我國地鐵工程建設(shè)安全風(fēng)險控制及管理研究

金 龍

（上海建科工程咨詢有限公司，上海 200030）

0 引言

自1965年我國首條地鐵在北京開工建設(shè)以來，短短 50 余年間，我國地鐵工程建設(shè)發(fā)展之快速、規(guī)模之宏大，在全球范圍內(nèi)亦屬罕見。因地鐵工程具有施工周期長、周邊環(huán)境復(fù)雜、不可預(yù)見因素多等特點，安全事故頻繁發(fā)生于施工現(xiàn)場，施工安全問題越來越突出。例如，上海地鐵 4 號線管涌、北京地鐵 10 號線工地地面坍塌、廣州地鐵 4 號線塌方、南京地鐵 2 號線滑坡等。地鐵工程建設(shè)事故一旦發(fā)生，往往是特、重大事故，不僅要承擔(dān)巨大的經(jīng)濟損失，還將帶來嚴重的不良社會影響。

地鐵工程作為一項高風(fēng)險建設(shè)工程，亟需對其施工過程中的安全風(fēng)險控制及管理進行深入研究。國外方面，美國、歐洲等正積極開展安全風(fēng)險管理在地下工程中的應(yīng)用研究；自 2004年以來，國際隧道協(xié)會每年年會的主題均圍繞安全、費用與風(fēng)險展開；風(fēng)險管理的應(yīng)用更是與項目管理日趨結(jié)合。國內(nèi)方面，安全風(fēng)險管理的研究與實踐起步都比較晚，目前相關(guān)研究主要集中在風(fēng)險分析和評估方面，對于建設(shè)過程中的安全風(fēng)險控制及管理缺乏深入研究。

1 我國地鐵工程建設(shè)安全現(xiàn)狀分析

1.1 安全事故統(tǒng)計

據(jù)統(tǒng)計，歷年來在我國各行業(yè)中，土木工程領(lǐng)域安全事故傷亡人數(shù)僅次于道路交通事故和煤礦事故。而在土木工程領(lǐng)域，房建工程的事故及傷亡數(shù)最多，地下工程緊隨其后，可見地下工程建設(shè)安全形勢十分嚴峻。

目前，我國統(tǒng)計部門尚無專門的地鐵工程建設(shè)安全事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫，雖然國家住建部事故快報網(wǎng)于 2012年起對發(fā)生死傷事故的相關(guān)案例進行了整理，但對于零傷亡事故并未記載。經(jīng)過收集資料發(fā)現(xiàn)，東南大學(xué)的鄧小鵬、李啟明等人統(tǒng)計了 1999年至 2008年間國內(nèi) 126 起地鐵施工事故案例；李皓燃、李啟明等統(tǒng)計了 2002年至 2016年3月間國內(nèi) 246 起地鐵施工事故案例。雖然已有研究并不全面，但可以以此為基礎(chǔ)，從不同角度對這些具有代表性的事故案例進行進一步分析，從而探索我國地鐵工程建設(shè)事故發(fā)生的規(guī)律。

1.2 安全事故現(xiàn)狀分析

1.2.1 按施工方法分析

對地鐵工程建設(shè)采用的不同施工方法進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，在地鐵工程施工最常用的施工方法中，明挖法發(fā)生的事故最多，其次是盾構(gòu)法。這兩類工法因使用率高且本身風(fēng)險較大，其事故發(fā)生率占全部地鐵事故的 80%以上，一定程度上說明了采用明挖法和盾構(gòu)法施工時施工風(fēng)險較大、安全問題突出，因此應(yīng)重點研究其相應(yīng)的施工安全風(fēng)險控制對策。

1.2.2 按事故類型分析

對地鐵工程建設(shè)過程中發(fā)生的事故類型進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，坍塌（包括深基坑坍塌、周邊路面及建筑物坍塌、模板支撐失穩(wěn)坍塌）、水害（包括涌水/泥、突水/泥等）、火災(zāi)、機械傷害和物體打擊均是發(fā)生頻率較高的事故類型。其中，坍塌與水害作為原生安全事故，兩者之間存在密不可分的聯(lián)系，且發(fā)生以后容易引起其他一連串的次生安全事故。因此，充分考慮水患的風(fēng)險控制對地鐵工程安全施工極為重要。

1.3 事故原因分析

有學(xué)者從主客觀上對我國地鐵工程建設(shè)安全的嚴峻形勢進行了分析，認為引發(fā)地下工程事故的直接原因中，約 22% 為客觀原因，37% 為主觀原因，另外 41% 為主客觀共同原因。

