地鐵施工的地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性與安全管理對(duì)策

于加新

（上海三維工程建設(shè)咨詢有限公司，上海 200060）

0 引 言

在我國(guó)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)現(xiàn)代水平提高，城市人口不斷增長(zhǎng)，機(jī)動(dòng)車(chē)輛與非機(jī)動(dòng)車(chē)輛數(shù)量迅速增加，很多大城市為解決交通緊張狀況紛紛建設(shè)地鐵。在地鐵施工過(guò)程中，由于對(duì)地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性重視不足或防治不當(dāng)，工程建設(shè)遭受或引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的安全重大事故屢有發(fā)生。例如，2003年 7月 1日凌晨 6：00，上海軌道交通 4號(hào)線旁通道工程施工作業(yè)面內(nèi)，因大量水及流砂涌入，引起隧道部分結(jié)構(gòu)損壞及周邊地區(qū)地面沉降，造成三棟建筑物嚴(yán)重傾斜，防汛墻局部塌陷，導(dǎo)致防汛墻圍堰管涌，直接經(jīng)濟(jì)損失初步估算為1.5 億元人民幣左右。2007年 3月 28日，北京地鐵 10號(hào)線蘇州橋標(biāo)段出入口處突發(fā)坍塌，6名工人被埋身亡。2008年 11月 15日，杭州地鐵 1號(hào)線湘湖站因突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生基坑坍塌事故，造成 17人死亡，4人失蹤，24人受傷的重特大安全生產(chǎn)事故，是目前中國(guó)地鐵修建史上最慘重的安全事故?？梢?jiàn)地質(zhì)災(zāi)害的危害性是非常大的，如何防治地質(zhì)災(zāi)害，將地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性風(fēng)險(xiǎn)控制在安全范圍內(nèi)，是擺在地鐵建設(shè)者面前的一個(gè)嚴(yán)竣課題

1 地鐵施工中地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型及其危害

地質(zhì)災(zāi)害是巖石圈表部在自然地質(zhì)作用和人為地質(zhì)作用的影響下，給人類(lèi)或物質(zhì)財(cái)富帶來(lái)的嚴(yán)重災(zāi)害事件。地質(zhì)災(zāi)害主要包括：地震、地裂縫、軟土變形、滑坡、地面沉降、水土流失、砂土液化、崩塌等，下面將幾個(gè)主要影響地鐵施工的地質(zhì)災(zāi)害簡(jiǎn)要介紹如下。

1.1 活動(dòng)性斷裂的地震效應(yīng)

活動(dòng)性斷裂是指近期正在活動(dòng)，今后 100年可能繼續(xù)活動(dòng)的斷裂?；顒?dòng)性斷裂的地震效應(yīng)產(chǎn)生的斷裂錯(cuò)位、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害對(duì)地鐵建設(shè)的影響是長(zhǎng)期的，同時(shí)地鐵隧道通過(guò)斷裂帶的圍巖穩(wěn)定性差，支護(hù)措施如不到位，容易發(fā)生塌方?；顒?dòng)性斷裂引起的地質(zhì)災(zāi)害危害結(jié)果：地鐵隧道沉降、塌方、透水等。

1.2 地面沉降與地面塌陷

地面沉降是指某一區(qū)域由于各種原因?qū)е碌牡乇頊\部的壓實(shí)加密引起的地面標(biāo)高下降的現(xiàn)象。地面沉降又稱地面下沉或地陷。我國(guó)目前已有 20多個(gè)城市發(fā)生了地面沉降，其中上海、天津、臺(tái)北、太原等最大累計(jì)地面沉降已超過(guò) 2 m。地面沉降是地鐵建設(shè)最常見(jiàn)的地質(zhì)災(zāi)害，北京、上海、深圳、廣州、杭州等在地鐵建設(shè)過(guò)程中均發(fā)生過(guò)不同程度的地面坍塌事故。危害結(jié)果：地鐵建筑不均勻下沉，地鐵盾構(gòu)斷裂，鐵軌扭曲，地鐵隧道透水，基坑與路面坍塌等。

