城市地鐵施工安全風險評估與控制策略

王偉

一、工程概況

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

二、城市軌道項目的特征與風險管理的必要性

（1）城市地鐵軌道交通建設是一個動態的、不斷變化的過程。在工程建設過程中，對工程項目進行安全風險控制是十分必要的。鑒于此，需要對工地安全管理方案進行適時的調整，以達到高效的安全管理。

（2）在工程建設過程中，由于施工空間的不斷變化，使得工程建設中的各種不確定因素也在不斷增多。建設施工單位應結合工程實際，采用行之有效的安全管理手段，并及時調整安全防護措施。

（3）在城市地鐵建設中，經常會涉及許多工程結構的施工，因此會使用到許多復雜的施工技術，這就造成了在施工現場中存在著許多危險因素，同時也給安全管理帶來了很大的困難。總體而言，在地鐵施工中，施工人員、機械設備和材料種類繁多，若不能正確處理各種材料和設備的關系，將有可能引發一系列的安全事故。例如，高處墜落、火災、觸電、物體打擊等，這也通常會造成一定的人員傷亡，對項目的效益產生不良影響。

三、建筑工程安全隱患的來源和危害

1. 建筑施工環境中的風險來源

城市地鐵及地下工程建設環境安全風險來源主要指工程結構所處的區域，包括以下幾點風險源。

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

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

（3）民房、商業建筑、機關、文物古建、古城墻等建筑物及其基礎等一系列隱含風險或重大風險的現場客觀工程環境。

2. 建筑環境安全危險事件

（1）地鐵車站基坑開挖施工中的危險和事故。由風險源產生的基坑工程的主要風險事故具體包括：①開挖時，邊坡出現塌方、滑坡；②底部出現沉陷、流砂、凍脹；③造成軸線移位、基礎傾斜、上部結構變形，對周圍附近建筑物或設施以及地下管線造成影響，導致第三者的損害。

（2）建筑工程的危險和意外?；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、溫差引起的結構縱向拉應力和不均勻沉降引起的結構彎曲，都會引起混凝土裂縫，從而造成結構工程的失穩。

（3）火險情況。由于工程場地狹小，各個系統的設備安裝和裝飾裝修經常發生交叉操作。建筑的模板、設備的包裝、裝飾裝修材料、油漆等易燃物，臨時用電的管理不規范、加工場地的管理不規范，這些都是引起火災的主要原因。如果不加強管理，在狹窄的空間內，一旦發生火災，救援和自救都會變得非常困難，一個不小心，就會造成更大的災難。

四、地鐵建設中的安全風險成因分析

1. 工程地質與水文地質條件的影響因素

地鐵建設所面對的工程地質、水文地質條件較為復雜，由于其受到長期的地質過程的影響，其介質性質具有很大的隨機性，這可能會導致工程建設中出現很多問題，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的影響，它們還會受到其他因素的影響，如地震、滑坡等。

2. 施工現場周圍環境的影響因素

（1）車站建筑物結構與建筑物的空間定位關系；（2）靠近已經在建的隧道施工運營保護狀態；（3）四周道路與管道間的等級、使用年限、材料與施工方式；（4）周邊的生態環境、社會人群居住等影響。

3. 建筑工程安全風險管理失當

（1）線路選擇不合理；（2）地質勘查工作沒有做好，沒有做到精細、準確；（3）沒有長遠的計劃，沒有科學的設計，工程工期緊，偷工減料；（4）不合理的施工建造；（5）對安全教育的重視不夠；（6）工程轉包；（7）監督力度不足。

五、盾構掘進措施

1. 地層沉降五階段細化管控

（1）第一階段、第二階段沉降控制（常規措施）：切口壓力精確控制—切口壓力取靜止土壓力計算區間范圍的上限值，并根據監測數據進行動態微調。

（2）第三階段沉降控制措施（加強措施）：采用膨潤土—利用中盾徑向注漿孔同步進行中盾注漿，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（常規措施）：

①加強同步注漿管控：同步注漿采用凝膠時間稍長的雙液漿配合比，擴散系數按1.6～2.0倍控制，一方面確保不發生堵管，避免停機，另一方面確保填充及時、密實。

②及時進行二次補漿：二次補漿在管片脫出盾尾3～5環后開始實施，根據監測情況和洞內雷達掃描結果有針對性地進行注漿補強，注漿量按監測數據動態控制。

（4）第五階段沉降控制措施（加強措施）：采用洞內深孔徑向注漿—洞內徑向深孔注漿加固在管片脫出盾尾10環后實施，根據監測情況控制好注漿壓力和注漿量，以擠密地層、穩定成型隧道為主，避免大范圍擴散。

2. 盾構掘進控制要點

（1）掘進參數選擇控制。施工期間，根據不同的地質條件以及面對不同的風險源，結合具體監測數據，實時下達不同的掘進指令，指令經審核下達后，盾構機操作手必須按照指令下達內容進行掘進參數控制，不可隨意更改。

（2）掘進參數優化。定期組織召開掘進參數分析會，針對已施工完成實體工程沉降數據及掘進數據進行研討、分析，找出施工中的薄弱控制點，指導優化下一步的施工參數控制。

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

通過制定出土報告制度，可以達到事先計劃，事中準確控制，事后總結效果，避免出現超方無人問津的現象，從而導致多次超挖地表沉降過大，路面坍塌事態嚴重化。圖1為盾構掘進參數控制流程圖。

