在开始前,我们先来看看基坑倒塌前后的对比:
基坑倒塌之前
基坑倒塌之后
下面为基坑平面图,很典型的地连墙+钢对撑地铁基坑围护结构。大家请记住M2和M3区域,这是事故发生区段,以后还要多次提及。
基坑平面布置图
基坑的纵剖面图。坑深约34m,有10层钢支撑。坑底以上基本上为海相沉积淤泥软土。
基坑剖面布置图
在了解完基本情况后,我们再来看看基坑倒塌当天发生了什么。
8 :00(倒塌前7h 30min)
KoriConstruction和Hiap Shing Construction两家分包商的工人陆续开始在M2和M3区域工作。这两个区域大部分都已挖到第10层支撑位置(约30m深),工人们正在准备安装第10层支撑的工作。
两家分包商的工人所在位置
8 :45(倒塌前6h 45min)
Kori公司的工人正在S340位置处安装第10层支撑时,突然听到“当”的响声,大约在S338北的位置处传来。声音并不是很响,大约每10分钟响一次,响了4、5次。工人虽然察觉到了声音的异常,但当时并没有很在意,还是继续在工作。(此时很可能S338北处腰梁到达了承载极限,撑不下去,开始发生屈曲。我之前负责的一个基坑设计,钢管内支撑,当预加力太大时,也是发出了类似的响声,还好及时卸掉了……P.S.若是胆小如我听到了有类似的响声,说不定已经立即跑上去了地面……)
S338北处发出了异常的声音
9 :15(倒塌前6h 15min)
项目总承建商NLCJV的高级工程师Andy Wong和Kori公司的现场主管Ramadoss来到了现场巡视。他们下到了坑底,在刚才发出响声的S338北位置进行检查。
当Andy Wong正在检查时,他又听到了2次“当”的响声。此时,他注意到了S338北处第9层支撑的C型钢加劲肋向内发生了轻微的屈曲变形。同时,型钢腰梁的翼缘也发生了约5cm的屈曲变形。
在发现这个问题后,他立即着手检查第9层支撑S338各个部件的焊接部位。
(从现场反应来看,工程师可能认为是焊接部位未处理好,才导致了个别位置屈曲发生,此时还不一定认识到整个问题的严重性)
第9层支撑(S338北)的C型钢和型钢腰梁均发生了变形
9 :25(倒塌前6h 5min)
Andy Wong在检查S337支撑时,又听到了“当”的响声。循声望去,他发现S335南处的第9层支撑腰梁处也发生了屈服。型钢的翼缘同样发生了凹陷。
S335南处同样发出了异常的声音
第9层支撑(S335南)的型钢腰梁发生了变形,托架下跌
9 :30(倒塌前6h)
与Andy Wong一同下坑巡视的Ramadoss也发现了S336北位置处的腰梁发生了屈曲。他也注意到了S335南位置处的腰梁托架出现了下跌现场。
随后不久,S336北及S337北位置处的腰梁,也被其他人发现出现了不同程度的变形。
(随着S335和S338位置处出现问题,这两根支撑已不足以承担原来的土压力。此时土压力发生重分布,那么其中主要部分很大可能就是要夹在S335和S338之间的支撑额外承担。这个可能就是随后S336和S337也发生屈服的原因。)
S336北、S337北处被发现出现了屈曲
10 :00(倒塌前5h 30min)
Andy Wong根据现场看到的情况,打了电话给总包的工程部经理Liew进行汇报。“S335和S338的腰梁已经坏了”,他认识到了事态的严重性,并向Liew询问轴力计的读数是否正常。
Liew随后表示,轴力计读数保持在3000kN左右,并没有出现异常。
Andy Wong此时并没有想好该怎么办。Liew告诉他,迟点会抵达现场,去发生屈曲的位置再检查一遍。随后,Liew也打了电话向项目经理汇报这件事。
与此同时,Andy Wong也打电话给监测人员,去询问M3区域的测斜数据,想看看水平位移是否发生了异常变化。询问后得知,最近一次的数据是在3天前测的。在紧急沟通过后,监测方表示会立刻安排人员到现场进行测量。
由于担心支撑会垮掉,Andy Wong给相关人员打电话过后,立即上来了地面。在离开坑底之前,他通知3名Hiap Shing公司的挖机工人不要在M3区域继续挖掘了,也通知Ramadoss赶紧离开坑底。
但Ramadoss此时并没有立刻离开坑底。他先是通知了Kori的工人停下工作,立即离开后,他再详细地检查了第9层的支撑。随后,他也打了电话给总包的副总经理汇报这事。
10 :30(倒塌前5h)