1.3 流砂、管涌

流砂和管涌是滲透變形的兩種形式，均屬于地下水的不良作用。流砂多發(fā)生在顆粒級(jí)配均勻而細(xì)的粉、細(xì)砂中，其表現(xiàn)形式是所有顆粒同時(shí)從似于管狀通道被滲透水沖走。管涌是指在滲流作用下土體中的細(xì)顆粒在粗顆粒形成的孔隙孔道中發(fā)生移動(dòng)并被帶出，逐漸形成管形通道，從而掏空地基或壩體。流砂和管涌主要發(fā)生在地鐵車(chē)站深基坑施工中。如防治不當(dāng)，流砂和管涌易造成地鐵車(chē)站基坑支護(hù)變形失穩(wěn)坍塌，基坑進(jìn)水，基礎(chǔ)發(fā)生滑移或不均勻下沉，基礎(chǔ)懸浮等，以及地鐵隧道透水。

1.4 滑坡與泥石流

滑坡是指那些構(gòu)成斜坡體的巖土在重力作用下失穩(wěn)，坡體內(nèi)部的一個(gè)或幾個(gè)軟弱結(jié)構(gòu)面(帶)作整體性下滑的地質(zhì)現(xiàn)象。泥石流為山地突然爆發(fā)的飽含大量泥沙、石塊的洪流。按成因泥石流分為自然泥石和人為流泥石流，如山西尾砂礦潰壩特大安全事故就是人為泥石流?；屡c泥石流均具有突然性與破壞力大的特點(diǎn)，滑坡與泥石流主要對(duì)地鐵車(chē)站施工造成威脅。

1.5 溶洞的突水突泥

溶洞的突水突泥指在地鐵隧道施工開(kāi)挖作業(yè)面前方或隧道輪廓外側(cè)的特大巖溶洞洞壁突然破裂，造成溶洞內(nèi)的泥水突然大量涌入隧道。這種地質(zhì)災(zāi)害由于突發(fā)性強(qiáng)，往往造成重大人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。礦坑突水涌水，這是最常見(jiàn)的礦山災(zāi)害，突發(fā)性強(qiáng)、規(guī)模大，后果嚴(yán)重。生產(chǎn)過(guò)程中常因?qū)ΦV坑涌水量估計(jì)不足，采掘過(guò)程中打穿老窿，貫穿透水?dāng)鄬?，驟遇蓄水溶洞或暗河，導(dǎo)致地下水或地面水大量涌入。

上述地質(zhì)災(zāi)害往往由人類(lèi)的地鐵工程活動(dòng)所引發(fā)，或是和人類(lèi)工程活動(dòng)有關(guān)，是人類(lèi)工程活動(dòng)誘發(fā)的次生地質(zhì)災(zāi)害。比如，滑坡、崩塌、泥石流等災(zāi)害除與大氣降水有關(guān)外，與人類(lèi)的開(kāi)挖、堆填和用水有極大關(guān)系；地面沉降、地裂縫、河(湖)水入侵等災(zāi)害主要是過(guò)量抽取地下液體所致；瓦斯突出、隧道突水以及開(kāi)挖區(qū)地面沉降等是由人類(lèi)施工開(kāi)挖活動(dòng)所致等等?？傊祟?lèi)工程活動(dòng)作為一種強(qiáng)大的營(yíng)力，不僅正在日益強(qiáng)烈地改變著和破壞著地殼表層地質(zhì)環(huán)境及其演化規(guī)律和演化速率，而且還經(jīng)常觸發(fā)和誘發(fā)大量的人為地質(zhì)災(zāi)害。地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生、發(fā)展進(jìn)程，有的是逐漸完成的，有的則具有很強(qiáng)的突發(fā)性。據(jù)此，又可將地質(zhì)災(zāi)害概分為漸變性地質(zhì)災(zāi)害和突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害兩大類(lèi)。前者如地面沉降、水土流失、水土污染等；后者如地震、崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地下工程災(zāi)害等。漸變性地質(zhì)災(zāi)害常有明顯前兆，對(duì)其防治有較從容的時(shí)間，可有預(yù)見(jiàn)地進(jìn)行，其成災(zāi)后果一般只造成經(jīng)濟(jì)損失，不會(huì)出現(xiàn)人員傷亡。突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害突然，可預(yù)見(jiàn)性差，其防治工作常是被動(dòng)式的應(yīng)急進(jìn)行。其成災(zāi)后果，不光是經(jīng)濟(jì)損失，也常造成人員傷亡。故是地質(zhì)災(zāi)害防治的重點(diǎn)對(duì)象。不同類(lèi)型的地質(zhì)災(zāi)害有時(shí)不是單一發(fā)生的，它們往往相互作用，同時(shí)發(fā)生。例如杭州地鐵塌陷事故具專(zhuān)家分析就是有自然因素(復(fù)雜的地質(zhì)條件、地下水的不良作用、周邊環(huán)境惡劣)和人為因素(基坑西側(cè)圍護(hù)壩作為一條交通主干道來(lái)使用，來(lái)往車(chē)流量大，給基坑的承重墻帶來(lái)太大沖擊)共同造成的。

