陳海勇,石達(dá)強(qiáng)
(北京中鐵隧建筑有限公司,北京 100022)
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快,城市交通量急劇增長(zhǎng),城市交通堵塞現(xiàn)象日趨嚴(yán)重,發(fā)展城市軌道交通已成為必然選擇。地鐵車站作為地鐵設(shè)計(jì)、施工最重要最復(fù)雜的部分,涉及面廣、投資比例大,其安全風(fēng)險(xiǎn)管理對(duì)整個(gè)地鐵工程來(lái)說(shuō)至關(guān)重要;再者,近年來(lái)發(fā)生的一系列地下工程事故教訓(xùn)慘重。因此,加強(qiáng)地鐵土建工程,特別是地鐵車站工程的施工風(fēng)險(xiǎn)分析、風(fēng)險(xiǎn)管理是相當(dāng)有必要的。
以往對(duì)地鐵區(qū)間及車站施工風(fēng)險(xiǎn)分析及管理已做了大量的研究工作:文獻(xiàn)[1]對(duì)北京地鐵五號(hào)線崇文門—東單站區(qū)間隧道淺埋暗挖施工中風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)分析和應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行了介紹,對(duì)淺埋暗挖工程的風(fēng)險(xiǎn)管理提出了建議;文獻(xiàn)[2]介紹了風(fēng)險(xiǎn)管理在上海軌道交通10號(hào)線工程中的應(yīng)用,并介紹了風(fēng)險(xiǎn)管理的基本步驟及評(píng)估方法;文獻(xiàn)[3]分析了北京某盾構(gòu)擴(kuò)挖車站施工中風(fēng)險(xiǎn)因素,并提出了風(fēng)險(xiǎn)處理對(duì)策;文獻(xiàn)[4]介紹了北京地鐵5號(hào)線東單站暗挖隧道施工方案;文獻(xiàn)[5]闡述了北京地鐵勁松車站的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工;文獻(xiàn)[6]闡述了暗挖大型換乘地鐵車站施工關(guān)鍵技術(shù)及對(duì)策;文獻(xiàn)[7]介紹了成都地鐵文武路站特殊性分析與設(shè)計(jì)對(duì)策;文獻(xiàn)[8-10]闡述了我國(guó)工程風(fēng)險(xiǎn)管理的現(xiàn)狀、存在的問(wèn)題及建議等。上述文獻(xiàn)對(duì)地鐵車站的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了詳細(xì)闡述,但這些文獻(xiàn)都沒(méi)有涉及“站橋合一”車站的風(fēng)險(xiǎn)分析及應(yīng)對(duì)。本文針對(duì)成都地鐵2號(hào)線中醫(yī)學(xué)院站這一特殊的“站橋合一”車站,進(jìn)行施工風(fēng)險(xiǎn)分析,提出風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施,并對(duì)地鐵建設(shè)施工階段的風(fēng)險(xiǎn)管理思路提出一些建議。
成都地鐵2號(hào)線中醫(yī)學(xué)院站(以下簡(jiǎn)稱“本站”)位于成都市主干道蜀都大道與一環(huán)路交叉路口處,為2,4,5號(hào)線3線換乘車站。2號(hào)及4號(hào)線“平行、同站臺(tái)”換乘,沿清江東路和十二橋路東西向布置,兩端為盾構(gòu)區(qū)間;5號(hào)線位于站廳層,沿一環(huán)路下穿隧道兩側(cè)南北走向布置,本次施工預(yù)留與5號(hào)線區(qū)間接口。車站平面位置見(jiàn)圖1。
圖1 車站平面位置示意圖Fig.1 Plan layout of Metro station
為減少修建車站對(duì)交叉路口交通的影響,規(guī)劃時(shí)采用“站橋合一”設(shè)計(jì)、“先橋后站”施工:先在站位上方修建跨線橋,以疏解交通,后在橋下修建車站,車站和橋共用鋼管柱。車站西端頭位于摸底河岸邊約8 m,沿一環(huán)路有4車道公路下穿隧道,與車站交角為57°,將車站分隔為東、西2個(gè)站廳,站臺(tái)層頂板緊貼隧道底板?!罢緲蚝弦弧蹦P鸵?jiàn)圖2。橋、站、隧道結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)縱剖面見(jiàn)圖3。