圖1 盾構掘進參數控制流程圖

六、運營中的盾構機接收技術的控制及應用

1. 隧洞的線形控制

（1）隧道掘進控制量測定

在盾構施工過程中，要不間斷地對盾構和管段進行檢測，以掌握它們與設計軸線的偏差情況。測量內容有：盾構的橫向偏差、豎向偏差、俯仰角、方位角、滾轉角和切口行程、盾尾間隙和管片環中心坐標、底部高程、水平直徑、垂直直徑、前端面里程等。在此基礎上，繪制出盾構隧道和管片與設計軸線之間的坐標關系圖，從而可以對下一圈隧道施工過程中出現的誤差進行預測。

（2）盾構方向的調整

在施工中，要對盾構方向進行以下操作調整：①有效地控制盾構機的姿態和安裝管片的位置選擇調節；②調整盾構機所用的千斤頂個數，并設置刀盤旋轉扭矩，實現盾構機方位的校正；③當遇到堅硬的地層或彎曲的隧道，需要進行較大的方位校正時，利用仿形刀片進行方位校正，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當盾尾縫隙較小時，應將楔形環管拼裝起來，以保證盾尾縫隙；⑤對盾構機側傾角度的校正，采用刀盤在盾構機側傾相同的方向上轉動，并借助其回轉反力來實現。

2. 受控測試區域的參量控制

為確保盾構能夠順利通過危險源，順利地實現潛-高區間的接收，設置了一條離接收口40～100 m的探頭試驗段，通過對該探頭的探頭開挖參數的歸納和分析，得到合理的探頭開挖控制參數，并將其應用到實際工程中，以確保盾構具有較好的姿態，盾構掘進施工技術參數如表2所示：

表2 盾構掘進施工技術參數

結合專項施工方案及表1，對其進行了進一步的歸納與分析，形成了合適的質量控制參數，其中接收段為距接收洞門40m左右的洞門,盾構水平姿態控制在+20，垂直姿態控制在-30～0內。

3. 監測項目控量

在穿越過程中，對地表沉降監測、差異沉降及傾斜監測進行了強化，監測頻率為3次/Id，以此來更好地引導施工，確保施工過程中的安全，其中沉降控制指標在20mm內。

通過對最大量統計表監測結果的分析，可以看出，監測項目都已經實現了用于指導施工的監測目標，沒有一個監測項目超過預報警值，各個監測項目都處于良好的控制范圍之內。

七、盾構區間事故防范與處理

1. 鑿洞土體不穩定的應急處理

現場的施工人員在鑿開洞口水泥時，必須先挖出一個樣本，在確定加固狀況合格后，再鑿開整個洞口，如果遇到取出樣本不合格的情況，需要施工人員進行額外的補強。另外，在施工現場，應當配備至少3人的全職看護人員，監管部門的主要負責人也必須在場視察，一旦出現危險，相關監管人員要及時發現并且提醒施工人員。一方面，施工人員要馬上停止對洞口的水泥鑿，選擇用木制或鋼制材料支撐，并且用疊包法暫時封閉；另一方面，需要在此基礎上進行加固和補強，直到前面的地基穩定為止，以此防止危險的進一步擴大。

2. 近鄰建筑防護的風險管理

首先，相關負責人應學習相鄰建筑的地基以及構造條件，采用科學高效的施工工藝及相對應的加固計劃，預防相鄰建筑結構的沉降、開裂和倒塌；其次，施工人員應該在組織設計中納入對相鄰建筑的防護措施和方法，在工程進行的過程中，還需要在相鄰建筑物周圍布設觀測點，密切關注其移動與沉沒；最后，除了與建筑工程相鄰的建筑結構，應由業主自行拆除，按合同規定的工程范圍，施工團隊會保護其他工地周邊的原有建筑，如果因為施工造成相鄰建筑的位移和沉降超出了警報值，要立刻進行堅實的加固，從而防止相鄰建筑結構的沉降、開裂和倒塌。

3. 盾構通過不良地層時的事故處理

在施工過程中，盾構通過不良地層常常會產生兩個問題：一是造成隧道滲漏，二是地面沉降。為解決上述問題，施工人員可以進行以下緊急處理：（1）進行前向土壓力的調節，加強前墻支撐，并且保持盾構機持續施工，同時用盡可能快的速度離開土壤破裂區；（2）立刻加固盾構的背面，在盾牌尾部加滿密封脂，同時利用同步灌漿技術對盾構后方進行加固，用來做一個止水環帶；（3）盾構出洞后應盡可能快地進行后墻注漿對受損地段的圍巖加強加固，在地表出現塌陷的地方用圍場圍起來，并且對塌陷的地方進行灌漿加固處理后，才能重新投入使用。

八、結語

對城市地鐵建設中的安全風險進行評價與控制，對于保障城市地鐵建設的順利、安全、有序進行具有十分重要的意義。在地鐵工程的執行過程中，項目部要構建一個健全的安全風險管理體系，對管理措施進行優化，構建并完善應急預案，做好風險轉移工作，提升整個項目的風險評估和應對能力。