地鐵施工監(jiān)測(cè)技術(shù)與安全風(fēng)險(xiǎn)管理分析

馬梓凱

（中鐵科學(xué)研究院，四川成都 610036）

0 引言

對(duì)于城市軌道交通工程的施工而言，其不確定性和潛在危險(xiǎn)因素，相較公路及建筑工程更多。為減少各種不確定因素所造成的施工風(fēng)險(xiǎn)，需采用地鐵施工監(jiān)測(cè)手段，根據(jù)監(jiān)測(cè)到的環(huán)境信息，對(duì)可能發(fā)生的各種危險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別，提前發(fā)現(xiàn)和預(yù)防施工中的各種突發(fā)事件，以保證地鐵工程的順利進(jìn)行。

1 地鐵施工中的安全隱患管理

當(dāng)前，我國(guó)的地鐵工程建設(shè)對(duì)人們的正常生產(chǎn)和生活都帶來(lái)了一定影響，因而對(duì)工期長(zhǎng)、投資巨大的工程而言，要求也更高，但在施工過(guò)程中，仍然存在著許多無(wú)法預(yù)料的風(fēng)險(xiǎn)因素，安全類問(wèn)題仍屢見(jiàn)不鮮。城市軌道交通工程的施工重點(diǎn)，在于加強(qiáng)施工的技術(shù)管理和安全管理。地鐵工程安全風(fēng)險(xiǎn)管理，需運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)與施工人員結(jié)合起來(lái)，做好地鐵施工的安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控。根據(jù)以往的工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)存在重大安全隱患的問(wèn)題，應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，使管理工作達(dá)到最優(yōu)，從而提高控制效果[1]。

在城市軌道交通工程施工前，監(jiān)理人員要對(duì)整個(gè)工程進(jìn)行初步的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，深入了解施工的基本情況，并制定相應(yīng)的安全措施，以便在施工中發(fā)生安全問(wèn)題時(shí)，及時(shí)采取措施，以確保施工過(guò)程的安全性和穩(wěn)定性。在對(duì)安全事故進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制后，應(yīng)不失時(shí)機(jī)地進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，以便為其他相關(guān)項(xiàng)目提供借鑒，確保人員的生命和財(cái)產(chǎn)安全，增加項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。

2 地鐵施工監(jiān)測(cè)技術(shù)

2.1 三軸地震監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究

在城市軌道交通工程施工時(shí)，往往會(huì)引起震動(dòng)，對(duì)地下隧道和地鐵系統(tǒng)造成不良影響。在隧道建設(shè)中使用的某些工藝和設(shè)備，比如爆破或隧道挖掘，會(huì)引起地表的震動(dòng)，對(duì)已完工的隧道或地鐵系統(tǒng)帶來(lái)破壞。若因地面建筑或隧道結(jié)構(gòu)的震動(dòng)使建筑材料掉落至公路上或隧道內(nèi)的鐵軌上，在發(fā)現(xiàn)殘骸并修補(bǔ)受損前，運(yùn)輸系統(tǒng)必然要停止運(yùn)行[2]。

三軸地震監(jiān)測(cè)器的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以記錄振動(dòng)及過(guò)高的氣壓，設(shè)備記錄的環(huán)境數(shù)據(jù)可以及時(shí)被查閱，并在問(wèn)題出現(xiàn)前對(duì)地鐵工程進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)電腦、智能儀表、平板電腦或智能電話來(lái)查閱相關(guān)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)還可以保存歷史數(shù)據(jù)，供日后查閱。三軸地震探測(cè)器的監(jiān)控系統(tǒng)是由多種傳感器組成的，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝速度快，配置簡(jiǎn)單，與之相匹配的電纜長(zhǎng)度最大可達(dá)1000m，技術(shù)人員可以在地鐵工程以外的區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2.2 地鐵工程自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)

由萊卡公司研制的自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)，可對(duì)地鐵建設(shè)中地面環(huán)境信息進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控。該全自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)包含地震計(jì)、記錄振動(dòng)傳感器、監(jiān)控所選結(jié)構(gòu)的傾斜計(jì)等高精度元器件。將系統(tǒng)安裝在挖掘支撐墻上或鄰近建筑的有效范圍內(nèi)，用以監(jiān)控其側(cè)向位移。這套系統(tǒng)能準(zhǔn)確地測(cè)量地鐵施工中的隧道墻體，為施工方提供任何可能對(duì)地面、地下建筑和工作人員造成威脅的警報(bào)信息。

