深圳地鐵二期工程建設(shè)期安全事故分析

楊 晨，張佐漢

(中國(guó)鐵道科學(xué)研究院，北京 100081)

深圳市地鐵二期工程自2005年開(kāi)工建設(shè)到2011年正式運(yùn)營(yíng)的6年時(shí)間里，5條線路先后開(kāi)工建設(shè)，最終建成車站131個(gè)、車輛段5個(gè)、停車場(chǎng)2個(gè)、主變電所7個(gè)，軌道交通線路長(zhǎng)度156.5 km，取得了舉世矚目的建設(shè)成就。然而建設(shè)期間一些安全事故的發(fā)生，特別是那些本可避免的安全事故，不僅使工程建設(shè)蒙受了相當(dāng)大的損失，也給深圳的軌道交通事業(yè)帶來(lái)了負(fù)面的影響。如何發(fā)掘事故發(fā)生的特有規(guī)律，如何在已有事故的基礎(chǔ)上分析事故致因，如何把已有的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)轉(zhuǎn)化為管理方法，這些問(wèn)題的研究都將對(duì)今后全國(guó)的地鐵工程建設(shè)產(chǎn)生積極作用。

1 深圳地鐵二期工程安全事故分析

1.1 建設(shè)期安全事故

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，深圳地鐵二期工程建設(shè)過(guò)程中，共發(fā)生安全事故43起，10人受傷，20人死亡。其中，2005年1起，無(wú)人員傷亡;2007年2起，無(wú)人員傷亡;2008年7起，2人受傷，7人死亡;2009年19起，3人受傷，9人死亡;2010年1起，1人受傷，1人死亡;2011年3起，4人受傷，3人死亡。可見(jiàn)，地鐵工程的安全事故易發(fā)、多發(fā)且損傷慘重。

1.2 事故的主要類型

事故發(fā)生的類型如表1所示。而在這43起建設(shè)期安全事故中，坍塌事故與沉降事故各發(fā)生20起和7起，分別占到事故總數(shù)的46.5%和16.3%，是地鐵工程建設(shè)過(guò)程中最容易發(fā)生的兩類安全事故。

坍塌事故是指受到地鐵建設(shè)影響的建筑物、構(gòu)造物、堆置物、地層、土石方等因設(shè)計(jì)、堆置、擺放或施工不合理而發(fā)生的突然性垮塌或倒塌，從而造成人員傷害或工程損失的事故［1］。它包括地鐵自身主體結(jié)構(gòu)的垮塌，周邊建(構(gòu))筑物、土石方的倒塌，以及周邊地層的塌陷等。沉降事故主要是指在地鐵工程基坑開(kāi)挖或者隧道掘進(jìn)過(guò)程中，因土體、水體受到擾動(dòng)，周邊建筑物、構(gòu)筑物、地層等的沉降超過(guò)一定閾值所引發(fā)的損害事故。地下工程在施工的過(guò)程中，圍巖受到擾動(dòng)在所難免，只要控制圍巖變形的速度和大小，就能很好地保證結(jié)構(gòu)自身及周邊環(huán)境的安全。

地鐵工程中，坍塌事故可能會(huì)引起沉降事故，而沉降事故若任其發(fā)展也可能會(huì)轉(zhuǎn)變成坍塌事故。如在礦山法施工過(guò)程中，若未對(duì)掌子面進(jìn)行注漿預(yù)加固，就極有可能發(fā)生掌子面的垮塌，威脅隧道結(jié)構(gòu)的安全，擾動(dòng)上部地層引起周邊建(構(gòu))筑物的不均勻沉降，發(fā)生沉降事故。如果不及時(shí)進(jìn)行加固處理，建筑物也有可能因?yàn)椴痪鶆虺两颠^(guò)大而開(kāi)裂、垮塌。從坍塌和沉降事故的影響來(lái)看，此類事故能夠造成結(jié)構(gòu)自身的破壞，周邊建筑物倒塌或開(kāi)裂，地面塌陷和管線破壞等破壞性后果，屬能夠造成嚴(yán)重人身傷害和較大經(jīng)濟(jì)損失的事故類型。在地鐵工程建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)防坍塌與沉降事故的發(fā)生。