1.3.1 主觀原因分析

主觀原因包括：①政府相關(guān)監(jiān)管部門監(jiān)管責(zé)任缺失、以罰代管，對獻禮或政績工程任意規(guī)定工期；②施工方以包代管、違法轉(zhuǎn)包，主要管理人員未按要求到崗履職，施工人員違規(guī)操作、無證上崗、安全意識淡薄，施工方案針對性不強；③監(jiān)理方未及時發(fā)現(xiàn)問題，責(zé)任心缺失；④建設(shè)方違規(guī)發(fā)包，招標條件不嚴，搶工期，造價偏低導(dǎo)致安全設(shè)施投入不足；⑤設(shè)計圖紙存在缺陷，勘察資料不齊全等。

1.3.2 客觀原因分析

客觀原因包括兩方面。一方面，我國地鐵工程建設(shè)規(guī)模大、發(fā)展速度快，地鐵工程技術(shù)和管理力量難以充分保證，管理人員存在青黃不接的問題，他們經(jīng)驗不足，對于不良工程地質(zhì)及水文地質(zhì)環(huán)境中的諸多不可預(yù)見因素及其他風(fēng)險認識不深，項目管理水平參差不齊；再加上工期緊張，如 3～4年建成一條長達 20～30km 的地鐵，導(dǎo)致前期工作不充分，勘察設(shè)計資料準備不足，且施工期間忽視安全問題，任意刪減施工中的安全步驟和措施。另一方面，復(fù)雜的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)環(huán)境是造成坍塌、塌方、涌水/砂、突水等主要事故類型的環(huán)境因素，因此，提前查明復(fù)雜的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)環(huán)境并及時防治是城市地鐵工程建設(shè)面臨的巨大挑戰(zhàn)。

2 我國地鐵工程建設(shè)典型風(fēng)險控制措施

2.1 涌/突水、突泥風(fēng)險控制

涌/突水、突泥是地鐵隧道施工過程中經(jīng)常遇到且危害嚴重的工程地質(zhì)現(xiàn)象。涌/突水的發(fā)生，輕者填塞坑道、掩埋設(shè)備，重者造成人員傷亡。通過對我國地鐵工程建設(shè)事故案例分析發(fā)現(xiàn)，涌/突水、突泥的發(fā)生大多與不良的水文地質(zhì)條件和地質(zhì)缺陷有關(guān)，且事故發(fā)生前都有從量變到質(zhì)變的表象可尋，因此進行超前地質(zhì)預(yù)報并對地下水補給狀況進行預(yù)判十分重要。

2.1.1 不良地質(zhì)超前預(yù)報及前兆識別

目前，超前地質(zhì)預(yù)報有地質(zhì)分析法、物探法、鉆探法等多種方法，可根據(jù)距離遠近采用不同方法。例如，掌子面鉆機超前水平鉆孔可預(yù)測 15～20m 短距離范圍，地質(zhì)雷達技術(shù)可預(yù)測約 50m 中等距離范圍，TSP 技術(shù)可覆蓋 100～200m 長距離范圍。在隧道施工過程中，地下暗河、巖溶、斷層破碎帶等不良工程地質(zhì)通常會出現(xiàn)某些前兆標志，如出現(xiàn)節(jié)理或反傾節(jié)理、巖層牽引褶皺、壓裂巖，或頻繁出現(xiàn)小溶洞，以及巖石強度明顯降低，圍巖潮濕、泥化或疏松、變暗等等，為前兆識別提供了依據(jù)。

2.1.2 施工信息化動態(tài)監(jiān)測

在實際施工中，可以利用超前探孔采樣觀察攜帶物情況，利用收斂計監(jiān)測初期支護及圍巖穩(wěn)定性，利用水壓計和水量計測量水壓及水量情況。在開挖面通過前和開挖面通過后，分別對水壓、水量、水質(zhì)、初期支護及圍巖穩(wěn)定性進行監(jiān)測。

施工中應(yīng)進行信息化動態(tài)管理，將中長期預(yù)報和地質(zhì)災(zāi)害臨前預(yù)報相結(jié)合。對于難以預(yù)見的水患風(fēng)險，應(yīng)提前做好突發(fā)性集中突涌水/泥的應(yīng)急預(yù)案。

2.1.3 風(fēng)險發(fā)生時的控制方法

施工時發(fā)生涌水，主要應(yīng)以疏導(dǎo)為主。當涌水量不大、涌水壓力較小時，可適量排放、以排為主，局部進行超前小導(dǎo)管周邊預(yù)注漿或深孔周邊注漿；當?shù)叵滤欧泡^多，可能對周邊環(huán)境造成較大影響時，可采用超前注漿、帷幕注漿和徑向注漿等技術(shù)進行堵水，并應(yīng)以堵為主、限量排水。