Andy Wong上来地面之后,立即也向交通运输局(LTA)的工程师汇报了此事。在与各方沟通后,由于认识到了问题的严重性,总包随后立即组成了一个6人的联合巡视组,准备再次下坑,到事发位置进行检查。
在Andy Wong的带领下,一行人抵达坑底,来到了S335南处腰梁位置。
此时,Andy Wong发现事态变得更加严重了……
21 :30(倒塌前5h)
Andy Wong上来地面之后,立即也向交通运输局(LTA)的工程师汇报了此事。在与各方沟通后,总包随后组成了一个6人的联合巡视组,准备再次下坑,到事发位置进行检查。
在Andy Wong的带领下,一行人抵达坑底,来到了S335南处腰梁位置。此时,Andy Wong发现事态变得更加严重了。
S335南处的腰梁比之前屈曲得更加厉害,“当”的响声也比之前来得更加频繁。Andy Wong向同行抵达坑底的总包副经理Shimizu和工程部经理Liew指出了受影响的两根支撑(S335和S338),同时也指出了S335南腰梁屈曲变得更加厉害的问题。
Shimizu到S338观察后,注意到了S338处腰梁的变形与4周前在D1区域发生的腰梁屈曲事件很类似。在当时,总包采取了在腰梁上下浇灌水泥的做法,使得变形情况得到抑制。
据此,他虽然也觉得S335南处的腰梁确实屈曲得比较厉害,但还没严重到要勒令停工撤离的地步。(这时总包应该认为这只是与D1区域发生了类似的事件,可以采用类似的方式补救。可以看出,经验主义有时会事情变得更糟。由于受到了D1区域事件的影响,此时总包还没认识到整个支撑受力系统已经开始出现问题,仅仅认为只是局部区域的腰梁强度不足)。
D1区域腰梁屈曲的补救措施,往上下两面灌水泥
在巡视组在坑底检查之际,又有更多的“当”响声传来。他们发现响声来自于S335北、S336北和S337北位置,在之前Ramadoss发现变形之后,这两个区域的腰梁终于出现了屈曲。
S335北、S336北、S337北处被发现出现了屈曲
在短暂的讨论过后,Shimizu还是指示Lee和Ramadoss继续在坑底进行第10层支撑的安装工作。
然而,Lee和Ramadoss很快就拒绝了他。他们认为在这种情形下,不应该还让工人们继续在坑底呆上4到5天。
Shimizu便指示还是按D1区域的方式来处理。首先在H型钢腰梁的上部浇灌水泥,在下部则加焊C型钢(类似S338北的上部处理方式)以抵抗变形。
同时,Liew建议在受影响区域的坑底浇灌一层200mm厚的贫混凝土(LC),以阻止连续墙的位移增大。他认为这种方法比加紧安装第10层支撑更加实际,贫混凝土可以在3~4个小时之内就硬化成支撑板。
Shimizu也同意了他的建议。因为这种方法之前在L区域成功地抑制了连续墙的持续变形。
随后,总包便立即安排工人进行此项工作。在布置完工作之后,巡视组一行人离开了坑底。
11 :00(倒塌前4h 30min)
两队Hiap Shing公司的工人开始陆续在临近区域进行坑底平整工作,以便后续的浇灌混凝土。Kori的工人也在陆续把焊接设备收拾好。
11 :15(倒塌前4h 15min)
总包总经理Chikushi得知事态发展后,将腰梁屈曲和补救处理措施告知了总工程师Broome. Broome本打算亲自下坑底检查腰梁,但突然接到总包安排的其他任务,也就没有下去。
Andy Wong 上来地面后,立即向LTA的工程师报告了他们准备加强事发区域的腰梁。LTA的工程师问起变形的腰梁的情况如何,Andy Wong说从外观看来还算不错。LTA的工程师因此也没想到部分腰梁已发生了屈曲,并打算在午饭后再去看看情况。
11 :30(倒塌前4h)
Liew上来地面后,出于基坑安全的考虑,私下去催促Lee指挥工人下坑继续安装第10层支撑。Lee同样是很坚决地拒绝了。
与此同时,Andy Wong与监测方赶紧来到了离事发地点最近的I-104测斜孔,准备看看连续墙究竟向内变形了多少。
12 :00(倒塌前3h 30min)
午饭时间,所有人都离开了坑底。
13 :00(倒塌前2h 30min)
项目部进行日常例会。在会上,总包的岩土工程师提供了I-65测斜孔和I-104测斜孔的测斜数据。数据显示,I-104孔3天前的最大位移值约为350mm(初始的设计值约为150mm,二次变更后的设计值为359mm),今天测出来的值为441mm!也就是说,连续墙在短短3天时间内,位移已增长了90mm!
