城軌交通附屬工程安全風險統(tǒng)計分析及管控對策

夏成華，呂培印

（北京安捷工程咨詢有限公司，北京 100037）

城市軌道交通運輸具有安全快捷、 節(jié)能環(huán)保、占地少、運量大、全天候等特點，屬綠色環(huán)保交通體系，符合可持續(xù)發(fā)展的原則，特別適用于大中城市[1]。截至2017年末，中國內(nèi)地共56座城市開工建設(shè)城軌交通，在建線路254條，線路長度達6 246.3 km，城市軌道交通工程建設(shè)進入快速發(fā)展時期[2-3]。

城市軌道交通項目管理方式較多，如自建、代建、工程總承包、BOT、BT、PPP等，當前PPP模式及地鐵建設(shè)熱潮已“踩剎車”。2018年以來，城市軌道交通工程建設(shè)已發(fā)生風險事件/安全事故20余起，且有多起3人以上死亡事故，而附屬工程事故較多見且為近3年來常見，這將引起新一輪專項督查風暴。

城市軌道交通附屬工程主要包括出入口及通道、風井及風道、豎井或斜井、橫通道(旁通道)、聯(lián)絡(luò)通道及泵房、其他輔助用房或設(shè)備用房等臨時或永久性的結(jié)構(gòu)[4]。與主體工程相比，附屬工程具有地層受擾動次數(shù)多、施工空間狹小且分布相對分散、受重視程度低等不利特點，工程施工易出現(xiàn)圍巖變形、滲漏、坍塌及周邊環(huán)境沉降變形等風險，安全風險管控難度大。這就要求我們不應(yīng)僅僅把工作重點放在主體工程施工風險管控方面，對于附屬工程施工過程中的安全風險問題也應(yīng)引起足夠的重視。

1 附屬工程事故統(tǒng)計分析

近年來，附屬工程事故數(shù)量總體上呈現(xiàn)輕微增長趨勢。據(jù)不完全統(tǒng)計的2003年以來20余座軌道交通建設(shè)城市的56起事故，分析發(fā)現(xiàn)：1) 事故發(fā)生部位(見圖1)最多的是出入口及通道，其次為豎井及通道、聯(lián)絡(luò)通道及泵房，風井、風亭及通道的事故比例最少；2) 發(fā)生事故類型(見圖2)以各類坍塌為主，涌水涌砂及滲漏水次之，其余事故如開裂及變形超限、物體打擊及周邊環(huán)境受損等后果影響相對較小的問題所占比例較小；3) 事故發(fā)生年份(見圖 3)以 2014年居多，2015年次之，2011—2016年處于高位；4) 暗挖施工工法事故占比約 62.5%，明挖施工工法事故占比約 37.5%。這與城市軌道交通附屬工程建設(shè)規(guī)模、空間結(jié)構(gòu)、工程體量及安全管理水平有關(guān)。

圖1 附屬工程事故發(fā)生部位分布Fig.1 Site distribution of the accidents

圖2 附屬工程事故類別分布Fig.2 Distribution of the accident categories

圖3 附屬工程事故年份分布Fig.3 Years of the accidents

2 附屬工程事故原因

附屬工程安全事故的發(fā)生，除與地下工程自身施工工法的多樣性、所處工程水文地質(zhì)條件的復雜性等影響因素有關(guān)外，還受到場所受限、周邊環(huán)境影響、場地分散等主客觀因素的影響。

圖4 聯(lián)絡(luò)通道平面布置圖Fig.4 Connecting passage layout chart

2.1 場地受限

附屬工程場地受限，客觀上增加了施工難度和風險。城市軌道交通沿線建筑物往往非常密集，這給車站站位的選擇帶來很大困難。站位選擇優(yōu)先考慮主體車站位置，導致出入口及通道位置的選擇具有局限性，有時不得不選擇在并不十分理想的場地，使出入口及通道施工空間非常狹窄，難以進行設(shè)計施工方案的最優(yōu)化選擇，甚至出現(xiàn)因大型施工機具無法入場施工或因場地不能提供施工條件而不得不采用安全性較差的施工工法的情況，這都在無形中增大了附屬工程施工難度和風險。