2 地鐵施工中地質(zhì)災(zāi)害安全管理對(duì)策

每年世界因地質(zhì)災(zāi)害引起的災(zāi)難性事故成千上萬(wàn)，為此1999年世界地球日(4月 22日)的主題是“地質(zhì)災(zāi)害防治”。國(guó)內(nèi)地鐵隧道具統(tǒng)計(jì)因地質(zhì)災(zāi)害引起的安全事故達(dá) 75% 以上，故如何防治地質(zhì)災(zāi)害是十分重要的。這就警示我們，地鐵建設(shè)，安全風(fēng)險(xiǎn)極大，必須慎之又慎，若相應(yīng)的安全技術(shù)、管理水平不能及時(shí)跟上、配套，切忌盲目草率行事，否則勢(shì)必代價(jià)高昂和沉痛，得不償失

2.1 地鐵建設(shè)前期地質(zhì)災(zāi)害安全管理對(duì)策

地鐵建設(shè)前期地質(zhì)災(zāi)害防治應(yīng)執(zhí)行“預(yù)防為主、避讓與治理相結(jié)合，全面規(guī)劃、突出重點(diǎn)”的原則。國(guó)土資源部《地質(zhì)災(zāi)害防治管理辦法》第 15條規(guī)定，城市建設(shè)、有可能導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的工程項(xiàng)目建設(shè)和在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)內(nèi)進(jìn)行的工程建設(shè)，在申請(qǐng)建設(shè)用地之前必須進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估。因此，地鐵建設(shè)前期在地鐵建設(shè)區(qū)域首先要進(jìn)行地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估，評(píng)估報(bào)告內(nèi)容應(yīng)對(duì)建設(shè)區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境條件、地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性現(xiàn)狀、地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)、地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性防治措施等作詳細(xì)敘述。對(duì)已查明為活動(dòng)性斷裂發(fā)育區(qū)，大型滑坡、泥石流溝谷、巖洞群、一般情況下地鐵建設(shè)工程在選線路時(shí)(特別是地鐵車(chē)站)均宜加以避讓。當(dāng)必須進(jìn)行建設(shè)時(shí)，應(yīng)制定詳細(xì)的防治對(duì)策，經(jīng)專(zhuān)家技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證對(duì)比后，慎重取舍建設(shè)場(chǎng)地。勘察單位應(yīng)采用遙感圖像地質(zhì)解譯、地質(zhì)調(diào)繪、綜合物探和鉆探的綜合勘探方法，對(duì)易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域要提高勘察精度，加密勘察，對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)條件和周邊環(huán)境可能造成對(duì)工程的地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)作出重點(diǎn)說(shuō)明。設(shè)計(jì)單位應(yīng)精心設(shè)計(jì)，對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)條件和周邊環(huán)境可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害工程，尤其對(duì)隧道出入口、車(chē)站深基坑等要在設(shè)計(jì)方案中作專(zhuān)門(mén)的安全防護(hù)考慮。如合理確定支護(hù)措施和參數(shù)，制定特殊不良地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案，選擇安全可靠的施工方法等。建設(shè)單位在招投標(biāo)時(shí)應(yīng)將防治地質(zhì)災(zāi)害安全措施費(fèi)用納入工程費(fèi)用，同時(shí)在工期要求上要實(shí)事求是，科學(xué)合理。

