程中仍广泛应用。(二)、挤压式盾构 挤压式盾构（见图56）的开挖面用胸板封