2.2 盾構(gòu)法施工風(fēng)險控制

盾構(gòu)法施工主要風(fēng)險點包括盾構(gòu)進出洞施工、盾構(gòu)穿越市政管線施工以及聯(lián)絡(luò)通道施工等。

2.2.1 盾構(gòu)進出洞施工

盾構(gòu)進出洞施工是盾構(gòu)始發(fā)至貫通過程中最關(guān)鍵、最需關(guān)注的風(fēng)險點，在利用盾構(gòu)法施工的地下工程建設(shè)項目中有超過 70% 的事故發(fā)生在此階段。

在盾構(gòu)進出洞施工過程中，需重點關(guān)注進出洞端頭地層的加固方案、密封止水裝置以及盾構(gòu)進出洞姿態(tài)控制等。進出洞端頭地層常通過高壓旋噴、攪拌樁或凍結(jié)法提前進行加固處理，在確定洞門外的土體強度足夠且防水后，方可進行進出洞外圍護結(jié)構(gòu)施工。因此，在盾構(gòu)推進中應(yīng)及時采取有效措施防止盾構(gòu)基座發(fā)生變形。進出洞過程中，盾構(gòu)機與洞圈之間密封困難，外部水土易通過洞圈和盾構(gòu)的間隙滲漏，應(yīng)使用襪套、止水箱體和環(huán)板等進行防水密封，及時封堵洞圈，若仍有滲漏則需對洞圈進行注漿加固或?qū)嵤┒芜M洞。

2.2.2 盾構(gòu)穿越市政管線施工

（1）盾構(gòu)隧道穿越與隧道軸線相交的市政管線：應(yīng)適當降低推進速度并均衡勻速施工，以減少對市政管線的影響；嚴格控制出土量及與出土有關(guān)的施工參數(shù)，避免過量超挖；通過同步注漿至建筑空隙的140%～200%，達到及時填充建筑空隙、減少施工過程中土體變形的目的；根據(jù)地面監(jiān)測情況，必要時采用雙液漿進行二次壁后注漿，注漿量及注漿參數(shù)根據(jù)監(jiān)測情況隨時進行調(diào)整。

（2）盾構(gòu)隧道穿越與隧道軸線平行的市政管線：因盾構(gòu)推進對市政管線影響時間更長，因而施工風(fēng)險更大。因此除采取上述措施外，還應(yīng)加密監(jiān)測點并盡量將監(jiān)測點直接布置在管線上，加強監(jiān)測頻率，做好實時監(jiān)測和信息反饋工作。為了減小后期沉降對市政管線的影響，在盾構(gòu)推進過程中應(yīng)同步進行壁后二次補壓漿工作。

2.2.3 聯(lián)絡(luò)通道施工

聯(lián)絡(luò)通道施工稍有不慎就有可能釀成嚴重后果，如上海地鐵4號線浦東南路至南浦大橋區(qū)間隧道浦西聯(lián)絡(luò)通道事故，造成的直接經(jīng)濟損失約 1.5 億元。

凍結(jié)法是聯(lián)絡(luò)通道周圍土體常見的加固方式之一，因其具有時間短、強度高、穩(wěn)定性強、隔水性好等特點，成為地鐵聯(lián)絡(luò)通道穿越富水地層、含水砂層及軟弱地層的有效可靠工法，已在北京、天津、上海、廣州等城市的地鐵施工中得到了成功應(yīng)用。然而，凍結(jié)法施工中，一旦土體加固效果欠佳，引起水土流動，將造成災(zāi)難性的后果。

凍結(jié)法施工的關(guān)鍵工序包括凍結(jié)孔施工、臨時支護施工和強制解凍等。對凍結(jié)孔施工階段可能發(fā)生的涌砂冒泥風(fēng)險，應(yīng)采取對鉆孔位置兩側(cè)管片壁后注漿加固，或先安裝孔口管和閥門，再從孔口管中鉆孔、密封的方式予以解決。對凍結(jié)法施工過程中易出現(xiàn)的凍脹融沉問題，可采用預(yù)先在上、下行線布置壓力釋放孔并利用凍結(jié)孔對稱間隔強制解凍注漿等方式解決。過程中應(yīng)注意對連通道及地表的變形情況進行監(jiān)測及反饋。