2.2 地鐵施工階段地質(zhì)災(zāi)害安全管理對(duì)策

地鐵建設(shè)時(shí)，應(yīng)執(zhí)行“自然因素造成的地質(zhì)災(zāi)害，由各級(jí)人民政府負(fù)責(zé)治理；人為因素引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害，誰(shuí)引發(fā)、誰(shuí)治理”的原則；建設(shè)單位負(fù)責(zé)牽頭成立地質(zhì)災(zāi)害防治小組，小組成員包括建設(shè)、勘察、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、監(jiān)測(cè)等單位人員以及地質(zhì)、結(jié)構(gòu)專(zhuān)家等，統(tǒng)一管理，分工協(xié)作。杭州地鐵坍塌事故發(fā)生后，廣州、上海、杭州相繼成立地質(zhì)災(zāi)害防治小組，這是對(duì)地質(zhì)災(zāi)害防治的高度重視。地質(zhì)災(zāi)害防治小組切不可走形式，它的職責(zé)非常重要，每天要將工地的地質(zhì)變化情況匯總加以分析研究，定期巡視檢查，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害隱患應(yīng)及時(shí)會(huì)診，指導(dǎo)排除。施工單位應(yīng)精心施工，根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告及城建檔案等資料摸清工程地質(zhì)條件及周邊環(huán)境等情況，是否有暗浜、流砂、承壓水層等不良地質(zhì)。須查清基坑周邊環(huán)境：建(構(gòu))筑物的結(jié)構(gòu)類(lèi)型、層數(shù)、基礎(chǔ)、埋深及上部結(jié)構(gòu)形狀；地下管線的管類(lèi)、規(guī)格、分布；暗浜和廢棄人防及管線的距離和大小；道路的距離和車(chē)流；地表水的匯流和排疏情況等對(duì)基坑開(kāi)挖有影響的情況。對(duì)危險(xiǎn)性較大的隧道和深基坑工程要有針對(duì)性地編制專(zhuān)項(xiàng)施工方案，對(duì)施工中遇到的地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)有相應(yīng)的預(yù)控防治搶險(xiǎn)措施。施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行作業(yè)程序，加強(qiáng)安全管理，落實(shí)安全措施，合理安排工期。除設(shè)立專(zhuān)職安全員外，現(xiàn)場(chǎng)還應(yīng)配備經(jīng)驗(yàn)豐富的專(zhuān)業(yè)地質(zhì)工程師，及時(shí)發(fā)現(xiàn)開(kāi)挖作業(yè)面的地質(zhì)地質(zhì)災(zāi)害隱患。當(dāng)施工現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件與原設(shè)計(jì)不符時(shí)，應(yīng)及時(shí)會(huì)同設(shè)計(jì)、監(jiān)理等進(jìn)行變更設(shè)計(jì)，哪怕是一個(gè)細(xì)節(jié)都不能放過(guò)。監(jiān)理單位嚴(yán)格審查專(zhuān)項(xiàng)施工方案內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害隱患應(yīng)督促施工單位進(jìn)行防治，當(dāng)情況危急時(shí)應(yīng)立即下達(dá)停工指令，對(duì)施工單位搶險(xiǎn)所發(fā)生的費(fèi)用應(yīng)事后與建設(shè)單位簽字認(rèn)可。監(jiān)測(cè)單位在工程建設(shè)中應(yīng)做好地面沉降監(jiān)測(cè)，設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，作好監(jiān)測(cè)記錄與分析工作，發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)報(bào)警，避免或減輕地質(zhì)災(zāi)害對(duì)施工、地面建筑及居民人身安全的危害。同時(shí)還應(yīng)做到信息化施工。

