城市地鐵施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與控制策略

王偉

一、工程概況

天津地鐵8號(hào)線一期第3合同段，包括鞍山西道站—南豐路站（含）—六里臺(tái)站區(qū)間（僅含二次砌筑及裝修）—西康路站區(qū)間；共計(jì)1站3區(qū)間，總長約2810m、2695m，線路由西到東布設(shè)在鞍山西道、西康路下。

二、城市軌道項(xiàng)目的特征與風(fēng)險(xiǎn)管理的必要性

（1）城市地鐵軌道交通建設(shè)是一個(gè)動(dòng)態(tài)的、不斷變化的過程。在工程建設(shè)過程中，對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)控制是十分必要的。鑒于此，需要對(duì)工地安全管理方案進(jìn)行適時(shí)的調(diào)整，以達(dá)到高效的安全管理。

（2）在工程建設(shè)過程中，由于施工空間的不斷變化，使得工程建設(shè)中的各種不確定因素也在不斷增多。建設(shè)施工單位應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際，采用行之有效的安全管理手段，并及時(shí)調(diào)整安全防護(hù)措施。

（3）在城市地鐵建設(shè)中，經(jīng)常會(huì)涉及許多工程結(jié)構(gòu)的施工，因此會(huì)使用到許多復(fù)雜的施工技術(shù)，這就造成了在施工現(xiàn)場(chǎng)中存在著許多危險(xiǎn)因素，同時(shí)也給安全管理帶來了很大的困難?？傮w而言，在地鐵施工中，施工人員、機(jī)械設(shè)備和材料種類繁多，若不能正確處理各種材料和設(shè)備的關(guān)系，將有可能引發(fā)一系列的安全事故。例如，高處墜落、火災(zāi)、觸電、物體打擊等，這也通常會(huì)造成一定的人員傷亡，對(duì)項(xiàng)目的效益產(chǎn)生不良影響。

三、建筑工程安全隱患的來源和危害

1. 建筑施工環(huán)境中的風(fēng)險(xiǎn)來源

城市地鐵及地下工程建設(shè)環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)來源主要指工程結(jié)構(gòu)所處的區(qū)域，包括以下幾點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)源。

（1）軟土、流砂、巖溶、硬巖、斷裂、涌（滲）水、上覆地層空洞區(qū)、水囊區(qū)、河流、湖泊等特殊地層條件和水文地質(zhì)條件。

（2）地下管涵、地下暗河、護(hù)城河、橋梁樁、人防工程、地道及其它已有的地下建筑物及市政設(shè)施，地面鋪裝結(jié)構(gòu)，地下軌道交通等。

（3）民房、商業(yè)建筑、機(jī)關(guān)、文物古建、古城墻等建筑物及其基礎(chǔ)等一系列隱含風(fēng)險(xiǎn)或重大風(fēng)險(xiǎn)的現(xiàn)場(chǎng)客觀工程環(huán)境。

2. 建筑環(huán)境安全危險(xiǎn)事件

（1）地鐵車站基坑開挖施工中的危險(xiǎn)和事故。由風(fēng)險(xiǎn)源產(chǎn)生的基坑工程的主要風(fēng)險(xiǎn)事故具體包括：①開挖時(shí)，邊坡出現(xiàn)塌方、滑坡；②底部出現(xiàn)沉陷、流砂、凍脹；③造成軸線移位、基礎(chǔ)傾斜、上部結(jié)構(gòu)變形，對(duì)周圍附近建筑物或設(shè)施以及地下管線造成影響，導(dǎo)致第三者的損害。

（2）建筑工程的危險(xiǎn)和意外?；炷量v向變形，例如：干縮，溫差和縱向差異，這是引起混凝土的縱深變形的根本原因?；炷亮芽p，例如：混凝土干縮、溫差引起的結(jié)構(gòu)縱向拉應(yīng)力和不均勻沉降引起的結(jié)構(gòu)彎曲，都會(huì)引起混凝土裂縫，從而造成結(jié)構(gòu)工程的失穩(wěn)。

（3）火險(xiǎn)情況。由于工程場(chǎng)地狹小，各個(gè)系統(tǒng)的設(shè)備安裝和裝飾裝修經(jīng)常發(fā)生交叉操作。建筑的模板、設(shè)備的包裝、裝飾裝修材料、油漆等易燃物，臨時(shí)用電的管理不規(guī)范、加工場(chǎng)地的管理不規(guī)范，這些都是引起火災(zāi)的主要原因。如果不加強(qiáng)管理，在狹窄的空間內(nèi)，一旦發(fā)生火災(zāi)，救援和自救都會(huì)變得非常困難，一個(gè)不小心，就會(huì)造成更大的災(zāi)難。

