基于風(fēng)險管控的地鐵車站施工方案優(yōu)化技術(shù)*

王 剛，孫 沖

(1.中鐵七局集團(tuán)西安鐵路工程有限公司，陜西 西安 710032；2.西安熱工研究院有限公司，陜西 西安 710054)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)和科技的快速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也隨之加快。地鐵工程作為現(xiàn)代城市交通設(shè)施建設(shè)重點的同時，在建造過程中也面臨著諸多安全風(fēng)險[1-2]。地鐵車站作為城市軌道交通建設(shè)的核心內(nèi)容，其施工方案的安全性與科學(xué)性應(yīng)作為設(shè)計人員、施工人員和安全管理人員的重點關(guān)注對象[3-4]。近年來，隨著地鐵車站建設(shè)數(shù)量增多及建造環(huán)境的復(fù)雜程度提高，工程所面臨的風(fēng)險越來越高、越來越大，工程事故時有發(fā)生，基坑坍塌更是最常見的地鐵工程事故[5]。因此，對地鐵車站施工的安全風(fēng)險管控顯得尤為重要，尤其是從施工方案優(yōu)化的角度出發(fā)，可以很大程度上避免諸多潛在風(fēng)險。

本文對地鐵車站建設(shè)過程中常見的主要安全風(fēng)險進(jìn)行歸納，并提出一系列地鐵車站施工的安全管控措施，最后結(jié)合工程實例進(jìn)行以風(fēng)險管控為導(dǎo)向的施工方案優(yōu)化，以期對地鐵車站施工的安全風(fēng)險管控提供新的借鑒思路。

1 主要安全風(fēng)險

地鐵車站在施工過程中，諸多潛在的不確定因素會導(dǎo)致工程事故發(fā)生[6]。建設(shè)地鐵車站的施工環(huán)境和施工過程十分復(fù)雜，過程中涉及諸多安全風(fēng)險，其中主要的安全風(fēng)險因素如下。

1.1 施工環(huán)境因素

在地鐵車站建設(shè)過程中，主要的施工環(huán)境影響因素有氣象條件、水文地質(zhì)、周邊環(huán)境及作業(yè)條件。

1)氣象條件 工程建設(shè)過程中，暴雨、大雪、冰雹和洪水等惡劣天氣與自然災(zāi)害是導(dǎo)致工程安全事故發(fā)生的重要原因。水文地質(zhì)的變化對地鐵車站施工的影響極為敏感，而氣象條件對水文地質(zhì)變化會產(chǎn)生重要影響，如暴雨、臺風(fēng)等，會導(dǎo)致地下水位上升，從而影響車站基坑的穩(wěn)定性?；訚B漏水等情況一旦發(fā)生，將給工程帶來極大的安全風(fēng)險。

2)水文地質(zhì) 主要包括施工地區(qū)的地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造及地下水條件等。在地下空間工程中，地下施工作業(yè)有較強(qiáng)的隱蔽性，復(fù)雜的地質(zhì)條件常常是工程事故發(fā)生的重要因素。同時，地鐵工程施工周期較長，增大了由于地質(zhì)水文條件變化導(dǎo)致工程事故發(fā)生的潛在風(fēng)險。

3)周邊環(huán)境 地鐵施工多位于城市繁華地區(qū)，其周邊環(huán)境往往較復(fù)雜，主要包括周邊建筑、地下既有管線、臨近地鐵隧道等風(fēng)險因素。在地鐵施工方法的選擇上，需特別注意處理擬建地鐵與既有建(構(gòu))筑物之間的關(guān)系，若處理不當(dāng)，既可能影響擬建地鐵施工的安全，又可能對既有設(shè)施造成破壞，乃至造成人員傷亡等安全事故。