2.3 地鐵運(yùn)行階段地質(zhì)災(zāi)害安全管理對(duì)策

地質(zhì)災(zāi)害對(duì)地鐵建設(shè)的影響是長(zhǎng)期的，特別是一些活動(dòng)性斷裂，容易造成地鐵隧道沉降、斷裂、滲水和軌基不均勻沉降等。我國(guó)有許多地鐵城市有活動(dòng)性斷裂，如南京市湖熟—浦口斷裂，從江寧區(qū)湖熟鎮(zhèn)經(jīng)市中心鼓樓斜穿整個(gè)主城區(qū)，過(guò)長(zhǎng)江至浦口區(qū)。該斷裂為主體隱伏活動(dòng)性斷裂，主城區(qū)內(nèi)該斷裂通過(guò)的部位地質(zhì)災(zāi)害常有發(fā)生，修建不久的鼓樓隧道、定淮門(mén)大橋等已發(fā)生過(guò)多次坍塌、沉降事故。同時(shí)已建成的地鐵隧道改變了原有的地質(zhì)環(huán)境，又會(huì)產(chǎn)生新的地質(zhì)災(zāi)害。尤其目前國(guó)內(nèi)大城市地鐵線較多，在地鐵上方及附近基坑開(kāi)挖對(duì)投入運(yùn)行的地鐵影響極大。例如，在上海的一些地鐵上方基坑開(kāi)挖過(guò)程中，土體卸載必然引起基坑底部土體回彈，土體的回彈使地鐵隧道產(chǎn)生豎向直徑增大的圓環(huán)變形。同時(shí)，基坑土體卸載在時(shí)間上和空間上的不均勻性，又使隧道沿縱向產(chǎn)生不均勻的曲線變化。在未加固的軟塑性粘土中，基坑土體卸載引起的坑底土體回彈約為0.5%H～1%H(H 為開(kāi)挖深度)。因此，為減小基坑開(kāi)挖對(duì)地鐵隧道的影響，確保地鐵隧道安全，通常采用高壓旋噴樁對(duì)基坑底部進(jìn)行土體加固處理，同時(shí)對(duì)地鐵上部基坑進(jìn)行分段開(kāi)挖，并及時(shí)對(duì)已澆筑完的底板進(jìn)行加載，將施工引起的地鐵隧道回彈量控制在 20 mm。工程建成后，對(duì)地鐵隧道通過(guò)地質(zhì)條件復(fù)雜的地段地面、隧道和軌基應(yīng)設(shè)長(zhǎng)期沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)。通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害引起的不均勻沉降及時(shí)進(jìn)行處理。同時(shí)，通過(guò)日本 3·19 特大地震警示，對(duì)沿海地鐵站應(yīng)有防地震、防海嘯等防災(zāi)預(yù)案，確保地鐵運(yùn)營(yíng)中的安全。

3 結(jié) 語(yǔ)

“加快重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”已成為目前國(guó)家建設(shè)的重中之重。各主要大城市又開(kāi)始新的地鐵建設(shè)熱潮，各地城市決策者應(yīng)以發(fā)生過(guò)的地質(zhì)災(zāi)害安全事故為鏡鑒，對(duì)地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)高度重視。建設(shè)前期做好地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估論證和安全防護(hù)設(shè)計(jì)；建設(shè)過(guò)程中應(yīng)精心組織施工，加強(qiáng)安全監(jiān)理，做好監(jiān)測(cè)預(yù)警和地質(zhì)災(zāi)害超前預(yù)報(bào)，實(shí)施信息化施工，將地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)控制在安全范圍內(nèi)。地質(zhì)災(zāi)害防治工程是一項(xiàng)長(zhǎng)期的工作，任重而道遠(yuǎn)。隨著新技術(shù)、新方法、新材料在地質(zhì)災(zāi)害防治工程中應(yīng)用，地質(zhì)災(zāi)害防治措施和施工技術(shù)必將邁向新的臺(tái)階。

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