四、地鐵建設(shè)中的安全風(fēng)險(xiǎn)成因分析

1. 工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件的影響因素

地鐵建設(shè)所面對(duì)的工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件較為復(fù)雜，由于其受到長期的地質(zhì)過程的影響，其介質(zhì)性質(zhì)具有很大的隨機(jī)性，這可能會(huì)導(dǎo)致工程建設(shè)中出現(xiàn)很多問題，例如地下水位變化、地面沉降等。此外，由于各種自然和人類活動(dòng)的影響，它們還會(huì)受到其他因素的影響，如地震、滑坡等。

2. 施工現(xiàn)場(chǎng)周圍環(huán)境的影響因素

（1）車站建筑物結(jié)構(gòu)與建筑物的空間定位關(guān)系；（2）靠近已經(jīng)在建的隧道施工運(yùn)營保護(hù)狀態(tài)；（3）四周道路與管道間的等級(jí)、使用年限、材料與施工方式；（4）周邊的生態(tài)環(huán)境、社會(huì)人群居住等影響。

3. 建筑工程安全風(fēng)險(xiǎn)管理失當(dāng)

（1）線路選擇不合理；（2）地質(zhì)勘查工作沒有做好，沒有做到精細(xì)、準(zhǔn)確；（3）沒有長遠(yuǎn)的計(jì)劃，沒有科學(xué)的設(shè)計(jì)，工程工期緊，偷工減料；（4）不合理的施工建造；（5）對(duì)安全教育的重視不夠；（6）工程轉(zhuǎn)包；（7）監(jiān)督力度不足。

五、盾構(gòu)掘進(jìn)措施

1. 地層沉降五階段細(xì)化管控

（1）第一階段、第二階段沉降控制（常規(guī)措施）：切口壓力精確控制—切口壓力取靜止土壓力計(jì)算區(qū)間范圍的上限值，并根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)微調(diào)。

（2）第三階段沉降控制措施（加強(qiáng)措施）：采用膨潤土—利用中盾徑向注漿孔同步進(jìn)行中盾注漿，注入壓力略大于切口壓力0.2～0.5bar，壓力控制為主。

（3）第四階段沉降控制措施（常規(guī)措施）：

①加強(qiáng)同步注漿管控：同步注漿采用凝膠時(shí)間稍長的雙液漿配合比，擴(kuò)散系數(shù)按1.6～2.0倍控制，一方面確保不發(fā)生堵管，避免停機(jī)，另一方面確保填充及時(shí)、密實(shí)。

②及時(shí)進(jìn)行二次補(bǔ)漿：二次補(bǔ)漿在管片脫出盾尾3～5環(huán)后開始實(shí)施，根據(jù)監(jiān)測(cè)情況和洞內(nèi)雷達(dá)掃描結(jié)果有針對(duì)性地進(jìn)行注漿補(bǔ)強(qiáng)，注漿量按監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)控制。

（4）第五階段沉降控制措施（加強(qiáng)措施）：采用洞內(nèi)深孔徑向注漿—洞內(nèi)徑向深孔注漿加固在管片脫出盾尾10環(huán)后實(shí)施，根據(jù)監(jiān)測(cè)情況控制好注漿壓力和注漿量，以擠密地層、穩(wěn)定成型隧道為主，避免大范圍擴(kuò)散。

2. 盾構(gòu)掘進(jìn)控制要點(diǎn)

（1）掘進(jìn)參數(shù)選擇控制。施工期間，根據(jù)不同的地質(zhì)條件以及面對(duì)不同的風(fēng)險(xiǎn)源，結(jié)合具體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)下達(dá)不同的掘進(jìn)指令，指令經(jīng)審核下達(dá)后，盾構(gòu)機(jī)操作手必須按照指令下達(dá)內(nèi)容進(jìn)行掘進(jìn)參數(shù)控制，不可隨意更改。

（2）掘進(jìn)參數(shù)優(yōu)化。定期組織召開掘進(jìn)參數(shù)分析會(huì)，針對(duì)已施工完成實(shí)體工程沉降數(shù)據(jù)及掘進(jìn)數(shù)據(jù)進(jìn)行研討、分析，找出施工中的薄弱控制點(diǎn)，指導(dǎo)優(yōu)化下一步的施工參數(shù)控制。