1.3 事故發(fā)生的主要階段

地鐵工程在施工過(guò)程中需要用到多種施工工法，如地下車站有明挖法、暗挖法等，地下區(qū)間有盾構(gòu)法、暗挖法、沉管法和明挖法等［2］。明挖法都需要對(duì)基坑進(jìn)行支護(hù)以抵抗開(kāi)挖過(guò)程中的土、水壓力，支護(hù)結(jié)構(gòu)的形式也是多種多樣，有支護(hù)樁體系、地下連續(xù)墻體系、土釘墻體系等。各種工法都需要采用輔助工法對(duì)不良土體進(jìn)行預(yù)加固，避免開(kāi)挖或挖掘作業(yè)過(guò)程中土體與地下水受到侵?jǐn)_而降低強(qiáng)度、喪失穩(wěn)定性。輔助工法也很多，注漿、高壓旋噴、攪拌、冷凍等是經(jīng)常采用的工法。高架線屬于結(jié)構(gòu)工程，采用的工法以預(yù)制架設(shè)、滿堂支架現(xiàn)澆和節(jié)段法拼裝或現(xiàn)澆為主，輔助有架橋機(jī)、支架體系、掛籃、塔吊等臨時(shí)承重結(jié)構(gòu)與設(shè)備。

表1 深圳地鐵二期工程安全事故類型

地鐵工程建設(shè)期安全事故的發(fā)生主要集中在基坑工程開(kāi)挖、盾構(gòu)隧道推進(jìn)、暗挖隧道掘進(jìn)、高支模施工等階段。對(duì)基坑工程、盾構(gòu)推進(jìn)、隧道暗挖、高支模施工這4個(gè)階段進(jìn)行分析可以有效地預(yù)防事故的發(fā)生，如圖1所示。

圖1 地鐵工程主要工法及主要風(fēng)險(xiǎn)源(粗線框?yàn)橹饕L(fēng)險(xiǎn)源)

2 主要問(wèn)題分析及對(duì)策

2.1 基坑工程問(wèn)題分析與對(duì)策

基坑工程事故主要有以下3類:①基坑邊堆載體失去穩(wěn)定，滑坡流入基坑，造成基坑被填埋或者局部支護(hù)結(jié)構(gòu)被破壞而垮塌;②基坑支護(hù)強(qiáng)度、剛度不足引起基坑失穩(wěn)，這種情況有設(shè)計(jì)的原因，大多是不按設(shè)計(jì)要求施工造成的;③基坑工程在施工過(guò)程還有可能對(duì)周邊環(huán)境產(chǎn)生破壞性的影響，如土方開(kāi)挖時(shí)若基坑變形過(guò)大、圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏水可能會(huì)導(dǎo)致周邊地下水水位降低，建筑物沉降、傾斜、開(kāi)裂，市政管線損壞，地面沉降，道路塌陷，交通受阻或中斷等。

解決基坑工程問(wèn)題的對(duì)策:①保證維護(hù)結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，嚴(yán)把各分項(xiàng)工程的質(zhì)量驗(yàn)收，確保基坑不滲水、不漏水;②控制基坑周邊堆載，控制土方堆載高度及起重吊裝荷載的校核;③控制土方分層開(kāi)挖、及時(shí)架設(shè)支撐體系;④加強(qiáng)對(duì)地下水位變化、基坑及周邊變形的監(jiān)測(cè)，做到信息化施工。

2.2 盾構(gòu)推進(jìn)問(wèn)題分析與對(duì)策

盾構(gòu)在穿越復(fù)雜地層、節(jié)約工期、控制沉降等方面有著較大應(yīng)用空間，是目前地鐵工程建設(shè)過(guò)程中經(jīng)常用到的施工工藝。其在推進(jìn)過(guò)程中所發(fā)生事故的主要類型是:地面的隆起和沉降、管線的破裂、周邊建筑物的不均勻沉降以及襯砌管片的開(kāi)裂和錯(cuò)臺(tái)等事故和病害。這往往是由于盾構(gòu)在選型和掘進(jìn)過(guò)程中對(duì)周邊地層地質(zhì)和水文條件的狀況了解得不夠清楚，沒(méi)有及時(shí)地采取措施來(lái)調(diào)整掘進(jìn)參數(shù)或加固，以改變周邊地層的水文和地質(zhì)條件［3］。