2.3 支承軸向受力的監(jiān)控

內(nèi)支承是基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中的核心部件，對(duì)基坑的變形有很大影響，內(nèi)支承的穩(wěn)定性也是影響基坑施工安全的重要因素。對(duì)支承軸力的監(jiān)測(cè)，宜選用基坑變形大或支承薄弱的部位進(jìn)行；監(jiān)測(cè)斷面布置與相鄰樁橫向位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，共同構(gòu)成監(jiān)測(cè)斷面；鋼支撐采用軸力傳感器監(jiān)測(cè)時(shí)，應(yīng)將軸力傳感器布置在鋼支架末端；采用鋼筋檢測(cè)時(shí)，可將測(cè)點(diǎn)布置在混凝土支撐的中間或兩側(cè)支座之間1/3 的位置。

2.4 全球定位系統(tǒng)（GPS）

由于GPS 測(cè)量技術(shù)不受時(shí)間、位置等條件制約，且具有高精度、方便攜帶等諸多特點(diǎn)，在地鐵工程監(jiān)測(cè)中得到廣泛應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中，GPS 設(shè)備可在隧道口、豎井等地點(diǎn)設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)，兩個(gè)相鄰的控制點(diǎn)需同時(shí)滿足兩個(gè)方向的視線，其他控制點(diǎn)需具有方向的通視性，部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)需與水平點(diǎn)重合。在GPS 測(cè)量數(shù)據(jù)的檢驗(yàn)上，可通過(guò)電磁波測(cè)距實(shí)現(xiàn)對(duì)鄰近點(diǎn)的測(cè)量[3]。

3 地鐵工程的安全風(fēng)險(xiǎn)管理與控制

3.1 地鐵工程建設(shè)中的安全管理范圍

地鐵建設(shè)項(xiàng)目屬于耐久性較強(qiáng)的建筑類工程。在建設(shè)中，必須對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等安全監(jiān)控活動(dòng)。地鐵建設(shè)項(xiàng)目的施工安全管理主要包括：

3.1.1 設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行安全管理

對(duì)地鐵建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行空間定位、環(huán)境屬性的檢驗(yàn)，若不符合設(shè)計(jì)要求，要及時(shí)采取措施，嚴(yán)重的要拆掉或改建，想要使地鐵建設(shè)工程符合設(shè)計(jì)要求，必須仔細(xì)研讀圖紙，多與設(shè)計(jì)單位溝通，以保證工程質(zhì)量，減少施工風(fēng)險(xiǎn)。

3.1.2 施工期間的安全管理

地鐵工程建設(shè)中涉及的各個(gè)領(lǐng)域，包括施工材料、施工中的工程、各個(gè)地點(diǎn)的隱蔽工程等，均要進(jìn)行監(jiān)控，避免出現(xiàn)安全隱患。建筑工人進(jìn)行操作時(shí)，要做好技術(shù)交底，加強(qiáng)工程技術(shù)的培訓(xùn)，并制訂新技術(shù)、新工藝等施工方法的具體規(guī)范。

3.1.3 施工驗(yàn)收過(guò)程中的安全管理

在完成地鐵建設(shè)項(xiàng)目的建設(shè)后，要對(duì)所需的材料，施工期間的各類施工指令、驗(yàn)收?qǐng)?bào)告、驗(yàn)收記錄等進(jìn)行整理、匯總，并在驗(yàn)收時(shí)將其與竣工圖紙一并交由驗(yàn)收機(jī)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)收。

3.2 明晰安全管理的目的

任何工程項(xiàng)目都無(wú)法完全規(guī)避施工風(fēng)險(xiǎn)，而施工中安全事故的發(fā)生往往是安全管理相對(duì)薄弱的地方。只有建立健全的安全管理制度，加強(qiáng)安全風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)，并采取相應(yīng)的防范措施，才能有效規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。在進(jìn)行安全管理系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，應(yīng)從以下幾個(gè)方面綜合考慮：

首先，在工程規(guī)劃階段，要加強(qiáng)對(duì)工程選址的重視，對(duì)周圍的環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，掌握施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)狀況，進(jìn)行巖土性質(zhì)的勘探，保證施工的順利進(jìn)行，降低施工中的各種危險(xiǎn)因素；

其次，在工程設(shè)計(jì)階段，應(yīng)確保設(shè)計(jì)方案符合地質(zhì)和巖土工程的要求，全面分析施工的可操作性和安全性，制訂安全施工規(guī)范，確保工程的施工環(huán)境安全；

最后，在工程建設(shè)階段，應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案施工，分析各種危險(xiǎn)因素及隱患，制定有針對(duì)性的施工方案。

3.3 制定標(biāo)準(zhǔn)的安全管理機(jī)制

3.3.1 建立健全檢測(cè)和管理制度

地鐵工程建設(shè)項(xiàng)目的安全風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)，應(yīng)運(yùn)用先進(jìn)的技術(shù)和科學(xué)的管理手段，構(gòu)建一套完善的安全風(fēng)險(xiǎn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，提高地鐵工程建設(shè)工程的安全性、有效性。