4)作業(yè)條件 地鐵車站施工與其他工程相比具有獨特的作業(yè)特點，作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，尤其是在暗挖作業(yè)中，會出現(xiàn)如照明條件不佳、地下空間空氣流通差、安全設(shè)備不完善、施工作業(yè)面狹窄等問題。地鐵施工中，現(xiàn)場溫度、濕度、采光及通風(fēng)不良，施工場地布置和機(jī)械作業(yè)防護(hù)不合理等都可能給地鐵工程施工帶來極大的安全風(fēng)險。

1.2 施工設(shè)備和技術(shù)因素

地鐵車站施工設(shè)備和技術(shù)風(fēng)險主要包括施工中由于施工技術(shù)或工藝、施工機(jī)械與設(shè)備等原因所導(dǎo)致的各類安全風(fēng)險。

1)施工設(shè)備因素 設(shè)備風(fēng)險主要是指因機(jī)械設(shè)備的不安全狀態(tài)和不安全性能引起的風(fēng)險，主要包括施工設(shè)備的選擇和使用不當(dāng)，施工設(shè)備設(shè)計不合理或結(jié)構(gòu)不滿足使用要求，施工機(jī)械質(zhì)量不合格或存在缺陷等。

2)施工技術(shù)因素 地鐵車站施工工藝流程一般較復(fù)雜，需針對多種復(fù)雜的水文地質(zhì)及周邊環(huán)境，選擇最適當(dāng)?shù)氖┕すに嚭头椒??？赡軐?dǎo)致工程風(fēng)險事故發(fā)生的部分技術(shù)因素主要包括施工組織不合理，選擇的施工工藝和施工方法不恰當(dāng)。

1.3 施工管理因素

地鐵施工中的管理風(fēng)險因素主要是由于施工的安全管理存在缺陷，如對生產(chǎn)安全的管理認(rèn)識水平不足；安全施工的規(guī)程、制度及相關(guān)措施的制定與實施未落實到位；施工現(xiàn)場的相關(guān)設(shè)備機(jī)械及作業(yè)環(huán)境未得到系統(tǒng)全面的管理；施工質(zhì)量的管理體系不夠完善，施工進(jìn)度及其資源配置不合理等。

1.4 監(jiān)測預(yù)警因素

對地鐵工程而言，施工監(jiān)控預(yù)警是安全風(fēng)險管控工作中十分重要的部分。監(jiān)控預(yù)警風(fēng)險因素主要包括監(jiān)控項目的規(guī)范性差、監(jiān)測頻次安排不合理、監(jiān)測設(shè)備器材不滿足使用要求、監(jiān)測信息未得到及時反饋和處理等。

2 地鐵車站施工安全風(fēng)險管控

由于地鐵車站施工條件復(fù)雜，施工工藝、機(jī)械設(shè)備具有多樣性，其涉及的安全風(fēng)險及相應(yīng)管控措施也呈現(xiàn)多樣化。即便如此，地鐵車站施工的安全風(fēng)險管控措施依然有共同之處。

2.1 施工方案設(shè)計及審查

合理設(shè)計施工方案對降低地鐵車站施工安全風(fēng)險至關(guān)重要。方案設(shè)計者應(yīng)提高自身設(shè)計水平，對施工方案進(jìn)行優(yōu)化比選，同時在方案實施期間實時了解施工情況與預(yù)期設(shè)計工況的匹配程度，不匹配時及時調(diào)整施工方案，以保證車站施工安全。

建設(shè)和監(jiān)理單位應(yīng)重點審查施工方案的可行性，超過一定規(guī)模、危險性較大的分部分項工程，應(yīng)由施工總承包單位組織召開專家論證會對專項施工方案進(jìn)行論證。結(jié)合施工單位的現(xiàn)有資源進(jìn)行審查，對施工現(xiàn)場的資源配備進(jìn)行重點把控，是事前風(fēng)險控制的重要組成部分[7]。最后，施工和監(jiān)理單位應(yīng)保證施工能嚴(yán)格按施工方案執(zhí)行，并保證方案執(zhí)行的規(guī)范性，這也是確保地鐵施工安全的必要條件之一。