解決盾構(gòu)推進(jìn)問(wèn)題對(duì)策:①應(yīng)詳細(xì)掌握地質(zhì)水文情況，對(duì)盾構(gòu)機(jī)的選型做重點(diǎn)研究，重視盾構(gòu)機(jī)進(jìn)場(chǎng)的設(shè)備完好性;②地層預(yù)加固是保證盾構(gòu)始發(fā)、到達(dá)、穿越不良地質(zhì)與建筑物等的重要措施，應(yīng)分段進(jìn)行研究，并提前實(shí)施;③換刀具是不可避免的，在預(yù)見(jiàn)或未預(yù)見(jiàn)到的更換地點(diǎn)進(jìn)行地層加固;④盾構(gòu)隧道只設(shè)一道襯砌，管片錯(cuò)臺(tái)、開(kāi)裂、接縫滲水是不可接受的質(zhì)量問(wèn)題，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題應(yīng)及時(shí)處理，不留隱患;⑤施工操作人員的水平與經(jīng)驗(yàn)很重要，重視進(jìn)場(chǎng)人員的資質(zhì)檢查。

2.3 隧道暗挖問(wèn)題分析與對(duì)策

暗挖隧道掘進(jìn)事故多是由于掌子面的開(kāi)挖造成周邊土體的擾動(dòng)，而發(fā)生一定程度的沉降導(dǎo)致周邊雨水、污水管線斷裂，進(jìn)而引發(fā)涌水、涌泥事故，更嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致地面坍塌、周邊建(構(gòu))筑物損壞。

暗挖隧道掘進(jìn)問(wèn)題對(duì)策:①對(duì)市政管線的調(diào)查很重要，如果掌子面上方有雨、污水管線，應(yīng)高度重視，分析存在的可能風(fēng)險(xiǎn);②市政雨、污水管線是承插口連接，存在滲漏水的現(xiàn)象是不可避免的，管下地層受水浸泡、含水率高，強(qiáng)度大幅度降低，應(yīng)判斷是否采取地層預(yù)加固措施(注漿);③對(duì)加固的土體應(yīng)進(jìn)行原位試驗(yàn)以檢驗(yàn)加固效果;④應(yīng)加強(qiáng)對(duì)地層的監(jiān)測(cè)工作，數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)反饋，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決。

2.4 高支模施工問(wèn)題分析與對(duì)策

地鐵工程高架線施工過(guò)程中，事故主要是支架、模板的垮塌。這類事故造成的損傷比較大，往往是群死群傷事故，應(yīng)予以高度重視。支架、模板工程一般都是由施工單位自行組織設(shè)計(jì)，經(jīng)監(jiān)理單位審核后，方可組織施工。但是由于其設(shè)計(jì)水平、設(shè)計(jì)手段的制約，設(shè)計(jì)深度不夠、不細(xì)，而監(jiān)理單位由于自身水平的限制不易審查出問(wèn)題，這樣就容易導(dǎo)致操作人員的理解偏差，造成安全事故。在施工檢查驗(yàn)收方面，只要求強(qiáng)度、剛度滿足要求，至于怎么做到并沒(méi)有詳細(xì)的規(guī)定。

高支模施工問(wèn)題對(duì)策:①對(duì)于施工單位自己設(shè)計(jì)的臨時(shí)結(jié)構(gòu)工程，應(yīng)給予嚴(yán)格的審核，審核臨時(shí)結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度滿足要求，對(duì)于不滿足要求的，應(yīng)要求其將設(shè)計(jì)任務(wù)交給有資質(zhì)的設(shè)計(jì)單位;②設(shè)計(jì)的深度和細(xì)度應(yīng)能夠滿足指導(dǎo)施工的需要，避免操作人員理解上的誤差;③對(duì)支模材料、桿件、連接以及安裝進(jìn)行檢查與驗(yàn)收，落實(shí)規(guī)范規(guī)定的強(qiáng)度和剛度滿足要求，對(duì)于工廠制造的，應(yīng)駐廠監(jiān)造、進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收，對(duì)拆、裝移動(dòng)式的，每次使用前均應(yīng)進(jìn)行安裝驗(yàn)收。

3 建設(shè)期安全事故深層原因分析及對(duì)策

3.1 事故發(fā)生的根本原因分析

通過(guò)對(duì)基坑工程、盾構(gòu)推進(jìn)、隧道暗挖、高支模施工這幾個(gè)地鐵工程安全事故易發(fā)階段的主要問(wèn)題分析，不難發(fā)現(xiàn)，地鐵工程安全問(wèn)題，尤其是造成群死群傷的安全問(wèn)題，實(shí)際上都是是施工質(zhì)量問(wèn)題，大都是臨時(shí)結(jié)構(gòu)工程或地層預(yù)加固(輔助工法)的施工質(zhì)量問(wèn)題。發(fā)生的安全事故無(wú)一例不是施工質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)、規(guī)范、或應(yīng)有的標(biāo)準(zhǔn)所造成的，重視臨時(shí)結(jié)構(gòu)工程、地層預(yù)加固(輔助工法)的質(zhì)量問(wèn)題，安全工作才可能有保障［4-5］。