3.3.2 加強(qiáng)對(duì)檢驗(yàn)員的技術(shù)訓(xùn)練

在建立地鐵建設(shè)工程風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控管理系統(tǒng)后，應(yīng)選擇專業(yè)人員進(jìn)行技術(shù)監(jiān)控。實(shí)行安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控和監(jiān)督管理責(zé)任制，明確監(jiān)理人的職責(zé)，加強(qiáng)對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)注，確保對(duì)地鐵工程建設(shè)中的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行監(jiān)控。

3.4 加強(qiáng)工地的安全管理

3.4.1 建筑工地的人員管理

地鐵工程建設(shè)中，施工現(xiàn)場(chǎng)仍然是安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控的重點(diǎn)。一般情況下，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面、有效的安全管理，80%以上的事故都能避免。應(yīng)在施工工地的醒目地方擺放警示物、安全標(biāo)語(yǔ)等，增強(qiáng)施工人員的安全意識(shí)，在施工工地的入口處放置總平面圖、文明施工管理制度牌等。在施工現(xiàn)場(chǎng)，要設(shè)置封閉的圍欄，對(duì)入場(chǎng)的工作人員做好安全措施，必須戴安全帽才能入場(chǎng)，進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)時(shí)也要有安全防護(hù)措施，危險(xiǎn)崗位必須持證上崗，加強(qiáng)施工安全管理[4]。

3.4.2 建筑工地的設(shè)施管理

地鐵工程建設(shè)中，各種設(shè)備都需要大量用電，所以應(yīng)做好防雷、防火的相關(guān)工作。定期對(duì)工程機(jī)械進(jìn)行檢查和檢修，絕不使用淘汰的危險(xiǎn)設(shè)備。根據(jù)要求進(jìn)行防護(hù)的洞口、臨邊等部位施工時(shí)要謹(jǐn)慎，及時(shí)進(jìn)行檢測(cè)與維護(hù)。

3.4.3 建筑工地的物料管理

在地鐵工程建設(shè)中，所涉及的施工材料種類繁多、數(shù)量龐大，若沒(méi)有進(jìn)行有效的安全風(fēng)險(xiǎn)管理，極易發(fā)生安全事故。對(duì)建筑物料的安全管理，應(yīng)先建立專用的物料堆放場(chǎng)地，在儲(chǔ)存物料時(shí)由專人負(fù)責(zé)分揀、堆放。在購(gòu)買施工材料時(shí)，須選擇質(zhì)量有保證、安全有保障的材料，確保地鐵工程的質(zhì)量。

4 隧道工程監(jiān)控技術(shù)的具體應(yīng)用

以某地鐵建設(shè)項(xiàng)目Ⅲ-TS-10 段為實(shí)例，工程為四號(hào)線二期工程：唐家沱站（不含）—石船站，線路主要位于江北區(qū)和兩江新區(qū)龍盛片區(qū)，串聯(lián)了唐家沱組團(tuán)、魚復(fù)工業(yè)園和龍興工業(yè)園。四號(hào)線二期線路全長(zhǎng)約32.8km，地下段長(zhǎng)約21.25km（含銅鑼山長(zhǎng)達(dá)隧道一處，約2.8km），高架段長(zhǎng)約11.45km，過(guò)渡段長(zhǎng)約105m，全線共設(shè)14 座車站，平均站間距約為2.3km。其中，高架站4 座，地下站10 座，全線與四條軌道線路換乘，分別在干壩子站和生基堡與規(guī)劃八號(hào)線換乘，復(fù)盛站與規(guī)劃十一號(hào)線換乘，普福站與規(guī)劃十四號(hào)線換乘。四號(hào)線二期設(shè)兩座主變電所，分別位于干壩子站和普福站，設(shè)石船車輛段一座，位于終點(diǎn)站石船站東北側(cè)，該車輛段與規(guī)劃十一號(hào)線車場(chǎng)共址，占地面積約63.8 公頃，其中四號(hào)線石船車輛段占地面積約32.3 公頃。

工程為高石坎—復(fù)盛區(qū)間明挖段，右線起點(diǎn)里程為YK45+697.915，終點(diǎn)里程YK45+911.905，右線長(zhǎng)213.99m；左線起點(diǎn)里程ZK45+697.915，終點(diǎn)里程為ZK45+911.905，左線長(zhǎng)213.99m。區(qū)間明挖段基坑長(zhǎng)度約214m，寬為24.5～31.6m，深度為15.6～25.1m，支護(hù)方式為鋼筋混凝土支撐，該工程均采用非爆破開挖。通過(guò)對(duì)地基進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，可以充分發(fā)揮地基對(duì)基坑變形的控制作用，從而達(dá)到保護(hù)環(huán)境和滿足各方利益的目的。

4.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的橫向位移與沉陷監(jiān)測(cè)

