[热点讨论]新加坡Nicoll Highway地铁基坑倒塌1 [复制链接]

2004年4月20号下午3点30分，新加坡地铁环线C824标段发生了严重的基坑倒塌事故，史称“The Collapse of Nicoll Highway”。此次事故影响深远，损失巨大，作为一名岩土工程师，很有必要了解此次事件，因为如事故调查报告中所述：The Nicoll Highway collapse could have been prevented. #L).BM  
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关于此次事件的发生原因，网上已有十分多的中英文资料可供大家参考，我在此也不再赘述。在这篇文章里，我更希望大家可以充分了解基坑倒塌当天究竟发生了什么，以便可以看看基坑快要倒塌之前，会出现哪些征兆，应该如何避免和挽救。 x _YV{  
注：本文的内容和图片均来源于事故调查报告“Report on the incident at the MRT circle line worksite that led to the collapse of the Nicoll Highway on 20 April 2004” =B,_d0Id  
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在开始前，我们先来看看基坑倒塌前后的对比： ZIGbwL  

描述:基坑倒塌之前

图片:微信图片_20171116101013.jpg

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基坑倒塌前 <7sF<KD  

描述:基坑倒塌后

图片:微信图片_20171116101127.jpg

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基坑倒塌后 gn4g 43  
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。

描述:基坑平面图

图片:微信图片_20171116101900.jpg

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基坑平面布置图 pXh^M{.  
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。 !pFKC)  

描述:基坑剖面图

图片:微信图片_20171116102015.jpg

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基坑剖面图 0YsN82IDD  
8 :00（倒塌前7h 30min） [4+a 1/^  
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。 JXI+k.fi  

图片:微信图片_20171116102055.jpg

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两家分包商的工人所在位置 D=pI'5&  
8 :45（倒塌前6h 45min） iA{chQBr  
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。 <|>:UGAR  
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（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……） !A ydhe  

图片:微信图片_20171116102147.jpg

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S338北处发出了异常的声音 /i]=ndAk  
9 :15（倒塌前6h 15min） e4NX\tCpw  
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。 cvLcre% >A  
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。 BR0p0%  
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。 aGzdur  
bju,p"J1-E  
（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） OB? 79l  

图片:微信图片_20171116102230.jpg

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第9层支撑（S338北）的C型钢和型钢腰梁均发生了变形 q_m#BE;t  
9 :25（倒塌前6h 5min） F" #3s=  
OHa{!SaL  
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。 0 S`b;f
  

图片:微信图片_20171116102309.jpg

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S335南处同样发出了异常的声音 :N'[
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图片:微信图片_20171116102440.jpg

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第9层支撑（S335南）的型钢腰梁发生了变形，托架下跌 bMK'J  
9 :30（倒塌前6h） Uc%`? +Q  
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。 `efH(  
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。 0T{Y_IG  
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（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。） A"T. nqB^y  

图片:微信图片_20171116102932.jpg

HuLm!tCu  
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10 :00（倒塌前5h 30min） kpMM%"=V  
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。 JMe[ .Sx  
Liew随后表示，轴力计读数保持在3000kN左右，并没有出现异常。 A,CPR0g%  
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。 moM&2rgdrQ  
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。 bJMcI8`  
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。 R"kE5:  
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。 y.]]V"'2  
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10 :30（倒塌前5h） ke6cZV5w  
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。 >yHnz?bf@  
在Andy Wong的带领下，一行人抵达坑底，来到了S335南处腰梁位置。 o%JIJ7M  
此时，Andy Wong发现事态变得更加严重了…… 7~9f rW<K  
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没有了吗....

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此时，Andy Wong发现事态变得更加严重了。 %3FI>\3  
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。 ,ll!19y  
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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。 k"AY7vq@!P  
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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。 g|2D(J  
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（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。） jQf1h|e  
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图片:微信图片_20171116110200.jpg

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D1区域腰梁屈曲的补救措施，往上下两面灌水泥 aIkxN&  
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。 .k[Ptx>  