本站為地下兩層(局部三層)四跨(局部二、三、五跨)雙島式站臺(tái)車站,總長(zhǎng)298.65 m,標(biāo)準(zhǔn)段寬40.9 m,頂板上覆土約3 m,底板埋深約19 m。下穿一環(huán)路隧道段(長(zhǎng)約33m)暗挖施工,兩端(西67.3 m、東198.35 m)蓋挖順作施工??偨ㄖ娣e22 095.2 m2,設(shè)4個(gè)出入口、3組風(fēng)亭。
本站埋深范圍內(nèi)地層主要為表層雜填土及下層松散-密實(shí)卵石土,卵石粒徑以20~80mm為主,卵石含量60%~80%。地下水主要為卵石層中的孔隙潛水,含水豐富,水位埋深2.5 m。成都平原的卵石經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間的地質(zhì)作用和上覆土層的壓密,已經(jīng)很密實(shí),降水后卵石層產(chǎn)生的固結(jié)沉降很少。
1.2.1 車站結(jié)構(gòu)型式獨(dú)特、規(guī)模大
本站與跨線橋采用“站橋合一”設(shè)計(jì),站、橋共用鋼管柱(見(jiàn)圖4),鋼管柱采用帶擴(kuò)大端的鋼筋混凝土樁基;車站與一環(huán)路下穿隧道斜交57°,站廳被下穿隧道分隔為東、西2部分(見(jiàn)圖5);雙層車站內(nèi)實(shí)現(xiàn)3線換乘,車站規(guī)模較大。
圖2 “站橋合一”模型示意圖Fig.2 Model of combination of Metro station and bridge
1.2.2 橋下“蓋挖+暗挖”施工難度大
“站橋合一”設(shè)計(jì)、“先橋后站”施工,考慮基坑開(kāi)挖過(guò)程中橋墩的穩(wěn)定,地鐵車站采用蓋挖法施工,以車站頂板約束橋墩位移。跨線橋總長(zhǎng)約350 m,共11組墩柱,其中9組與車站共用,受橋下凈高(0~6 m)限制,機(jī)械作業(yè)困難,靠近橋端約50 m兩跨梁體已進(jìn)入地下,車站土方開(kāi)挖(見(jiàn)圖6)及鋼管柱吊裝(見(jiàn)圖7)難度極大。頂板以上約6 000 m3土方采用人工開(kāi)挖,鋼管柱采用分節(jié)法蘭連接、人工吊裝。
蓋挖基坑內(nèi)受眾多鋼管柱影響,機(jī)械不易操作,橫向鋼管支撐的安裝、拆除及鋼筋混凝土支撐的拆除難度相當(dāng)大,安全風(fēng)險(xiǎn)也大。受鋼管柱及內(nèi)支撐體系的空間限制,土方開(kāi)挖出渣效率低下,機(jī)械傷害事故概率高。
站臺(tái)層過(guò)下穿隧道段采用暗挖法施工,渣土、材料均須經(jīng)蓋挖段頂板預(yù)留口進(jìn)出,倒運(yùn)次數(shù)多,工序相互干擾大。
1.2.3 周邊環(huán)境復(fù)雜,施工安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)多、風(fēng)險(xiǎn)高
1)車站頂板與隧道底板密貼。本站下穿一環(huán)路隧道時(shí)為單層結(jié)構(gòu)(站臺(tái)層),長(zhǎng)31.2 m、高約11 m、寬40.9 m,三柱四跨矩形結(jié)構(gòu),分7個(gè)導(dǎo)洞開(kāi)挖。導(dǎo)洞開(kāi)挖時(shí)隧道底板暴露、懸空,使導(dǎo)洞初期支護(hù)結(jié)構(gòu)與隧道底板密貼的施工工藝難度大、風(fēng)險(xiǎn)高。
2)高層建筑緊鄰且其基礎(chǔ)局部緊貼或侵入車站設(shè)計(jì)輪廓。溫哥華廣場(chǎng)大樓(36層)距車站主體約7 m,地下室深度約11 m,筏板基礎(chǔ),車站基坑開(kāi)挖深度約20 m,大于其地下室深度(見(jiàn)圖8),且車站附屬外掛結(jié)構(gòu)局部利用其地下室原圍護(hù)樁作本站圍護(hù)結(jié)構(gòu)。豪閣商務(wù)酒店(9層,1982年修建,條形臺(tái)階式擴(kuò)大磚基礎(chǔ)深4.3 m)基礎(chǔ)邊線距4號(hào)出入口最小距離約1.5 m,距主體基坑約5 m。