（3）出土量控制。制定出土量報(bào)告制度：每環(huán)出土量通報(bào)，每班下班出土臺(tái)賬通報(bào)；再根據(jù)龍門吊稱重系統(tǒng)，判斷每環(huán)出土量是否存在超挖，制定洞內(nèi)注漿及地面探孔等措施，降低地表沉降。

通過制定出土報(bào)告制度，可以達(dá)到事先計(jì)劃，事中準(zhǔn)確控制，事后總結(jié)效果，避免出現(xiàn)超方無人問津的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致多次超挖地表沉降過大，路面坍塌事態(tài)嚴(yán)重化。圖1為盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制流程圖。

圖1 盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)控制流程圖

六、運(yùn)營中的盾構(gòu)機(jī)接收技術(shù)的控制及應(yīng)用

1. 隧洞的線形控制

（1）隧道掘進(jìn)控制量測(cè)定

在盾構(gòu)施工過程中，要不間斷地對(duì)盾構(gòu)和管段進(jìn)行檢測(cè)，以掌握它們與設(shè)計(jì)軸線的偏差情況。測(cè)量內(nèi)容有：盾構(gòu)的橫向偏差、豎向偏差、俯仰角、方位角、滾轉(zhuǎn)角和切口行程、盾尾間隙和管片環(huán)中心坐標(biāo)、底部高程、水平直徑、垂直直徑、前端面里程等。在此基礎(chǔ)上，繪制出盾構(gòu)隧道和管片與設(shè)計(jì)軸線之間的坐標(biāo)關(guān)系圖，從而可以對(duì)下一圈隧道施工過程中出現(xiàn)的誤差進(jìn)行預(yù)測(cè)。

（2）盾構(gòu)方向的調(diào)整

在施工中，要對(duì)盾構(gòu)方向進(jìn)行以下操作調(diào)整：①有效地控制盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)和安裝管片的位置選擇調(diào)節(jié)；②調(diào)整盾構(gòu)機(jī)所用的千斤頂個(gè)數(shù)，并設(shè)置刀盤旋轉(zhuǎn)扭矩，實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)方位的校正；③當(dāng)遇到堅(jiān)硬的地層或彎曲的隧道，需要進(jìn)行較大的方位校正時(shí)，利用仿形刀片進(jìn)行方位校正，若盾尾間隙變小，管片拼裝變得困難，為了保證盾尾間隙，需要重新校正方位；④當(dāng)盾尾縫隙較小時(shí)，應(yīng)將楔形環(huán)管拼裝起來，以保證盾尾縫隙；⑤對(duì)盾構(gòu)機(jī)側(cè)傾角度的校正，采用刀盤在盾構(gòu)機(jī)側(cè)傾相同的方向上轉(zhuǎn)動(dòng)，并借助其回轉(zhuǎn)反力來實(shí)現(xiàn)。

2. 受控測(cè)試區(qū)域的參量控制

為確保盾構(gòu)能夠順利通過危險(xiǎn)源，順利地實(shí)現(xiàn)潛-高區(qū)間的接收，設(shè)置了一條離接收口40～100 m的探頭試驗(yàn)段，通過對(duì)該探頭的探頭開挖參數(shù)的歸納和分析，得到合理的探頭開挖控制參數(shù)，并將其應(yīng)用到實(shí)際工程中，以確保盾構(gòu)具有較好的姿態(tài)，盾構(gòu)掘進(jìn)施工技術(shù)參數(shù)如表2所示：

表2 盾構(gòu)掘進(jìn)施工技術(shù)參數(shù)

結(jié)合專項(xiàng)施工方案及表1，對(duì)其進(jìn)行了進(jìn)一步的歸納與分析，形成了合適的質(zhì)量控制參數(shù)，其中接收段為距接收洞門40m左右的洞門,盾構(gòu)水平姿態(tài)控制在+20，垂直姿態(tài)控制在-30～0內(nèi)。

3. 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目控量

在穿越過程中，對(duì)地表沉降監(jiān)測(cè)、差異沉降及傾斜監(jiān)測(cè)進(jìn)行了強(qiáng)化，監(jiān)測(cè)頻率為3次/Id，以此來更好地引導(dǎo)施工，確保施工過程中的安全，其中沉降控制指標(biāo)在20mm內(nèi)。

