上海地铁冻结工程事故分析及处理.docx

《上海地铁冻结工程事故分析及处理.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《上海地铁冻结工程事故分析及处理.docx（16页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、摘要冻结工程事故作为冻结工程的一种破坏性实验，暴露出很多冻结工程设计 与施工中存在的问题，因此对于冻结工程事故的研究，就是对冻结工程暴露问 题的研究，对于完善冻结工程的实用理论及技术的发展十分有益。本文通过对 上海地铁某中间风井冻结工程事故的产生、发展、结果等进行了全面的分析和 研究，发现了该工程设计、施工等相关程序和工程管理方面的一些缺陷，这些 因素和危险因子结合在i起就构成了事故发生的原因。最后，针对具体的修复 方案中的技术难点提出对应的技术对策和技术措施，为今后相类似灾害事故的 发生提供可借鉴的资料。关键词 冻结事故；处理技术；预防实际施工中，由暗井和旁通道结构施工完毕后，再打开隧道管片

2、上的预留 口，改为先打开隧道管片，暗井与旁通道同时开挖的方式。这样施工的冻结方 案在旁通道位置形成的冻结帷幕，存在着明显的冻结帷幕薄弱区。34冻结失效诱发突水致灾机理从地层分布上的土层及水力作用分析，不难得出联络通道开挖面临流沙的 威胁。为了维护隧道开挖时的施工安全，对中间风井两个暗竖井及旁通道的地 层进行了冻结施工，冻结的力学作用在于将水土混合体冻结形成冻结帷幕，在 开挖空间周围形成一个密闭的防渗保护体，同时该防护体具有一定的承载力抵 抗渗流压力，维护开挖空间周围土体的稳定。但是在实际的冻结施工过程中， 冻结帷幕存在薄弱环节，造成局部冻结帷幕抗力不足，容易首先发生破裂，该 破裂点成为流沙涌入

3、联络通道和隧道的入口。同时，在施工过程中，6月28日 上午，下行线小型制冷机发生故障，停止供冷7.5小时，期间无其它设备供 冷。下午约2： 00,施工人员在下行线隧道内安装水文观测孔（水文孔应在冻 结施工之前安装），发现一直有压力水漏出。6月29日凌晨约3： 00测得该处 水压为2.3公斤/平方厘米（与第7层承压水水压接近），没有采取紧急降水降 压措施，XT1温度测量孔内隧道钢管片交接处土体温度为8.7o 6月30日， XT1温度测量孔内隧道钢管片交接处土体温度为7.4C,现场施工人员采用干冰 加强冻结，于当日下午约3： 30,用150kg干冰敷于下行线隧道内壁中线以下 部位。当晚约8： 00

4、,施工人员检查时发现干冰气化所剩无几，钢管片有结霜 现象。从6月28日至6月3（）日期间，因为小型冻结制冷机发生故障，连续三 天出现冻结帷幕冻结失效，温度回升剧烈，发生压力渗水且接近承压水，说明 该部位冻结完全失效，已经失去冻结帷幕的保护作用，在水动压力作用下，极 易沿着该冻结失效部位发生土体失稳，该部位土体的塑性流变变形失稳使得大 量流沙涌入联络通道及上下行线成为可能，但是并不能立即发生流沙。在此冻结失效的情况下，现场施工并没有针对此情况及时采取冻结失效的 补救和应急措施，以控制薄弱部位的失稳，反而进一步开挖薄弱部位，在旁通 道内施工0.2m的输送混凝土导洞时，形成了临空空间，使得产生流沙的