3)跨線橋與車站共用鋼管柱,個(gè)別橋樁基緊貼車站圍護(hù)樁。圍護(hù)樁緊貼跨線橋2號(hào)承臺(tái)及樁基,需破除承臺(tái)的部分混凝土方可施工(見(jiàn)圖9)。
圖8 36層溫哥華廣場(chǎng)與車站主體關(guān)系剖面圖Fig.8 Profile showing relationship between 36-storey Vancouver Square and Metro station
4)周邊建筑密集,地下管線密布。本站位于城市交通干道交叉口,周邊建筑有醫(yī)院、酒店、商務(wù)樓、臨街商鋪等,地下管線有雨污水管、給水管、煤氣管、電力、通信、光纜等呈“蛛網(wǎng)狀”分布(見(jiàn)圖10)。
5)緊鄰摸底河。摸底河河寬18 m、深約4 m,距車站西端頭約8 m。原狀砂卵石河底滲水性強(qiáng),5—10月雨季河水最大深度可達(dá)3 m。
1.2.4 工期履約壓力極大
本項(xiàng)目合同工期為28個(gè)月(含拆、遷、改、道路恢復(fù)),合同要求第15個(gè)月主體站臺(tái)層結(jié)構(gòu)全部完工(含暗挖部分)以提供盾構(gòu)過(guò)站條件。無(wú)論是關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)還是總工期都比較緊張,尤其是盾構(gòu)過(guò)站節(jié)點(diǎn)工期壓力更大。
施工時(shí),車站圍擋始于第4個(gè)月,完成管線改遷、降水、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、鋼管柱及頂板結(jié)構(gòu)歷時(shí)7個(gè)月,約21萬(wàn)m3基坑內(nèi)土方、主體結(jié)構(gòu)施工達(dá)到盾構(gòu)過(guò)站條件耗時(shí)近9個(gè)月,業(yè)主調(diào)整工期比原合同節(jié)點(diǎn)要求后延近5個(gè)月。
風(fēng)險(xiǎn)具有不確定性,可能導(dǎo)致?lián)p失,也可能不會(huì)導(dǎo)致?lián)p失,但二者均有一個(gè)共同點(diǎn),即有風(fēng)險(xiǎn)源和誘發(fā)風(fēng)險(xiǎn)演變?yōu)槭录脑?風(fēng)險(xiǎn)因素)。
施工過(guò)程是一個(gè)通過(guò)施工措施維持或預(yù)先構(gòu)建或隨施工過(guò)程及時(shí)構(gòu)建的新的穩(wěn)定和平衡以替代原有穩(wěn)定、平衡的過(guò)程,即維持和構(gòu)建穩(wěn)定的過(guò)程。施工措施恰當(dāng)與否關(guān)系到施工安全,若措施失當(dāng),平衡體系不能維持或及時(shí)構(gòu)建,周邊環(huán)境受施工干擾將產(chǎn)生不穩(wěn)定因素,引發(fā)安全風(fēng)險(xiǎn)。如基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)不提前實(shí)施,基坑開(kāi)挖則在不安全狀態(tài)下實(shí)施,就可能產(chǎn)生基坑坍塌等事故,進(jìn)而可能引發(fā)周邊建(構(gòu))筑物變形、破壞等安全隱患或事件;基坑挖掘卸載導(dǎo)致地層連續(xù)性和圍護(hù)結(jié)構(gòu)平衡受力狀態(tài)被打破,若內(nèi)支撐體系架設(shè)不及時(shí)或不足,可能引發(fā)基坑坍塌等事件。
對(duì)工程特點(diǎn)和難點(diǎn)進(jìn)行分析,依風(fēng)險(xiǎn)識(shí)辨、分級(jí)將本站的主要施工安全風(fēng)險(xiǎn)和對(duì)特大、重大危險(xiǎn)源進(jìn)行分析歸納,見(jiàn)表1。
針對(duì)特大、重大風(fēng)險(xiǎn)源可能發(fā)生的不同風(fēng)險(xiǎn)事件,采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)、施工措施,其效果及措施失當(dāng)?shù)脑蚍治鲆?jiàn)表2。