某盾構(gòu)區(qū)間設(shè)置一個聯(lián)絡(luò)通道，該聯(lián)絡(luò)通道位于地下水位以下，拱頂上部為2.28 m厚流塑狀高壓縮性土(見圖5)。施工前對聯(lián)絡(luò)通道地層采用洞內(nèi)WSS(無收縮雙液)注漿加固，加固范圍為左右線隧道中心線及洞身上下各3 m。

圖5 聯(lián)絡(luò)通道處地質(zhì)剖面Fig.5 Geological profile of the connecting passage

該聯(lián)絡(luò)通道在由左線進洞開挖過程中，上臺階工作面左上方突發(fā)涌水涌泥事故，涌泥量約 60 m3。流塑狀涌泥在隧道內(nèi)的淤積高度達3 m，并將洞口停放的一臺小型挖掘機淹埋，洞口管片發(fā)生了約2 cm錯臺(見圖 6、7)。

圖6 現(xiàn)場涌泥Fig.6 In-situ mud-outburst

經(jīng)分析，受地面交通難以導改以及橫通道上方橫跨多條管線的影響，原設(shè)計采用的地面旋噴樁加固難以實施，遂將地面加固方案更改為洞內(nèi) WSS注漿加固方案，WSS注漿法加固地層效果不佳是本次事故的一個主要原因。

圖7 管片破裂Fig.7 Rupture of the tube

2.2 周邊環(huán)境影響

未查清地質(zhì)條件或未探明周邊環(huán)境條件，為施工安全埋下了巨大的隱患。1) 開挖范圍內(nèi)未探明的不良地質(zhì)或特殊巖土，將給附屬工程明挖、暗挖施工帶來不利影響，可能出現(xiàn)坍塌、涌水涌砂風險。2) 未探明的地下管線、地下構(gòu)筑物或水體如未及時遷改或采取有效保護措施，將給附屬工程施工帶來難以估量的風險：一方面工程施工可能引起地下管線、地下構(gòu)筑物沉降變形，甚至滲漏或泄露；另一方面，已經(jīng)出現(xiàn)滲漏或泄露的地下管線或水體，可能引起工作面涌水涌砂甚至爆炸的風險。

某暗挖車站附屬結(jié)構(gòu)1號風道斷面高度20.4 m，采用CRD(交叉中隔墻法)開挖，分為5層導洞開挖，初期支護拱部設(shè)置超前管棚(見圖8、9)。3月12日凌晨1:00左右，施工管理人員發(fā)現(xiàn)3號導洞端墻有渾水流出，于是立即上報并采取堵水措施，并對周邊環(huán)境進行仔細排查，初步判斷為地面交叉路口東北角 N400 mm自來水管出現(xiàn)滲漏。由于該管線旁有一根DN300 mm燃氣管線，遂立即封閉道路。2:30分左右發(fā)生燃氣管泄漏，現(xiàn)場人員撤離過程中發(fā)生燃氣閃爆，導致 1號風道端墻的3號、4號導洞初支結(jié)構(gòu)局部損壞，土體涌入風道(見圖10)。地面道路面層及管道檢查井蓋被爆出地面，并形成約10 m露天坑(見圖11)。2根燃氣管、2根自來水管、通信管及檢查井破壞。

經(jīng)分析，引發(fā)本次事故的N400 mm自來水管與DN300 mm燃氣管在施工前均未事先探明且未采取有效的保護措施。自來水管泄漏造成附近水土流失形成空洞，使上方燃氣管因不均勻沉降、開裂而產(chǎn)生泄漏，在封閉的空間內(nèi)發(fā)生爆炸。

圖8 風道平面Fig.8 Air passage layout chart

圖9 風道剖面Fig.9 Air passage cross-section

圖10 風道端墻坍塌Fig.10 Collapse of end wall of air passage

2.3 現(xiàn)場管理混亂

受重視程度相對低，現(xiàn)場管理混亂，擅自改變設(shè)計施工方案。附屬工程施工處于工程建設(shè)后期或收尾階段，進度壓力往往沒有主體結(jié)構(gòu)大，工程建設(shè)投入相對較小，精兵強將也常常被調(diào)離至其他更受重視的地方，而留守的現(xiàn)場作業(yè)人員和施工管理人員的技術(shù)水平不能滿足要求，這給現(xiàn)場安全管理帶來很大的難度。同時，零星的、間斷性的施工容易讓施工及管理人員產(chǎn)生麻痹大意的思想，使得現(xiàn)場安全管理出現(xiàn)混亂，甚至出現(xiàn)擅自改變設(shè)計方案的現(xiàn)象，這都給附屬工程施工帶來了不利影響。