5、三个充 分条件中，除了已经具备的粉细砂土层条件、冻结失效产生的动水压力条件之 外，由于局部导洞的出现又产生了充分的临空面，使得流沙的发生完全具备了 充分必要条件，因此导致流沙的发生。现场破坏现象的发展，也说明了这一 点。7月1日零点班0： 30左右，旁通道开挖班组用风镐开挖了一个直径0.2m 的输送混凝土导洞，准备安装混凝土输送管。约1小时后，此孔打至下行线隧 道钢管片。凌展约4时，现场工人发现此孔洞下部有水流出，立即用水泥封 堵，但约1()分钟后，发现流水不止，不久掘进面右下角开始出水，且越来越 大，在场工人用棉被、泥土袋、水泥包等材料封堵。约6： 00,隧道内发出异 响，随后，大量水、流砂

6、涌人旁通道，即发生流沙。随着大量水、流砂涌人联络通道，流沙的发生对联络通道周围土体及周边 环境造成离不利的影响。比如：引起隧道受损及周边地区地面沉降，造成三幢 建筑物严重倾斜，墙体开裂；附近地面也出现不同程度的裂缝、沉降；地下建 筑管因为地层的不均匀沉降过大，发生破裂；防汛墙由裂缝、沉降演变至塌 陷，隧道区间由渗水、进水发展为结构损坏，并发生了防汛墙围堰管涌等险 情。流沙对环境及周围土体产生影响的作用机理如下：(1)联络通道外及上下行线管片外流沙带动联络通道及上下线管片周围中 的粉细砂土体颗粒不断涌入通道和隧道内，造成通道和隧道管片后产生大量空 洞，由于空洞产生了临空面，导致空洞上覆土层在自重

7、作用和地面荷载作用 下，发生土体塌陷；同时粉细砂层中水体的流失，引起该层土体孔隙水压力减 小，有效应力增加，导致砂质粉土层和粉细砂层产生土体固结作用，宏观上即 表现为地层沉降或变形。即管片周围空洞土体塌陷变形和失水固结沉降变形同 时发生，引起了土层移动、地表沉降，以及由土层移动和沉降引起的路面塌 陷、管线破坏、建筑物倾斜和裂缝产生等。(2)风井及联络通道未开挖区未开挖区由于孔隙水压力增大，有效应力减 小，对已开挖和加固的结构体的压力降低，导致联络通道及风井内临时维护结 构产生向内的水平位移，支撑的轴力增加，严重部位发生临时维护结构失稳破 坏。(3)随着流沙大量涌入联络通道和隧道内，导致施工停止

8、，局部处于开挖 的地方无法及时支撑，局部冻结失效的帷幕支撑力不足，该部位土体和维护结 构首先产生失稳，进而发展为较大范围冻结帷幕和维护结构的失稳，直至联络 通道的整体失稳破坏。35其他原因1、缺乏施工风险控制管理从上海地铁中间风井冻结事故中，我们可以获得一条经验教训即是，对于 存在灾害发生危险的工程，不能因为所采取的技术是成熟可靠的技术，就盲目 乐观地认为风险几乎为冬，即使再成熟的技术由于地质条件的变化，都会存在 设计和施工上的漏洞，所以只要是有安全隐患和灾害发生可能的工程，在具体 的设计和施工过程中，设计人员、工程师、现场监理等人员，采取工程施工风 险控制管理是十分必要的，对工程中出现的征兆

9、及时进行反演分析，并会同各 方分析研究，在各方协议达成一致后，才能进行下一步工程的实施，这一步骤 是对于预防工程事故出现的重要环节。2、沟通、协调、管理不到位导致了险情的进一步扩大，错过了对险情处理的时机，是造成事故发生的 重要原因。从冻结施工人员发现险情至发生事故有将近3天的时间通知有关部 们、领导采取有效措施，但是有关人员没有汇报、采取措施。4 .事故处理4.1 .损坏区深层障碍物切割与清理修复工程采用全回转切割，切割的工作面包括：基坑的1号4号端面 对原破坏隧道的切割清理；地下连续墙与老防汛墙相交部分的桩基础切割清 理；临江花园大厦角点的底板与维护桩的切割清理；基坑内格构柱与降水 井点位