通過對(duì)最大量統(tǒng)計(jì)表監(jiān)測(cè)結(jié)果的分析，可以看出，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了用于指導(dǎo)施工的監(jiān)測(cè)目標(biāo)，沒有一個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目超過預(yù)報(bào)警值，各個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目都處于良好的控制范圍之內(nèi)。

七、盾構(gòu)區(qū)間事故防范與處理

1. 鑿洞土體不穩(wěn)定的應(yīng)急處理

現(xiàn)場(chǎng)的施工人員在鑿開洞口水泥時(shí)，必須先挖出一個(gè)樣本，在確定加固狀況合格后，再鑿開整個(gè)洞口，如果遇到取出樣本不合格的情況，需要施工人員進(jìn)行額外的補(bǔ)強(qiáng)。另外，在施工現(xiàn)場(chǎng)，應(yīng)當(dāng)配備至少3人的全職看護(hù)人員，監(jiān)管部門的主要負(fù)責(zé)人也必須在場(chǎng)視察，一旦出現(xiàn)危險(xiǎn)，相關(guān)監(jiān)管人員要及時(shí)發(fā)現(xiàn)并且提醒施工人員。一方面，施工人員要馬上停止對(duì)洞口的水泥鑿，選擇用木制或鋼制材料支撐，并且用疊包法暫時(shí)封閉；另一方面，需要在此基礎(chǔ)上進(jìn)行加固和補(bǔ)強(qiáng)，直到前面的地基穩(wěn)定為止，以此防止危險(xiǎn)的進(jìn)一步擴(kuò)大。

2. 近鄰建筑防護(hù)的風(fēng)險(xiǎn)管理

首先，相關(guān)負(fù)責(zé)人應(yīng)學(xué)習(xí)相鄰建筑的地基以及構(gòu)造條件，采用科學(xué)高效的施工工藝及相對(duì)應(yīng)的加固計(jì)劃，預(yù)防相鄰建筑結(jié)構(gòu)的沉降、開裂和倒塌；其次，施工人員應(yīng)該在組織設(shè)計(jì)中納入對(duì)相鄰建筑的防護(hù)措施和方法，在工程進(jìn)行的過程中，還需要在相鄰建筑物周圍布設(shè)觀測(cè)點(diǎn)，密切關(guān)注其移動(dòng)與沉沒；最后，除了與建筑工程相鄰的建筑結(jié)構(gòu)，應(yīng)由業(yè)主自行拆除，按合同規(guī)定的工程范圍，施工團(tuán)隊(duì)會(huì)保護(hù)其他工地周邊的原有建筑，如果因?yàn)槭┕ぴ斐上噜徑ㄖ奈灰坪统两党隽司瘓?bào)值，要立刻進(jìn)行堅(jiān)實(shí)的加固，從而防止相鄰建筑結(jié)構(gòu)的沉降、開裂和倒塌。

3. 盾構(gòu)通過不良地層時(shí)的事故處理

在施工過程中，盾構(gòu)通過不良地層常常會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)問題：一是造成隧道滲漏，二是地面沉降。為解決上述問題，施工人員可以進(jìn)行以下緊急處理：（1）進(jìn)行前向土壓力的調(diào)節(jié)，加強(qiáng)前墻支撐，并且保持盾構(gòu)機(jī)持續(xù)施工，同時(shí)用盡可能快的速度離開土壤破裂區(qū)；（2）立刻加固盾構(gòu)的背面，在盾牌尾部加滿密封脂，同時(shí)利用同步灌漿技術(shù)對(duì)盾構(gòu)后方進(jìn)行加固，用來做一個(gè)止水環(huán)帶；（3）盾構(gòu)出洞后應(yīng)盡可能快地進(jìn)行后墻注漿對(duì)受損地段的圍巖加強(qiáng)加固，在地表出現(xiàn)塌陷的地方用圍場(chǎng)圍起來，并且對(duì)塌陷的地方進(jìn)行灌漿加固處理后，才能重新投入使用。

八、結(jié)語

對(duì)城市地鐵建設(shè)中的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)與控制，對(duì)于保障城市地鐵建設(shè)的順利、安全、有序進(jìn)行具有十分重要的意義。在地鐵工程的執(zhí)行過程中，項(xiàng)目部要構(gòu)建一個(gè)健全的安全風(fēng)險(xiǎn)管理體系，對(duì)管理措施進(jìn)行優(yōu)化，構(gòu)建并完善應(yīng)急預(yù)案，做好風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移工作，提升整個(gè)項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和應(yīng)對(duì)能力。