2.2 施工作業(yè)

施工單位應(yīng)能有效調(diào)配相關(guān)資源來保證施工方案順利實施，這一點施工單位在管理中較欠缺。施工單位在地鐵車站施工過程中要嚴(yán)格落實安全責(zé)任制度，以“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”方準(zhǔn)則，制定工程安全生產(chǎn)管理等各項安全制度，建立健全安全生產(chǎn)保障體系，完善安全管理制度體系[8]。提升施工人員的安全文明施工意識，做好安全教育培訓(xùn)工作，提高員工整體素質(zhì)。同時，做好安全技術(shù)和安全活動交底工作，特殊工種應(yīng)持相關(guān)證件上崗；項目開工后，項目安質(zhì)部應(yīng)及時組織有關(guān)人員對工程重大安全風(fēng)險源進(jìn)行識別、梳理及分析評價，建立危險源清單，在編制施工方案及施工組織設(shè)計時，應(yīng)同時編制對應(yīng)的安全措施。

2.3 信息化監(jiān)測

地鐵車站的工程事故常常因監(jiān)測不力無法及時預(yù)報險情，或?qū)ΡO(jiān)測過程數(shù)據(jù)不夠重視，未對可能發(fā)生的險情進(jìn)行及時和有效處理。對地鐵車站的施工過程監(jiān)測既可驗證設(shè)計方案的正確性，又能及時指導(dǎo)施工，從而有效避免險情發(fā)生[9]。因此，在地鐵車站工程中，須重視信息化監(jiān)測。在基坑工程施工前，制訂有效的監(jiān)測方案，合理布置現(xiàn)場監(jiān)測點，設(shè)定各階段的監(jiān)測頻率及監(jiān)測報警值。施工過程中，要保護(hù)好監(jiān)測點，避免因施工損壞；實時關(guān)注監(jiān)測信息變化，對監(jiān)測報表進(jìn)行評價分析，遇到異常情況或監(jiān)測報警情況時，須立即采取應(yīng)急措施，確保施工安全。

2.4 應(yīng)急預(yù)案

針對地鐵車站工程施工中可能遇到的各類安全風(fēng)險，須提前制訂完備的應(yīng)急預(yù)案，同時建立風(fēng)險庫，開工前按應(yīng)急預(yù)案要求配備相應(yīng)物資，組建應(yīng)急隊伍，并定期演練。

3 工程實例分析

3.1 工程概況

廣州市軌道交通13號線二期工程(朝陽—魚珠)車陂站，項目總長(不含圍護(hù)結(jié)構(gòu))205.4m，總建筑面積21 109.81m2。此處施工包含左、右線兩部分，受地面場地條件限制，左線利用蓋板蓋挖施工，右線利用管幕超前支護(hù)，橫向暗挖右線頂板施工完成后，整座車站采用蓋挖逆作法施工。預(yù)留盾構(gòu)過站條件，待盾構(gòu)過站后澆筑軌行區(qū)側(cè)墻。

具體施工時，左線蓋板上方留出土口及下料孔，利用左線地下2層空間，施作橫向管幕，基坑靠近管線一側(cè)及房屋段設(shè)旋噴樁隔離保護(hù)，頂部橫向管幕以φ299@400布置，管幕壁厚10mm，長12.3m。管幕下方頂板施工是整個工程的重難點，本文將針對頂板施工的具體方案進(jìn)行比選優(yōu)化。