10、置处的障碍物切割与清理。如图4-1所示。老防汛墙修复工程地下建埃墙中基坑3号片面西基坑2号端面图4-1修复工程主要障碍物切割端面分布（1）基坑端面切割基坑端面切割施工是为地下连续墙施工扫清障碍，切割的主要对象为被压 坏的隧道钢筋混凝土管片，该管片强度达到了 C50,并且管片与管片之间联结 有高强度的螺栓。切割钢管片的套管直径为2米，通过交叠布孔形成一个连续 的切割面，地下连续墙厚度1.2米，交叠区最小宽度为1.7m。切割的孔数根据 隧道破损情况而定，1号4号端面的布孔数依次为14孔、18孔、20孔和14 孔。隧道切割中统计结果显示，隧道管片损毁严重，已经不是整圆，顶部的水 泥管片塌陷深度最大达

11、到5mo（2）隧道的保护性切割方案通过隧道的破损情况的调查分析，2号与3号端面之间为隧道塌陷最严重 的区域，在切割2号、3号端面时不存在对周围结构的影响问题。但在施工1 号、4号端面时的情况则不一样，由于1、4号端面为完好隧道与破损隧道的交 接部位，在切割过程中需要施加强大的压入力和扭矩，可能导致完好隧道损伤 或破坏，因此在切割时要采取必要的保护性措施。这个保护性措施就是在对需 要切割部位进行冻结，在冻结部位开成巨大的冻结体，冻结体的温度要在-10C 以下，根据实验该部位-10C的冻土抗压强度可以达到4.5MPa以上，可以满足 施工要求。4.2 ,超深地下工程加固沿隧道的轴线方向做地下墙、两端

12、部采用钻孔灌注桩和超级旋喷桩作为围 护结构，在完成开挖后对隧道进行修复。基坑端部与原隧道连结部施工时宜采 用冰冻法再作加固。为防止开挖时有可能出现涌水需对坑底进行加固。超深地下连续墙施工采用德国的LIEBHERRHS855HD型成槽机，理论最 大开挖深度70mo在开挖时，在砂质粉土中进行地下连续墙成槽施工时，容易 因为缩径而出现卡斗，因此采用辅助钻孔成槽工艺，即开挖前先利用反循环钻 机在反力箱位置施工先导孔，直径为1.2m,其深度与地下墙深度相同，在此条 件下成槽至40-50m,如果成槽效率仍然很低，再次利用GPS20型钻机在该槽 段两端先导孔连线的中心处施工先导孔，形成两个隔墙更小的两钻一抓

13、工作 面，然后继续成槽。修复时采用复合钠基膨润土，该材料适合超深基坑开挖。复合钠基膨润土 由钠基膨润土和高分子聚合物、添加剂组成，其护壁机理为聚合物分子在槽闭 表面的胶结作用，由聚合物和膨润土颗粒共同构成的泥皮对槽壁的胶结作用。 由于采用了钠基膨润土，其水化后的膨胀倍数为钙基膨润土的10倍以上，膨 润土的小板结构充分打开，膨润土的小板与高分子聚合物间的桥接作用，可在 槽壁、孔壁形成又薄又韧的致密泥皮口瞑 大大降低了泥浆的虑失，使泥浆的失 水量减少，从而降低了对周围地层含水量的扰动，使孔壁周边的地层尽量地保 持原状，防塌性能增强。43地下连续墙接头形式优选与接缝处理未施工槽段分体式反力箱封头钢板

14、止紫铁皮图4-2十字比水钢板接头细部图超深地下连续墙的接缝止水性能对基坑开挖的安全至关重要，由于基坑自 30米开始进入1、2层粉砂层，开挖前在坑内设置降压井实施基坑内降水，形 成坑内外较大水头差，一旦发生维护接缝渗漏水险情，堵漏工作极为困难，将 对基坑安全和周边环境到来致命影响，因此修复采用了十字止水钢板接头形 式，十字钢板和钢筋笼制作为整体进行起吊、下沉，确保地下墙接头质量，由 于十字钢板中间的止水板伸出长度约50cm,水的渗流路径加长，止水效果大 大增加，杜绝了因接缝质量问题产生水沙突涌的情况，提高了基坑开挖安全 度。如图4-2所示。5 .同类事故的预防措施5.1 弄清地质特性研究冻结工程