图片:微信图片_20171116110248.jpg

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图片:微信图片_20171116110252.jpg

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S335北、S336北、S337北处被发现出现了屈曲 ;r8,Wx@f1C  
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。 c?wFEADn  
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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。 mz/KGZ5t  
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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。 <y!6HJ"  
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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。 b$g.">:$  
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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。 XjL( V1  
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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。 o'R_kadN[T  
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11 :00（倒塌前4h 30min） ~l.]3wyk  
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。 k98-
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11 :15（倒塌前4h 15min） 2R.YHj  
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。 R
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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。 E&]S No<  
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11 :30（倒塌前4h） }|Cw]GW  
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。 +X.iJ$)  
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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。 FVL0K(V(  
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12 :00（倒塌前3h 30min） <XGOcekG  
午饭时间，所有人都离开了坑底。 3Q
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13 :00（倒塌前2h 30min） Sd}fse  
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！ 3^wJ4=^  
会上所有人都被惊到了。 /C_O/N  
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图片:微信图片_20171116110407.jpg

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I-104孔自基坑开挖以来的测斜数据 %k1*&2"1#  
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。 >0B[  
（S335支撑两端的腰梁被发现屈服，正是轴力下降前的征兆。） dzggl(  

图片:微信图片_20171116110436.jpg

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S335当天早上的轴力变化 V/J[~mN9  
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。 TY~0UU$  
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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。 2{#*z%|z  
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13 :30（倒塌前2h） Za4 YD  
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。 W
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14 :00（倒塌前1h 30min） CM8WI~  
总包就腰梁屈曲和补救的事，召开了紧急会议讨论。 Iu%/~FgPj{  
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14 :30（倒塌前1h） >PL/>   
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。 
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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。 +xFtGF)  
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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。 Br1JZHgA  
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（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……） 9`-ofwr'|  
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14 :50（倒塌前40min） uh`~K6&*\w  
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。 a5]~%xdK  
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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。 plb'EP>e  
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“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。 Kxh)'aal  
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（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。） FSc730rM  

图片:微信图片_20171116110510.jpg

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腰梁发生屈曲的部位逐渐增多 ls 'QfJm  
15 :00（倒塌前30min） 3)__b:7J  
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。 q35%t61Lc  
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15 :10（倒塌前20min） r{p?aG  
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。 D-~
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93[`1_q7\  
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。 cf@:rHB}  
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（真是胆大啊……）
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15 :15（倒塌前15min） $o{f)'.>n  
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Andy Wong发现S339和S340的腰梁也发生了屈曲。 C0KP,JS&  

图片:微信图片_20171116110545.jpg

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第9层支撑S339和S340腰梁发生了屈曲 P0}uTee  
没过多久，第8层支撑的S339和S340也发生了屈曲。 mbJ#-^}V  
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。 {3 zq.e{  
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15 :30（倒塌发生） ;t[<
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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。 7&|fD{:4U  
l.>QO ;  
JF24~Q4P  
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。 QP[w{T  
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15 :33~15 :47 b`18y cVME  

图片:微信图片_20171116110631.jpg

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图片:微信图片_20171116110633.jpg

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后记 QJ>+!p*  
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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。 nJA\P1@m  
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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。 k\zNh<^  

实况转播。

好好看看。

教训深刻的案例，值得反思的。

安全第一！多加预防的。

事故的调查很详细，公布这么多细节。

有大神吗？简单分析下原因，以及最开始发现后的解决措施。

教训深刻的案例，值得反思的。

从破坏形态上看像踢脚破坏 R^.E";/h  
从剖面图看，连续墙嵌固深度较短，仅在残积土或硬塑的粘土层，且坑内挖深深度不一样高 D(yU:^L  
从支撑形式上看，支撑平面不合理，土压力不对称，缺少抗整体稳定性构建，腰梁不连续 <7NY.zvwk]  
从受力变化过程M1，M2侧应该属于比较深区域，另外侧估计没挖到第10道支撑底，导致此区域局部应力过大，局部失稳导致连锁范围， ] lE6:^V  
监测轴力分析，第九道撑在垮塌前已失效，导致第八道支撑轴力加大。 /o Q^j'v  
8=Xy19<;t  
综合原因：嵌固深度太短，未进行坑内加固，支撑整体稳定性差，土压力不平衡情况下导致局部破坏的连锁反应，在第九道支撑局部失稳，嵌固短的情况下发展为踢脚破坏。 80TSE*  
应急预案应立刻进行砂包回填硬化坑底，但现场加固支撑体系......愚见愚见