3.2 工程安全風(fēng)險

1)工程位于城市鬧市區(qū)的主干道上，交通流量大，周邊建筑群密集，場地受限嚴(yán)重，因此采用蓋挖結(jié)合管幕進(jìn)行地鐵車站施工。

2)工程地質(zhì)條件差，周邊環(huán)境復(fù)雜，暗筑頂板施工難度大，工程危險性大。

3)工程周邊為商業(yè)區(qū)、居民區(qū)，且擬建地鐵車站為換乘站，對環(huán)境保護(hù)要求高。

3.3 暗筑頂板施工方案

1)橫向?qū)Ф捶桨?方案1) 待右線橫向管幕頂進(jìn)施工完成后，進(jìn)行車站右線橫向?qū)Ф吹陌低谑┕ぁM向暗挖導(dǎo)洞分為A，B 2種尺寸，設(shè)置型鋼鋼架作為導(dǎo)洞內(nèi)支撐。相鄰A，B型橫通道之間共用豎向初期支護(hù)，依次按順序分段開挖導(dǎo)洞，并進(jìn)行暗筑頂板施工。

2)拱形頂板縱向?qū)Ф捶桨?方案2) 先施工右線橫通道，再沿車站右線縱向開挖先行導(dǎo)洞，接著進(jìn)行右線縱向管幕的頂進(jìn)施工，管幕的橫向斷面排列為拱形，最后進(jìn)行橫向斷面為拱形的暗筑頂板施工。

3)平頂頂板縱向?qū)Ф捶桨?方案3) 先施工右線橫通道，再沿車站右線縱向開挖先行導(dǎo)洞，然后進(jìn)行右線橫向管幕的頂進(jìn)施工，最后完成平頂頂板的暗筑施工。

3.4 基于安全風(fēng)險管控的方案優(yōu)選

3種方案的風(fēng)險對比如表1所示。

表1 暗筑頂板施工方案風(fēng)險對比

由表1可知，暗筑頂板的3種施工方案中方案1安全風(fēng)險最小，應(yīng)用該方案可最大限度保證右線頂板施工的安全性，可將風(fēng)險控制在可接受范圍。同時可以說明，基于風(fēng)險管控的施工方案優(yōu)化在很大程度上能減小施工中潛在的安全風(fēng)險，對保證施工安全具有重要意義。

3.5 施工安全風(fēng)險管控措施

1)選擇經(jīng)驗豐富的施工人員操作頂管機(jī)進(jìn)行橫向管幕施工，杜絕因設(shè)備質(zhì)量缺陷和施工人員經(jīng)驗不足等原因造成的工程事故。

2)管理人員分別針對管幕施工過程、導(dǎo)洞暗挖過程及混凝土澆筑過程制訂有效的安全管理方案和施工應(yīng)急預(yù)案。

3)整個施工過程中，對周邊建筑墻體、地表位移、土體位移及車站結(jié)構(gòu)位移進(jìn)行實時動態(tài)監(jiān)測，一旦出現(xiàn)不正常數(shù)據(jù)，及時調(diào)整施工，待監(jiān)測數(shù)據(jù)正常再進(jìn)行下一步施工。

4)為防止地下水侵?jǐn)_，管幕與地下連續(xù)墻之間的縫隙用微膨脹混凝土填充密實；導(dǎo)洞開挖時進(jìn)行間隔跳挖，先A型后B型，同時所有導(dǎo)洞開挖時須分上、下2層開挖；待澆筑的頂板達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，拆除臨時支撐體系，繼續(xù)車站剩余工程施工。

4 結(jié)語

通過對地鐵車站施工過程中常見的安全風(fēng)險與安全管控措施進(jìn)行歸納，并結(jié)合工程實例進(jìn)行基于安全風(fēng)險控制的施工方案優(yōu)化，得到以下結(jié)論。

1)地鐵車站主要的施工安全風(fēng)險因素包括施工環(huán)境因素、施工設(shè)備和技術(shù)因素、施工管理因素及監(jiān)控預(yù)警因素。

2)地鐵車站常見的施工安全風(fēng)險管控措施主要包括施工方案的設(shè)計與審查、施工、信息化監(jiān)測及應(yīng)急預(yù)案等方面。

3)針對具體工程中施工的重難點進(jìn)行多方案基于風(fēng)險控制的比選，可有效避免潛在安全風(fēng)險。