圖11 地面形成深坑Fig.11 Deep pit on the ground

某盾構(gòu)區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道采用冷凍法輔助施工。6月28日聯(lián)絡(luò)通道開挖后，隧道下行線小型制冷機發(fā)生故障，停止供冷7.5 h。施工人員發(fā)現(xiàn)下行線隧道一直有壓力水漏出，于是采用木板封堵工作面等措施，但效果不佳。6月29日凌晨，水閥處測出的水壓接近外部第七層承壓水水壓，險情初露征兆，但現(xiàn)場沒有任何人將這一情況向上級匯報。7月1日凌晨6時，隧道內(nèi)發(fā)出異響，施工人員撤出現(xiàn)場，隨后大量流砂涌入，導致隧道上下行線嚴重積水，地表開始出現(xiàn)嚴重裂縫、沉降，地面建筑物發(fā)生明顯變形、墻面開裂傾斜(見圖 12、13)。

圖12 地面沉陷Fig.12 Ground subsidence

經(jīng)分析，造成本次事故的直接原因是施工現(xiàn)場擅自改變了開挖順序。區(qū)間旁通道上方一個大的豎井開挖完畢后，在大豎井底板下距離隧道4～5 m處，還需開挖2個小豎井才能與隧道相通。按照施工慣例，應(yīng)該先挖旁通道，再挖豎井，但是施工現(xiàn)場改變了開挖順序，這樣極容易造成坍塌。同時，施工單位現(xiàn)場項目管理人員管理失控，事故期間質(zhì)檢員未按規(guī)定到工作面進行檢查。

圖13 地表建筑物沉降、傾斜Fig.13 Subsidence and tilt of surface buildings

2.4 施工場地分布相對分散

出入口及通道、風亭及風道大部分位于車站的不同區(qū)域，而聯(lián)絡(luò)通道或施工豎/斜井則位于區(qū)間隧道范圍，這些附屬工程往往分布比較分散且建設(shè)規(guī)模相對較小，給施工管理帶來一定的困難。

2.5 安全施工與環(huán)境保護之間協(xié)調(diào)難度大

附屬工程尤其是位于主城區(qū)的附屬工程，往往處于周邊環(huán)境復雜的區(qū)域，周邊環(huán)境與工程施工相互影響，如何有效協(xié)調(diào)周邊環(huán)境保護與安全施工之間的關(guān)系，是一個現(xiàn)實的難題。一方面，部分周邊建構(gòu)筑物或地下管線離工作面非常近，有的甚至只有1～2 m，輕微的擾動就可能導致建構(gòu)筑物或地下管線出現(xiàn)沉降超限或管線滲(泄)漏； 另一方面，鄰近建構(gòu)筑物也給工程施工帶來了更高的要求和更大的挑戰(zhàn)；此外，主體結(jié)構(gòu)施工期間，將開挖影響范圍內(nèi)的地下管線外遷至主體基坑以外但卻難以完全遷改至附屬工程以外，結(jié)果導致出入口及通道施工受地下管線影響反而加劇。

3 附屬工程安全風險控制對策

3.1 加強開工前環(huán)境核查，減少不確定性因素影響

附屬工程場地影響范圍內(nèi)的開工前環(huán)境核查(如巖土工程補勘、周邊環(huán)境核查)工作成果的準確與否對設(shè)計施工管理尤為重要。比如對于地下管線而言，大部分發(fā)生事故的都是那些未探明的地下管線。

附屬工程施工前，需要徹底摸查清楚工程所在地的工程和水文地質(zhì)特點，以及周邊環(huán)境(建構(gòu)筑物或地下管線等)情況，杜絕出現(xiàn)勘察調(diào)查不詳細甚至不勘察、不調(diào)查的情況。周邊環(huán)境調(diào)查的內(nèi)容應(yīng)包括鄰近建構(gòu)筑物的種類、規(guī)模、修建年代、結(jié)構(gòu)形式、材質(zhì)、質(zhì)量現(xiàn)狀、安全狀況、工作狀態(tài)、與附屬工程的位置關(guān)系等，對工程影響范圍內(nèi)的重要建構(gòu)筑物進行現(xiàn)狀評估，對既有建構(gòu)筑物的現(xiàn)狀安全性和剩余承載能力或剩余變形能力做出評價。