3.2 輔助工法問(wèn)題分析

地鐵工程輔助工法主要是對(duì)地層的預(yù)加固，通過(guò)攪拌、旋噴、冷凍等化學(xué)、物理方法對(duì)土體進(jìn)行加固，以降低開(kāi)挖對(duì)土體的擾動(dòng)。一類是在土中混合添加固化劑(化學(xué)法)，提高土的強(qiáng)度與密實(shí)度，從而抵抗開(kāi)挖面的土壓、水壓。另一類是采取物理方法將土水固化、排水以抵抗開(kāi)挖面的土壓、水壓，如冷凍法、排水固結(jié)法等。加固的土體一般應(yīng)具備以下兩個(gè)方面的要求:首先，加固土應(yīng)有一定的強(qiáng)度，一般單軸無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為0.3～1.0mPa，強(qiáng)度也不宜太高，否則在開(kāi)挖時(shí)增加了施工難度;其次，加固土應(yīng)有一定的抗?jié)B能力，根據(jù)開(kāi)挖面的深度、土層性質(zhì)、水位高度等確定標(biāo)準(zhǔn)值，一般地鐵地層加固后開(kāi)挖面深，如標(biāo)準(zhǔn)太高無(wú)法滿足，則應(yīng)采取降水的輔助措施，以減低所面臨的水壓要求。

地鐵工程的安全事故大多數(shù)都是因輔助工法的施工質(zhì)量滿足不了要求，在后續(xù)開(kāi)挖或掘進(jìn)過(guò)程中抵抗不了開(kāi)挖面的土壓、水壓而發(fā)生的。發(fā)生的質(zhì)量、安全事故分為兩類:一類是認(rèn)識(shí)到了但加固土體積不夠或加固效果不好所產(chǎn)生的，其中該實(shí)施而未實(shí)施、或?qū)嵤┝硕蝗娴膶儆谌藶橐蛩?實(shí)施了但效果達(dá)不到要求的屬于管理因素。另一類是沒(méi)有認(rèn)識(shí)到需要進(jìn)行加固，屬于風(fēng)險(xiǎn)沒(méi)有預(yù)見(jiàn)到，屬于超人為因素。

3.3 臨時(shí)承重結(jié)構(gòu)問(wèn)題分析

地鐵工程中，臨時(shí)承重結(jié)構(gòu)包括橋梁墩柱模板、就地現(xiàn)澆梁支架模板、預(yù)制梁安裝整套設(shè)備、掛籃施工整套設(shè)備、橋梁施工臺(tái)車、暗挖隧道二襯臺(tái)車、豎井提升裝置、塔吊、龍門吊、鋼支撐系統(tǒng)、盾構(gòu)始發(fā)承力架、重疊隧道的支撐架及其他臨時(shí)承重結(jié)構(gòu)等。

地鐵工程安全事故少部分發(fā)生在臨時(shí)承重結(jié)構(gòu)。這類問(wèn)題主要是臨時(shí)結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中出現(xiàn)了問(wèn)題。工程的質(zhì)量驗(yàn)收工作只對(duì)永久結(jié)構(gòu)工程做了詳細(xì)的要求，分控制性指標(biāo)和一般性指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)收，而對(duì)臨時(shí)結(jié)構(gòu)工程卻沒(méi)有相關(guān)的規(guī)定，臨時(shí)承重結(jié)構(gòu)不能夠按照“完成一項(xiàng)驗(yàn)收一項(xiàng)”的原則組織驗(yàn)收，安全風(fēng)險(xiǎn)積累到一定程度，就容易發(fā)生安全事故。