15、事故的发生，正确分析冻结工程设计施工上存在的问题，揭 示冻结工程事故机理，就必须首先弄清楚冻结土层的地质学特性，才能从微观 上揭示冻土的结构，从宏观上揭示现场施工方案变更对于冻土帷幕的形成造成 的影响，揭示现场险情征兆出现时，冻结帷幕、隧道管片、渗流场的受力状 态，从而找出事故发生的原因和机理。因此对于冻结失效后，引起的渗流突水破坏机理研究，首先就应从该工程 的地质力学稳定性进行分析，从工程地质角度揭示造成本次事故的地质力学作 用机理。要摸清本地层的地层状况，搞清本地区的水文地质及区域水文地质状 况，地下水不同含水层的压头及赋存补给条件及流速、流向，才能正确预测事 故的发生情况。52重点预防冻

16、结帷幕破坏冻土与岩石、其他土壤最大的不同是冻土中冰的胶结作用，当冻土处于负 温有冰胶结时.，冻土帷幕为有足够强度和稳定性的结构物，但当冻土温度、压 力或土的性质发生变化时，其性质或发生重大变化，从而决定了冻土的不稳定 性。当冻土中的孔隙冰融化时，土结构中冰的胶结作用随即破坏，并产生显著 变形，强度急剧降低，甚至富含冰的、含冰的冻土融化时呈流动、流塑或塑性 状态，这时作为承载结构物的冻结帷幕会坍塌，因此冻结帷幕破坏造成的冻结 工程事故往往具有突发性、严重性的特点。53建立合理的风险管理机制1、识别风险风险的识别是通过对冻结事故中的各个组成部分进行有效分解，通过摸清 项目的不同组成之间的相关作用与

17、关系。项目的有效分解是完成风险识别的最 有力工具。项目分解的原则在于将大系统改进行简化为小系统，将复杂的过程 进行简化处理。如项目施工过程中，可以通过将项目施工类别的不同，进行多 层次子项目的分解，找出每一个子项目中所存在的不确定因素，以此确定出项 目中所存在的潜在风险。2、分析风险通过对容易发生冻结事故的建筑工程项目风险的识别，首先罗列出建筑工 程项目所存在的潜在风险。如建筑工程存在的开发商风险因素主要有以下几个 方面，其一，外部环境所存在的风险，决策错误的风险、履约或者是违约的风 险、责任的承担风险等等；此外建筑工程也存在业主的资信方面的风险，如业 主经济条件突然变差等因素的存在。，通过对

18、不同风险进行比重的确定，并建立相应的风险分析的数学模型，建 立相应的函数，通过模型的计算，可以得出冻结事故所存在的风险系数。3、评估风险通过对建筑工程项目所存在的风险因素确定之后，可以针对那些发生频率 较高、风险后果较为严重的风险进行相应的量化，并对这一量化的数据进行评 估。建筑工程风险评估的过程如下。首先收集相关建筑工程项目的相关资料，并对所获取的客观资料与主观资 料进行统计，并针对统计的结果，对不同的风险因素的权重进行量化，如此针 对所存在的风险因素建立建筑项目工程的风险评估模型。通过模型的计算结果 来对项目存在的潜在风险进行分析，对项目存在的不同风险的概率大小与分布 情况进行量化，并进行