3.2 優(yōu)化附屬工程設(shè)計與施工專項方案，從源頭上規(guī)避風險[5-6]

設(shè)計單位應(yīng)組織設(shè)計人員進行附屬工程現(xiàn)場踏勘，對巖土工程勘察報告與工程周邊環(huán)境調(diào)查報告的準確性或完整性進行核查，并結(jié)合現(xiàn)場實際情況進行設(shè)計方案優(yōu)化并進行設(shè)計交底。對于不符合要求或不詳細的勘察或環(huán)境調(diào)查資料，不得據(jù)以進行設(shè)計。

對于鄰近重要建構(gòu)筑物的附屬工程，應(yīng)進行環(huán)境安全專項設(shè)計，并單獨成冊。環(huán)境安全專項設(shè)計應(yīng)包括：工程環(huán)境現(xiàn)狀評估、附屬工程施工對環(huán)境的影響預(yù)測、工程環(huán)境變形控制標準(含階段變形控制標準)、環(huán)境安全風險控制的工程技術(shù)措施設(shè)計、環(huán)境安全保護措施設(shè)計、環(huán)境安全專項監(jiān)控量測設(shè)計、專項預(yù)案設(shè)計及環(huán)境安全風險控制的其他有關(guān)設(shè)計內(nèi)容。

根據(jù)環(huán)境特點、設(shè)計文件和有關(guān)技術(shù)標準、規(guī)范規(guī)程以及既往施工經(jīng)驗，施工單位應(yīng)針對不同的環(huán)境危險源分別編制環(huán)境安全專項施工方案，并進行專項安全標識及風險技術(shù)交底。環(huán)境安全專項施工方案的審查應(yīng)嚴格執(zhí)行建設(shè)部《危險性較大工程安全專項方案及專家論證審查辦法》等有關(guān)規(guī)定。

3.3 重視附屬工程施工階段的安全風險管理[7-8]

從以往的經(jīng)驗來看，附屬工程施工、工程進出場以及節(jié)假日期間是安全風險事故多發(fā)期，多個事故案例都在一定程度上說明了工程特殊階段風險管理的重要性。安全生產(chǎn)以結(jié)果論成敗，在任何一個時期都絲毫不能松懈，安全風險管理是全過程、全覆蓋的管理。參建各方需要高度重視附屬工程在施工階段的安全風險管理，保證附屬工程建設(shè)期安全人員及資源的合理配置。

3.4 利用信息化管理手段

輔以安全管理信息化系統(tǒng)，充分利用其風險信息互聯(lián)互通、安全管理工作留痕等特點，可以有效落實參建各方安全管理職責，實現(xiàn)對參建單位安全管理日常工作過程記錄，能夠第一時間發(fā)現(xiàn)問題、第一時間協(xié)商會診與輔助決策、第一時間處置安全隱患與突發(fā)事件，在一定程度上減少附屬工程施工風險大、施工場地分散、現(xiàn)場管理混亂等帶來的不利影響。

3.5 完善安全技術(shù)保障體系

為掌握附屬工程施工對工程自身以及周邊環(huán)境的影響程度，及時發(fā)現(xiàn)和消除安全隱患，需要從完善新安全保障技術(shù)體系、物聯(lián)網(wǎng)與大數(shù)據(jù)的應(yīng)用、智能故障預(yù)警技術(shù)和基于BIM+GIS技術(shù)的應(yīng)用等方面逐步完善安全技術(shù)保障措施[9-10]。

4 結(jié)語

城市軌道交通附屬工程是安全風險事故易發(fā)部位，而現(xiàn)場安全風險管控也存在周邊環(huán)境調(diào)查不清楚、設(shè)計施工方案不合理等諸多薄弱環(huán)節(jié)，只有通過加強巖土工程勘察與周邊環(huán)境調(diào)查，優(yōu)化設(shè)計施工方案，實施安全風險全過程管控，完善安全技術(shù)保障體系，才能有效規(guī)避和減少城市軌道交通附屬工程的施工風險。