3.4 解決對(duì)策

1)對(duì)輔助工法的施工質(zhì)量進(jìn)行控制。要注意以下幾點(diǎn):加固土的體積(長(zhǎng)、寬、深)應(yīng)根據(jù)土體性質(zhì)、環(huán)境要求、開(kāi)挖面規(guī)模等，通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算確定，確保抵抗開(kāi)挖面的土壓、水壓。加固效果必須通過(guò)原位試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)，一定要采取鉆芯取樣檢測(cè)的方式，對(duì)土體鉆芯取樣做強(qiáng)度、抗?jié)B和土工試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)見(jiàn)證送檢。另外，打設(shè)探孔、埋設(shè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀察，對(duì)加固土體的均勻性進(jìn)行輔助檢查。由于開(kāi)挖施工周期長(zhǎng)，試驗(yàn)與觀測(cè)應(yīng)是較長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)，應(yīng)貫穿于施工的整個(gè)過(guò)程。

2)強(qiáng)調(diào)臨時(shí)結(jié)構(gòu)工程必須按永久工程進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工與驗(yàn)收，合格后方可進(jìn)行下道工序的施工。

3)在施工方案審查中，除了對(duì)施工方案本身審查外，還要對(duì)施工環(huán)境是否進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)查，是否采取了針對(duì)性的施工措施進(jìn)行審查。

4)重視重點(diǎn)工序開(kāi)工前的審查，如基坑開(kāi)挖前和開(kāi)挖下層土方前、暗挖隧道進(jìn)洞開(kāi)挖前、盾構(gòu)始發(fā)前、墩柱澆筑混凝土前的模板系統(tǒng)、現(xiàn)澆梁板安裝鋼筋前和澆筑混凝土前的支撐系統(tǒng)、橋梁擋板澆筑混凝土前的模板系統(tǒng)、每節(jié)段澆筑混凝土前的掛籃系統(tǒng)、澆筑二襯混凝土前的臺(tái)車安裝、進(jìn)場(chǎng)施工前的圍擋等。審查各分部分項(xiàng)工程開(kāi)工前檢查是否都合格;是否還需要采取其他施工措施來(lái)保障工序的安全。

5)跟進(jìn)工程驗(yàn)收，完工一道工序驗(yàn)收一道，完工一個(gè)分部分項(xiàng)工程驗(yàn)收一個(gè)。驗(yàn)收時(shí)，應(yīng)有試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為驗(yàn)收的依據(jù)。對(duì)土層預(yù)加固必須有原位試驗(yàn)，合格后方可進(jìn)行后續(xù)施工。

6)預(yù)控是重點(diǎn)，過(guò)程控制是著落點(diǎn)。

7)熟悉設(shè)計(jì)、了解環(huán)境、明確合格標(biāo)準(zhǔn)、及時(shí)檢查與驗(yàn)收，應(yīng)貫穿于施工工作的全過(guò)程。

4 結(jié)論

1)深圳地鐵二期工程建設(shè)期間，發(fā)生的安全事故主要類型是坍塌和沉降，分別占到事故總數(shù)的46.5%和16.3%。

2)地鐵工程建設(shè)期安全事故大多集中在基坑工程施工、盾構(gòu)推進(jìn)、隧道暗挖、高支模施工這幾個(gè)施工階段。

3)地鐵工程安全問(wèn)題，尤其是造成群死群傷的重特大安全問(wèn)題，實(shí)際上都是施工質(zhì)量問(wèn)題，大都是臨時(shí)結(jié)構(gòu)工程或地層預(yù)加固(輔助工法)的施工質(zhì)量問(wèn)題。發(fā)生的安全事故無(wú)一例不是施工質(zhì)量達(dá)不到設(shè)計(jì)、規(guī)范、或應(yīng)有的標(biāo)準(zhǔn)所造成的，重視臨時(shí)結(jié)構(gòu)工程、地層預(yù)加固(輔助工法)的質(zhì)量問(wèn)題，安全工作才可能有保障。

［1］周志鵬，李啟明，鄧小鵬，等.基于事故機(jī)理和管理因素的地鐵坍塌事故分析［J］.中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2009，19(9):139-145.

［2］賀少輝.地下工程［M］.北京:清華大學(xué)出版社，2008.

［3］張志偉，賈艷敏，趙艷娟.地鐵盾構(gòu)法施工事故預(yù)防及處理措施［J］.鐵道建筑，2010(11):50-53.

［4］李永永，黃志義，王景春.小凈距公路隧道施工安全模糊層次綜合評(píng)價(jià)方法研究及應(yīng)用［J］.鐵道建筑，2011(2):60-63.

［5］楊忠，孫瑞海，王成，等.新建鐵路隧道施工安全監(jiān)控技術(shù)［J］.鐵道建筑，2010(11):36-39.