19、相应的评估，如此可以有效的对该建筑工程项目的潜在 后果进行相应的评估。结语本文通过对上海地铁中间风井冻结工程事故的产生、发展、结果等进行了 全面的分析和研究，发现了该工程设计、施工等相关程序和工程管理方面的一 些缺陷，这些因素和危险因子结合在一起就构成了事故发生的原因。同时，本 文为保证修复技术方案合理，对事故发生后隧道损坏情况及对环境的灾害性影 响进行了正确全面的分析，然后根据实际的工程情况，合理分析修复技术，确 定修复方案，并针对具体的修复方案中的技术难点提出对应的技术对策和技术 措施，为今后相类似灾害事故的发生提供可借鉴的资料。可以说，事故的修复工作紧急而影响重大，需要综合考虑政治、经济

20、、技 术、安全等因素，从而做出最佳的修复技术方窠。为保证修复技术方案合理， 首先对事故发生后隧道损坏情况及对环境的灾害性影响做出全面正确的评估， 然后根据实际的工程情况，合理分析修复技术，确定修复方案，并针对具体的 修复方案中的技术难点提出对应的技术对策和技术措施，才能把事故的损失减 到最低。参考文献崔托维奇.冻土力学M.张长庆，朱元林译.北京:科学出版社,1985.煤炭科学研究院北京研究所建井室编煤矿冻结法凿井M.北京：煤炭工业出 版社，2013.程桦.城市地下工程人工地层冻结技术现状及展望J.淮南工业学院学 报,2010,20(2): 16-22.4陈瑞杰.人工地层冻结应用研究进展和展望J

21、.岩土工程学报,2010,22(1):40-44.5徐兵壮，苏立凡.上海地铁长沙路泵站地下冻结施工和地层变形A.地层冻结工 程技术和应用一中国地层冻结工程40年论文集C.北京：煤炭工业出版 社,1995:489-492.周晓敏.北京地铁隧道水平冻结法施工J.岩土工程学抵1999,21(3):319-322.胡向东.圣彼得堡地铁1号线区间隧道事故分析J.隧道建设,2014,28(4):418- 422.网王灵敏,王先锋.冻结法施工越江隧道联络通道工程事故分析J.建筑施 1,2015,28(8):54-56.9苗合坤.兴华煤矿立井冻结施工中出水事故分析J.河北煤炭,2012,02:23-24.张传

22、亮，吴长民.徐楼煤矿井筒冻结出水质量事故分析与治理J.华 章,2() 12,06:326-327.1 .引言人工冻结法是饱和软土地层中解决地下水问题的一种有效可靠的方法，该 方法的原理是采用人工制冷技术降低目标地层的温度，使地层中水发生冻结， 由液态水冷凝结为固态的冰，把将含水的不良地层变成冻土，从而提高土体的 强度和承载能力，并形成冻结帷幕，利用冻结帷幕隔绝地下水与地下工程间的 水力联系，从而使地下工程在冻结帷幕的保护下安全施工。人工冻结法对于 水的处理，其实质就是对天然饱和软土体进行人工冻结，改变原来的低承载力 软土的力学性质，形成的冻结帷幕作为地下工程开挖时的临时支护结构，而待 永久支护

23、实施完毕后，停止冻结。人工冻结法在处理软土地下水的问题时， 具有良好的止水性能、高支护强度，快速实施等优点，己经成为城市地下工程 建设中处理软土地层中水问题的有效可靠处理方法，越来越多的城市地下工 程，如深基坑，联络通道，地铁隧道、地下停车场、地下商业街、地下变电站 等工程应用了冻结法施工，取得了良好的经济技术效益。从国内外研究现状来看，对于城市建设中出现的冻结事故机理研究的相对 较少，主要是因为：冻结技术是一项相对成熟的技术，已在多个工程中取得 成功应用，并有成熟的工程技术规范作为指导，使得工程技术人员和现场管理 人员降低了对该技术存在危险性的防范意识，降低了针对现场险情征兆的重 视；在勘察