会上所有人都被惊到了。
I-104孔自基坑开挖以来的测斜数据
Andy Wong立即决定要去检查S335的轴力计读数。他发现了更加令他震惊的事。第9层支撑的轴力已经从3000kN跌落至1000kN,与此同时,第8层支撑的轴力则上升至3000kN以上。虽然第8层支撑的轴力还在其设计安全许可范围内,但Andy Wong估计,若按此发展,第8层支撑的轴力明天就会超出安全许可。(S335支撑两端的腰梁被发现屈服,正是轴力下降前的征兆)。
S335当天早上的轴力变化
与此同时,Kori的四个工人在午饭后又回到了坑底,继续进行补救工作。随后,他们又听到了更大的响声,大约每20分钟响一次。然而,工人们还是继续在进行补救工作。
除了他们之外,还有其余两队工人在进行第10层支撑安装工作和浇灌坑底混凝土。
13 :30(倒塌前2h)
混凝土搅拌车抵达了现场。Kori的工人开始从S334往S340方向的腰梁灌混凝土。同时,更多的响声陆续传来。此时,北边的腰梁已经屈曲得愈发厉害了,往上面浇灌的混凝土甚至都很难留住,顺着屈曲方向不断掉下来。
14 :00(倒塌前1h 30min)
总包就腰梁屈曲和补救的事,召开了紧急会议讨论。
14 :30(倒塌前1h)
Andy Wong赶到了LTA的现场办公室,向Ng告知了S335第9层支撑轴力骤然下降的事情。Ng通过实时监测系统检查,发现系统并没有提示S335出现预警。随后,他们与LTA的工程师Siew和Koey一起去检查监测系统。
在发现了第9层支撑轴力确实下降的事实后,他们立即向LTA的项目经理Wong汇报了这件事。然而,Wong说他并没有收到监测系统发来的预警警报,同时他认为第8层是双层钢支撑,即使支撑轴力上升了,它仍然能撑得住。
随后,他们在决定在LTA召开紧急会议,以评估总包提出的补救方案是否可行。会议定在3点开始。(作为岩土工程师,一定要有自己的思考,不能被软件或系统左右判断。这个问题,在数值模拟计算使用者中尤甚。甚至产生了两种人,要不全然相信软件计算的结果,然后对着规范规程生搬硬套;要不全然不相信计算结果,认为结果都是骗人胡扯的,最后落入随意调整“满意”结果的陷阱…….这个问题以后的文章有机会再说,现在有点扯远了……)
14 :50(倒塌前40min)
Ng和Andy Wong决定再去现场看看。同时,Koey又检查了S335的轴力,发现第9层支撑的轴力又下降了一点,第8层支撑的轴力则继续增大。
两人来到坑底后,Kori的工人已完成了80%的混凝土浇灌工作。但是结果令人失望。由于腰梁屈曲得太厉害,浇灌的混凝土一直往下掉。第9层支撑的腰梁最大已经向下屈曲了20cm。
“当”的响声更加频繁地响起。Andy Wong注意到,S336南、S337南和S338南的腰梁也发现了屈曲现象。S339北也被附近的工人发现产生了屈曲。(失效的支撑逐渐发展成了区域,其实倒塌在此刻开始已变得不可避免。)
腰梁发生屈曲的部位逐渐增多
15 :00(倒塌前30min)
在LTA的紧急会议召开。此时,总包经理Chikushi仍然认为事态可以得到控制,所以他只是Liew继续按原计划进行补救工作。讨论过后,Siew认为总包能把事情处理好,便离开了会议室,没有继续进行讨论。
15 :10(倒塌前20min)
Andy Wong接到Chikushi的电话,叫他不要继续往腰梁上灌水泥了,立即开始往坑底灌贫混凝土。
然而,与Andy Wong此时同在坑底的Ng认为应该先把第8层的腰梁浇上水泥,以防出现第9层产生的屈曲。Andy Wong认为已经是时候离开坑底了,但Ng觉得他们可以在第8层支撑失稳前才离开。(真是胆大啊……)
15 :15(倒塌前15min)
Andy Wong发现S339和S340的腰梁也发生了屈曲。
第9层支撑S339和S340腰梁发生了屈曲
没过多久,第8层支撑的S339和S340也发生了屈曲。此时,大部分在浇灌第8层腰梁的工人都拒绝继续工作,收拾工作准备离开坑底。
15 :30(倒塌发生)
Ng正在检查第8层支撑时,听到了很响的“当”声传来,他立即呼喊Andy Wong离开坑底。
Andy Wong抵达地面后,他看见Ramadoss也在坑边呼叫工人赶紧逃生。此时他转过身,看见S340位置处,土体已经向基坑内部突入。他立刻跑着离开S340区域,回到了他的工地办公室。他回过头来观察,发现自S330到S335位置都开始发现塌陷,立刻继续往外跑。
15 :33~15 :47
后记
从过程中可以看到,事故不是突然发生的,很多征兆在很早之前已经出现了;事故也不是无法避免的,只是机会一次次被错过。那到底事情为什么会发展到无法收拾的地步?或许这个才是我们更值得思考的问题。