結(jié)合本站實(shí)例,風(fēng)險(xiǎn)引發(fā)的必要條件是風(fēng)險(xiǎn)源和風(fēng)險(xiǎn)因素,而風(fēng)險(xiǎn)源和風(fēng)險(xiǎn)因素出現(xiàn)、存在于工程建設(shè)的不同階段。
3.1.1 規(guī)劃階段留存的安全風(fēng)險(xiǎn)
地鐵建設(shè)在規(guī)劃階段的內(nèi)容主要是考慮選線和站位規(guī)劃、總體投資、運(yùn)營(yíng)效率、社會(huì)效益等問(wèn)題,是從整體線路的可行性方面進(jìn)行統(tǒng)籌和全盤考慮,盡量避免更多、更大的風(fēng)險(xiǎn)。線位和站位的不同,直接涉及車站的周邊環(huán)境,也決定了個(gè)別站點(diǎn)必然存在的不可避免的風(fēng)險(xiǎn)源。如本站在成都地鐵2號(hào)線上的位置,就決定其周邊的溫哥華廣場(chǎng)、下穿隧道、摸底河等風(fēng)險(xiǎn)源的必然存在,這些風(fēng)險(xiǎn)源產(chǎn)生于規(guī)劃階段,且是不可避免的。
3.1.2 設(shè)計(jì)階段留存的安全風(fēng)險(xiǎn)
規(guī)劃階段留存的風(fēng)險(xiǎn)源已客觀存在,規(guī)劃基礎(chǔ)上的設(shè)計(jì)階段系在滿足結(jié)構(gòu)安全和使用功能的前提下進(jìn)行比選,以達(dá)到消除或減小風(fēng)險(xiǎn)源引發(fā)風(fēng)險(xiǎn)事件或風(fēng)險(xiǎn)損失的可能性。設(shè)計(jì)階段留存的安全風(fēng)險(xiǎn)有規(guī)劃階段產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)源未得到很好地解決和設(shè)計(jì)方案或設(shè)計(jì)措施失當(dāng)或疏漏引發(fā)新的安全風(fēng)險(xiǎn)源或風(fēng)險(xiǎn)因素。
3.1.3 施工階段的安全風(fēng)險(xiǎn)
施工階段的安全風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)源于規(guī)劃、設(shè)計(jì)階段留存的風(fēng)險(xiǎn)和施工中的安全風(fēng)險(xiǎn)(高空作業(yè)、高大模板、受力體系轉(zhuǎn)換等)。
建設(shè)工程安全風(fēng)險(xiǎn)具有階段性,須以階段性預(yù)案和措施應(yīng)對(duì)。
表1 施工安全風(fēng)險(xiǎn)因素與風(fēng)險(xiǎn)事件Table 1 List of safety risks
風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)應(yīng)從風(fēng)險(xiǎn)源和風(fēng)險(xiǎn)因素入手,制定階段性預(yù)案和應(yīng)對(duì)措施,風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)成功與否取決于應(yīng)對(duì)措施的選擇。安全風(fēng)險(xiǎn)由客觀環(huán)境和應(yīng)對(duì)措施失當(dāng)引發(fā),不同的措施產(chǎn)生不同的結(jié)果。本文側(cè)重于施工階段風(fēng)險(xiǎn)的應(yīng)對(duì)思路。
本站安全風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)有成功之處,也有失當(dāng)之處。應(yīng)對(duì)失當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)多來(lái)自周邊環(huán)境,多系對(duì)風(fēng)險(xiǎn)存在的狀態(tài)和特點(diǎn)不夠了解或判斷有偏差。