24、阶段，由于城市建筑和管线错综复杂，和地质条件的多变复杂，使 得前期工程勘查可靠性降低，并且冻结事故产生的原因众多，涉及专业知识面 广。此外，地铁施工是一项多单位，多工艺，多工序，多因素影响的复杂的施 工管理过程，对于冻结方案的落实，现场会造成各种难以预计的变化，使得原 方案不能在现场正常执行。人为的因素、先期勘查不可预知的工程因素等均会 对人工冻结技术的效果产生影响，造成突发性的灾难、事故，特别是像上海地 铁临江地区这样复杂的工程条件和环境下，事故的危害性更为巨大。因此，需 要对此问题进行深入的研究，而深入研究的前提和基础则必然是对冻结事故发 生机理的研究，即对其产生要素、爆发诱导因素、突水特

25、征等进行深入研究。 只有对冻结帷幕失效及由此造成的突水机理进行了深入研究，才能在事故修复 中采取针对性的措施，才能在今后同类型冻结工程施工中，勘探能抓住重点， 设计具有针对性，施工和监测上对冻结事故的隐患地点和时间进行更好的预警 和预报，及时采取合理的防治措施和制订有针对性的预案，避免此类事故的发 生。2 .工程概况2.1 .工程基本情况上海地铁某中间风井冻结工程事故造成了巨大的经济损失。事故原因有很 多方面，但最根本的原因是对该冻结工程所处地层的冻土特性缺少足够的了 解。上海地区位于长江三角洲黄海入海口东南部的前缘，属于滨海平原类型地 貌，地面海拔标高3.64.0m。位于上海地区建筑地基范围

26、内的工程开挖土层为 15()m400m厚度的第四纪沉积土，该土层具有孔隙比大、含水量高、重度 小、可压缩性强、承载力低、结构灵敏性高的特点。该层饱和软土层，是当前 国内外工程届引起广泛关注的困难软弱土层。上海地区建筑地基基础及地下工程开挖的深度通常在20m30m范围内， 在这个范围内分布的土层主要有粘土、粉质粘土、淤泥质粘土、砂质粉土、粉 细砂层，其中粘性土在工程开挖过程中，容易发生较强的塑性流动和产生很大 的固结沉降变形量。砂质粉土、粉细砂土层等含砂量为主的土层，在承压水的 作用下则容易发生流砂和管涌，引发地下工程周围土体、土层发生流失，以及 管涌失稳等地质灾害。事故发生地中间风井工程位于黄

27、浦江西岸，紧靠黄浦江，黄浦江是太湖流 域最主要的泄洪通道也是上海市排水、引水、航运的主要河道。黄浦江潮位特 征：受天文潮和风暴潮因素控制，而长江径流、本地降雨径流及上游净泄量等 与潮汐比较均属次要因素。长江口和黄浦江潮汐属于非正规浅海半日潮。据场 地邻近的黄浦公园水文站资料，其历史最高潮位5.72m,历史最低潮位0.24m, 多年平均高潮位3.14m,多年平均低潮位1.29m,多年平均潮位2.22m。22事故情况概述1、事故发生前情况冻结站2003年5月11日开始运行，地面冻结及上行冻结站采用的是成熟 的冻结机组，运转正常，下行线冻结机组由于是试用品，运转一直不正常，下 行线小型制冷机在运行过

28、程中存在安全隐患。在开挖之前要进行冻结效果检查，三个冻结系统，在暗井进行了效果检 查，在上行线进行了效果检查，认为冻结效果达到了开挖要求，而没有对冻结 帷幕可能出现隐患的下行线进行冻结效果检查，通过6月28日冒水情况看确定 冻结没有达到开挖施工要求，在没有充分对冻结效果检查的情况下，即下达了 在6月24日暗井与旁通道同时开挖的开工令，其时这时隧道下行线的冻结帷幕 还达不到开挖要求，6月24日下行线盐水去、回路温差为2.8,大于开挖时 盐水去、回路温差的要求。下行线冻结站负责制冷的6个冻结管还没达到完成 交圈的程度或形成的冻结帷幄很薄。2、事故发生发展过程6月28日上午，安装在下行线隧道内的小型