3 我國地鐵工程建設(shè)安全風(fēng)險管理問題及對策

3.1 我國地鐵工程建設(shè)安全風(fēng)險管理存在的問題

3.1.1 政策方面

目前，我國尚未出臺具有一定強制意義的關(guān)于地下工程建設(shè)安全風(fēng)險管理的法規(guī)體系。住建部及中國鐵路總公司僅發(fā)布了作為指導(dǎo)性文件的導(dǎo)則、指南及規(guī)定等，沒有明確風(fēng)險管理在工程建設(shè)中的地位，導(dǎo)致我國地鐵工程建設(shè)風(fēng)險管理存在費用未明確列支、責(zé)任主體不明、管理流程混亂、管理內(nèi)容不明確等問題。

3.1.2 資質(zhì)認定方面

在資質(zhì)認定方面，尚未明確工程安全風(fēng)險管理咨詢評估單位和人員從業(yè)資質(zhì)，對建設(shè)工程安全風(fēng)險咨詢評估的內(nèi)容、評價標準以及責(zé)任認定等沒有統(tǒng)一規(guī)定。此外，對監(jiān)測單位及其人員從業(yè)資質(zhì)也沒有相應(yīng)的認定，監(jiān)測隊伍不規(guī)范，對很多地方實行的“第三方監(jiān)測”缺少國家性的法規(guī)進行管理，使得監(jiān)測行業(yè)處于無序狀態(tài)，對監(jiān)測內(nèi)容、監(jiān)測指標、責(zé)任主體等沒有統(tǒng)一的規(guī)定。

3.1.3 理論研究方面

目前，國內(nèi)在風(fēng)險管理的風(fēng)險定義、風(fēng)險辨識、風(fēng)險估計、風(fēng)險分析、風(fēng)險評估、風(fēng)險處置和風(fēng)險監(jiān)控的研究中，主要側(cè)重于風(fēng)險的分析與評估，對于其他方面的研究涉及較少。在實際應(yīng)用安全風(fēng)險管理的地鐵工程建設(shè)項目中，主要依賴于定性分析或半定量分析進行風(fēng)險評估。所謂的“監(jiān)控系統(tǒng)”僅能夠做到“監(jiān)測”，而不能實現(xiàn)“控制”，缺乏統(tǒng)一的安全風(fēng)險管理系統(tǒng)。

3.2 安全風(fēng)險管理建議

3.2.1 政府出臺法律法規(guī)加強引導(dǎo)、規(guī)范

鑒于地鐵工程是風(fēng)險較大、不可預(yù)見因素多、社會影響大的建設(shè)項目，首先需要政府部門出臺強有力的法規(guī)作為指導(dǎo)，明確風(fēng)險管理的地位，加大安全風(fēng)險管理投入，加強風(fēng)險意識。同時，在地鐵工程施工過程中，加強政府執(zhí)法部門的監(jiān)管力度，建立并完善地鐵施工事故統(tǒng)計調(diào)查和報告制度。

3.2.2 同步加強項目推行與理論研究

在每個地鐵工程建設(shè)項目中推行安全風(fēng)險管理計劃及方案，嚴格按計劃、方案執(zhí)行風(fēng)險辨識、評估并加以控制。根據(jù)風(fēng)險等級建立相應(yīng)的監(jiān)測系統(tǒng)，做好實時監(jiān)控及信息反饋工作，提前策劃預(yù)防措施，做好應(yīng)急預(yù)案，最終轉(zhuǎn)移和規(guī)避風(fēng)險。

同時，加強對風(fēng)險管理的定量研究，加強科學(xué)監(jiān)測、信息化傳輸和反饋控制；實現(xiàn)地質(zhì)數(shù)據(jù)大數(shù)據(jù)化及風(fēng)險可視化，加強預(yù)警系統(tǒng)并及時采取應(yīng)急預(yù)案措施。

4 結(jié)語

因地鐵工程具有隱蔽性、復(fù)雜性和不確定性等特點，施工安全事故頻繁發(fā)生，亟需對地鐵工程建設(shè)過程中的安全風(fēng)險控制與管理進行研究。根據(jù)對歷年地鐵工程事故案例進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)：①采用明挖法和盾構(gòu)法施工發(fā)生的事故率最高，應(yīng)繼續(xù)加強對相關(guān)施工方法關(guān)鍵風(fēng)險點的控制研究；②坍塌和水害是最常見的事故類型，不良工程地質(zhì)和水文地質(zhì)的預(yù)判及防治是風(fēng)險控制的重點；③主觀原因是引起事故發(fā)生的主要原因，推行地鐵工程建設(shè)安全風(fēng)險管理極其必要。

地鐵工程建設(shè)風(fēng)險的控制需要技術(shù)創(chuàng)新和安全管理創(chuàng)新，在我國地鐵工程建設(shè)安全形勢尚未得到明顯改善的情況下，無論是技術(shù)方法還是管理方法都有很大的改進空間，針對這兩方面的研究任重道遠。

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