在應(yīng)對(duì)周邊環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)時(shí),須認(rèn)真客觀地研究風(fēng)險(xiǎn)及環(huán)境特點(diǎn),為應(yīng)對(duì)措施的擬定提供真實(shí)依據(jù);本著“維持和構(gòu)建穩(wěn)定、平衡”的理念選擇應(yīng)對(duì)措施,效果應(yīng)具有可驗(yàn)證性。以往實(shí)例不乏有些應(yīng)對(duì)措施看似在糾正和補(bǔ)強(qiáng),但同時(shí)措施本身在打破另一種平衡和穩(wěn)定,基于某些隱蔽工程的不可重復(fù)、無(wú)法或不易驗(yàn)證、量化檢驗(yàn)困難等特點(diǎn),致使應(yīng)對(duì)措施的效果無(wú)法準(zhǔn)確判定,其結(jié)果可能得不償失或得等于失,應(yīng)對(duì)措施實(shí)施的意義不大。
表2 安全風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施及效果Table 2 Countermeasures for safety risks and their effects
1)充分理解地下工程的施工過(guò)程實(shí)際上是“維持和(或)構(gòu)建穩(wěn)定、平衡的過(guò)程”,這對(duì)風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)策略及措施的選擇有很好的指導(dǎo)意義。
2)工程建設(shè)是分階段完成的,對(duì)于階段性風(fēng)險(xiǎn)有相應(yīng)的預(yù)案和處理措施,但若前階段的風(fēng)險(xiǎn)未處理或處理不當(dāng),將增加施工階段的風(fēng)險(xiǎn)。
3)部分風(fēng)險(xiǎn)是客觀存在的,風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)的目標(biāo)是消除或減小風(fēng)險(xiǎn)的影響程度,應(yīng)對(duì)措施選擇的不同將產(chǎn)生不同的結(jié)果。
4)施工階段對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源和風(fēng)險(xiǎn)因素的辨識(shí)及應(yīng)對(duì)消除是風(fēng)險(xiǎn)管理的主要內(nèi)容。
地鐵工程是“百年大計(jì)”,其建設(shè)過(guò)程的各項(xiàng)工作也圍繞“確保施工和運(yùn)營(yíng)安全、不留遺憾工程”開(kāi)展,建設(shè)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)管理至關(guān)重要。由上述分析可知,風(fēng)險(xiǎn)的存在和應(yīng)對(duì)具有階段性。對(duì)地鐵工程施工階段的安全風(fēng)險(xiǎn)管理,建議如下:
1)應(yīng)確立安全風(fēng)險(xiǎn)管理目標(biāo)。施工過(guò)程中的各項(xiàng)安全工作圍繞風(fēng)險(xiǎn)管理目標(biāo)開(kāi)展。
2)應(yīng)確立安全風(fēng)險(xiǎn)管理的地域范圍。
3)明確風(fēng)險(xiǎn)源。結(jié)合周邊環(huán)境、施工措施、施工資源(人員、機(jī)械等)確定,再進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)源辨識(shí)、分級(jí)和風(fēng)險(xiǎn)因素分析,并建立臺(tái)賬。
4)根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)源和風(fēng)險(xiǎn)因素情況,制定針對(duì)性預(yù)案和措施。
5)實(shí)施應(yīng)對(duì)措施,并動(dòng)態(tài)管理安全風(fēng)險(xiǎn)(過(guò)程記錄、臺(tái)賬、分析總結(jié)等)。
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