29、冷冻机发生故障，停止运转 7.5小时，期间无其它设备供冷。下午约2： 00,施工人员在冷冻土体内施工水 文观测孔（水文孔应在冻结施工之前安装），有压力水从钻孔内流出。止水后 测得土体温度上升时，尽管采取了一定的措施，但效果不佳。6月29日凌晨约 3： 00测得该处水压为2.3kg/cm2（与第7层承压水水压接近），隧道钢管片交 接处土体温度为8.7C。此时险情已经初现，但冻结施工人员未向总包单位、监 理单位汇报，也未向暗井开挖班组及旁通道开挖班组进行通报。6月30日，测 得钢管片交接处土体温度为7.4C,并于当日下午约3： 30左右，采用干冻强化 冻结。7月1日零点班0： 3（）左右，旁通道开

30、挖班组用风镐在掘进工作面迎头开 挖了一个直径0.2m的输送混凝土导洞，准备安装混凝土输送管路。1： 00左 右，此孔打至下行线隧道钢管片，孔深0.8米。凌晨约4时，现场工人发现此 孔洞内有水流出，立即用堵水材料封堵。约10分钟后，发现流水止不住，便派 人迅速进行了汇报。不久孔洞出水开始扩展，并且水量越来越大，在场工人用 棉被、泥土袋、水泥包等材料封堵。约5： 00左右，隧道内发出异响，估计隧 道管片被压坏，情况危险，施工人员撤出现场。随后，大量水、流砂涌入旁通 道，隧道由渗水、涌水、涌沙发展为结构损坏。在地面，7月1日5： 00左右以风井为中心的地面开始出现裂缝、沉降。 6： 00,音像楼发生

31、明显变形，墙面开裂，房屋开始倾斜。7： 30,地面裂缝明 显加剧，沉降加快。文庙泵站明显沉降、倾斜。风井也明显沉陷。9： 00音像 楼裙房发生二次突沉，并部分坍塌，大楼继续倾斜，墙面开裂加剧。15： 00以 风井为中心的地面沉陷加快，并逐步形成沉陷漏斗。坍塌范围扩展到董家渡 路、中山南路、外马路、防汛墙。20： 00,防汛墙也开始出现裂缝，沉降进一 步发展。7月2日-3日，险情在进一步发展和扩大。隧道内继续大量进水，水位上 涨速度较快。管片损坏程度进一步扩展，并有管片连接螺栓绷断的响声传出。 地面沉陷的范围和深度在进一步扩大，以风井为中心的地面从沉陷漏斗发展成 塌陷区，最深达4m,临江大厦门口

32、地面塌陷最深处约2m,见图2-1,董家渡 路沉陷达1m,中山南路明显下沉，地面开裂发展加快。音像楼倾斜加剧，楼板 断裂，见图2-2所示；文庙泵站发生突沉；临江大厦沉降速率加快，沉降量达 12.2mm,地下室出现裂缝。同时河床严重扰动、下沉、滑移，造成部分防汛堤 倒塌、破坏，江水冲出河床，给生命财产安全造成较大威胁。图2-1临江花园大厦门口地而塌陷图2-2音像楼裙房倾斜倒塌图（右侧为音像楼裙房）3、事故抢险与控制过程事故发生后，引起高度重视，有关领导亲自指示要立即实施抢险和加固措 施，减小灾害的发生，确保人民生命财产，防止险情进一步扩展，尽快恢复社 会秩序的正常。同时上海市主要领导及时赶到现场，

33、对抢险工作进行部署， 并成立了由市领导任工程抢险指挥部，并建立了严密的组织指挥和决策咨询体 系。下辖地面组、地下组、管线组、地区组、监测组、防汛组、专家组、注浆 组、拆房组、治安交通组、新闻信息组。在整个抢险工作中，工作重点主要围 绕控制险情隧道的进一步影响、确保防汛设施安全、确保周边重要建筑安全等 三个方面六大措施展开。图2-3紧急启动抢筑黄埔江大堤临时围堰3 .事故原因分析3.1 .地质条件的重视程度不够该中间风井下部联络通道处于上海7号承压含水层的软土地层中，工程隐 患的较大。但在该工程施工过程中没有按照原设计施工，而是擅自变更设计， 施工过程中又没有及时分析监测数据，并结合设计经验进行