基坑開挖過(guò)程中，圍護(hù)結(jié)構(gòu)的橫向位移是監(jiān)測(cè)的重要環(huán)節(jié)。在建筑物的頂部設(shè)置測(cè)量點(diǎn)，在柱子上安裝膨脹螺母，或在水泥還沒(méi)有凝固時(shí)將螺母嵌入。測(cè)量點(diǎn)間距應(yīng)與監(jiān)控?cái)嗝姹３忠恢?，與施工場(chǎng)地的實(shí)際條件相適應(yīng)。用經(jīng)緯儀測(cè)量樁頂部的水平位移，應(yīng)采用正面交叉的方法。

4.2 對(duì)基坑地面沉陷的檢測(cè)

在地鐵建設(shè)過(guò)程中，開挖引起的沉降量是影響施工質(zhì)量的重要因素，采用精確的水位計(jì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以保證車輛和行人的安全[5]。沉降觀測(cè)必須先設(shè)置基準(zhǔn)。在工程正式開始前，應(yīng)充分考慮相關(guān)文件、規(guī)范、現(xiàn)場(chǎng)情況和其他相關(guān)數(shù)據(jù)，并在GPS 和引線點(diǎn)附近設(shè)置觀測(cè)參考，形成完整的觀測(cè)網(wǎng)。沉降觀測(cè)可采用復(fù)合路徑或封閉路徑進(jìn)行，便于來(lái)回地同時(shí)，也保證了參考點(diǎn)的穩(wěn)定性。若基準(zhǔn)點(diǎn)正常且未出現(xiàn)位移，應(yīng)每3～5 個(gè)月進(jìn)行一次基準(zhǔn)點(diǎn)穩(wěn)定測(cè)試，并保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度。

在進(jìn)行沉降觀測(cè)后，要采用相同的度量單位及標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)指定的頻率進(jìn)行觀測(cè)。在該項(xiàng)目中，采用的是L132-C 型測(cè)微儀（0.1mm，配有鋼尺），對(duì)車站進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)。沉降觀測(cè)的原始數(shù)據(jù)采集為：在相同的水平路徑上進(jìn)行兩次觀測(cè)，若差異小于±0.1mm，則將其視為初始值。在觀測(cè)的時(shí)候，還要對(duì)天氣、工地和進(jìn)度進(jìn)行詳細(xì)記錄，以便數(shù)據(jù)可以在日后隨時(shí)進(jìn)行分析。為保證夜間觀測(cè)的精確度和安全性，需為工作人員配備必要的防護(hù)裝備和夜間工作電源。同時(shí)，還要注意以下幾點(diǎn)；

其一，施工單位在施工過(guò)程中應(yīng)密切關(guān)注基坑周邊環(huán)境的變化；

其二，限制周邊的大型車輛，減少動(dòng)靜荷載對(duì)基坑安全的影響；

其三，加強(qiáng)施工階段的巡查工作；

其四，施工方應(yīng)切實(shí)做好監(jiān)測(cè)點(diǎn)的保護(hù)工作，保持?jǐn)?shù)據(jù)連續(xù)性，指導(dǎo)施工。

4.3 支承軸向受力試驗(yàn)

安好鋼梁后，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)高及平面位置的有關(guān)規(guī)定，繪制鋼圍梁和鋼支架端擋板的交叉中線。根據(jù)軸力傳感器的斷面尺寸及中心線的位置，繪制出軸力傳感器的安裝位置。采用電焊方法分別焊接一個(gè)限位圓環(huán)，確保其高度為6cm，內(nèi)徑應(yīng)大于軸力傳感器的直徑5mm。而后，將軸力傳感器插入鋼梁的限位圓環(huán)中，與鋼支架的末端限位圈與軸力傳感器相結(jié)合。安裝好軸力測(cè)試儀后，須對(duì)引線進(jìn)行相應(yīng)的防護(hù)[6]。

4.4 對(duì)周邊構(gòu)筑物和管線的監(jiān)測(cè)

對(duì)于因施工引起的周邊構(gòu)筑物的不均勻沉降，在開挖作業(yè)中，監(jiān)測(cè)頻率通常是一日一次，主體工程為每三日一次。在圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工前，要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)及周邊進(jìn)行詳細(xì)地勘察、記錄，并利用數(shù)碼相機(jī)通過(guò)拍攝、錄像等手段對(duì)其進(jìn)行跟蹤，以便掌握其表面的細(xì)微變化。

5 結(jié)語(yǔ)

地鐵工程施工過(guò)程中，由于各種不可控制因素的干擾與影響，使地鐵工程施工具有高風(fēng)險(xiǎn)性。如何應(yīng)用科學(xué)、完善的監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)地鐵施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并采取相應(yīng)的安全風(fēng)險(xiǎn)管理措施，是保證工程建設(shè)順利進(jìn)行的關(guān)鍵。