34、反演分析。海地区 位于长江中下游冲积平原，大部分地区100m范围内的地层为典型软土地层， 土体含水量大，流塑性高，在此地层中进行工程施工，造成施工作业面内外水 力坡度大，很容易产生较大渗流水压力，动水压力超过土体浮重时，会引起流 沙等工程地质灾害频发。因此，在该地区进行的上海地铁中间风井施工同样 面临此种地质灾害的威胁，造成此种威胁的根本原因是地层条件和渗流条件共 同作用引起的，因此对于冻结失效后，引起的渗流突水破坏机理研究，首先就 应从该工程的地质力学稳定性进行分析，从工程地质角度揭示造成本次事故的 地质力学作用机理，如图3-1所示。风井3.2 现场施工采取了和原设计不同的冻结方案联络通道开

35、挖时将原上、下行线对称稳定的力学体系打破，成为一个受力 不对称存在薄弱环节的围岩衬砌管片的相互作用体，该体系在空间结构上 存在交叉部位，产生应力集中，成为围岩土体与衬砌管片支护结构间的薄弱环 节，该薄弱环节是地下空间结构与土体失稳的控制点。在不同的冻结条件，采 取不同的矩阵竖井、暗井、联络通道的开挖过程，对隧道结构稳定及周围土体 的影响是不同的。上海地铁中间风井冻结工程事故的原因之一，即是现场施工 采取了和原设计不同的冻结方案和开挖方案。原冻结设计方案主要根据暗井、旁通道和隧道的结构特点与相互关系设计 冻土帷幕。旁通道冻结深度至集水井底板下2.8m,集水井内的冻结孔采取局部 冻结；暗井冻结深度

36、至隧道腰线下1.5m,隧道正上方的冻结孔以钻进到隧道管 片为止。共布置106个冻结孔，其中12个为辅助冻结孔。冻结孔总长度约 1800m。设测温孔5个，总长度约70mo设水文孔3个，总长度约36mo旁通 道冻土帷幕设计厚度为2m；暗井冻土帷幕厚度为2.43.6m。冻土的抗折、抗 剪和抗压强度分别为1.5MPa、1.8MPa和5Mpao实际施工中由对设计方案作了以下调整：将整个工程垂直冻结改为暗井冻 结，旁通道为水平冻结，旁通道处垂直冻结管数量由24个减少为22个，长度 由25m缩短至16mo33施工开挖未严格遵循设计要求施工开挖未严格遵循设计要求，加剧事故的发生，是造成事故的直接原 因。在变更

37、设计方案后，实际施工时，也未完全按照变更后的设计要求进行施 工，在未冻结充分的情况下，即开始开挖施工。设计方案，要求冻结时间需要 5()天，而上行线5月11日开始冻结，实际6月24日开挖，冻结时间仅43 天，小于施工方案冻结时间的要求。开挖当天，即6月24日下行线盐水去路温 度为-23.9C,回路温度为-21.1C,去、回路温差为2.8,大于开挖时盐水 去、回路温差的要求。开挖时间短，去回路温差大于设计要求，都表明冻结尚 不充分，此时开始开挖施工，进一步削弱了冻结薄弱环节对承压水的抵抗作 用，加剧薄弱部位突涌发生的可能性。原施工方案顺序：埋设孔口管一(降水)施工垂直冻结孔和隧道内辅助冻 结孔，同时安装冻结制冷系统一积极冻结一开挖旁通道工作竖井一开挖联络通 道施工联络通道结构层一开挖集水井和喑井施工集水井和暗井结构层 一回填旁通道工作井，打开隧道管片上的预留口一停止冻结，封孔一地层跟踪 注浆。