地鐵施工監(jiān)測技術與安全風險管理分析

馬梓凱

（中鐵科學研究院，四川成都 610036）

0 引言

對于城市軌道交通工程的施工而言，其不確定性和潛在危險因素，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險，需采用地鐵施工監(jiān)測手段，根據(jù)監(jiān)測到的環(huán)境信息，對可能發(fā)生的各種危險因素進行識別，提前發(fā)現(xiàn)和預防施工中的各種突發(fā)事件，以保證地鐵工程的順利進行。

1 地鐵施工中的安全隱患管理

當前，我國的地鐵工程建設對人們的正常生產(chǎn)和生活都帶來了一定影響，因而對工期長、投資巨大的工程而言，要求也更高，但在施工過程中，仍然存在著許多無法預料的風險因素，安全類問題仍屢見不鮮。城市軌道交通工程的施工重點，在于加強施工的技術管理和安全管理。地鐵工程安全風險管理，需運用先進的技術與施工人員結合起來，做好地鐵施工的安全風險監(jiān)控。根據(jù)以往的工作經(jīng)驗，對存在重大安全隱患的問題，應進行相應的風險評估，使管理工作達到最優(yōu)，從而提高控制效果[1]。

在城市軌道交通工程施工前，監(jiān)理人員要對整個工程進行初步的風險評估，深入了解施工的基本情況，并制定相應的安全措施，以便在施工中發(fā)生安全問題時，及時采取措施，以確保施工過程的安全性和穩(wěn)定性。在對安全事故進行風險控制后，應不失時機地進行經(jīng)驗總結，以便為其他相關項目提供借鑒，確保人員的生命和財產(chǎn)安全，增加項目的經(jīng)濟效益。

2 地鐵施工監(jiān)測技術

2.1 三軸地震監(jiān)測技術的研究

在城市軌道交通工程施工時，往往會引起震動，對地下隧道和地鐵系統(tǒng)造成不良影響。在隧道建設中使用的某些工藝和設備，比如爆破或隧道挖掘，會引起地表的震動，對已完工的隧道或地鐵系統(tǒng)帶來破壞。若因地面建筑或隧道結構的震動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)殘骸并修補受損前，運輸系統(tǒng)必然要停止運行[2]。

三軸地震監(jiān)測器的監(jiān)測系統(tǒng)可以記錄振動及過高的氣壓，設備記錄的環(huán)境數(shù)據(jù)可以及時被查閱，并在問題出現(xiàn)前對地鐵工程進行調(diào)整。通過電腦、智能儀表、平板電腦或智能電話來查閱相關的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)還可以保存歷史數(shù)據(jù)，供日后查閱。三軸地震探測器的監(jiān)控系統(tǒng)是由多種傳感器組成的，該監(jiān)測系統(tǒng)安裝速度快，配置簡單，與之相匹配的電纜長度最大可達1000m，技術人員可以在地鐵工程以外的區(qū)域進行監(jiān)測。

2.2 地鐵工程自動化監(jiān)控系統(tǒng)

由萊卡公司研制的自動化監(jiān)控系統(tǒng)，可對地鐵建設中地面環(huán)境信息進行持續(xù)監(jiān)控。該全自動監(jiān)控系統(tǒng)包含地震計、記錄振動傳感器、監(jiān)控所選結構的傾斜計等高精度元器件。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)控其側向位移。這套系統(tǒng)能準確地測量地鐵施工中的隧道墻體，為施工方提供任何可能對地面、地下建筑和工作人員造成威脅的警報信息。

2.3 支承軸向受力的監(jiān)控

內(nèi)支承是基坑支護結構中的核心部件，對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。對支承軸力的監(jiān)測，宜選用基坑變形大或支承薄弱的部位進行；監(jiān)測斷面布置與相鄰樁橫向位移監(jiān)測點，共同構成監(jiān)測斷面；鋼支撐采用軸力傳感器監(jiān)測時，應將軸力傳感器布置在鋼支架末端；采用鋼筋檢測時，可將測點布置在混凝土支撐的中間或兩側支座之間1/3 的位置。

2.4 全球定位系統(tǒng)（GPS）

由于GPS 測量技術不受時間、位置等條件制約，且具有高精度、方便攜帶等諸多特點，在地鐵工程監(jiān)測中得到廣泛應用。在實際應用中，GPS 設備可在隧道口、豎井等地點設置監(jiān)測點，兩個相鄰的控制點需同時滿足兩個方向的視線，其他控制點需具有方向的通視性，部分監(jiān)測點需與水平點重合。在GPS 測量數(shù)據(jù)的檢驗上，可通過電磁波測距實現(xiàn)對鄰近點的測量[3]。

3 地鐵工程的安全風險管理與控制

3.1 地鐵工程建設中的安全管理范圍

地鐵建設項目屬于耐久性較強的建筑類工程。在建設中，必須對其進行強度、風險評估等安全監(jiān)控活動。地鐵建設項目的施工安全管理主要包括：

3.1.1 設計過程中進行安全管理

對地鐵建設項目進行空間定位、環(huán)境屬性的檢驗，若不符合設計要求，要及時采取措施，嚴重的要拆掉或改建，想要使地鐵建設工程符合設計要求，必須仔細研讀圖紙，多與設計單位溝通，以保證工程質(zhì)量，減少施工風險。

3.1.2 施工期間的安全管理

地鐵工程建設中涉及的各個領域，包括施工材料、施工中的工程、各個地點的隱蔽工程等，均要進行監(jiān)控，避免出現(xiàn)安全隱患。建筑工人進行操作時，要做好技術交底，加強工程技術的培訓，并制訂新技術、新工藝等施工方法的具體規(guī)范。

3.1.3 施工驗收過程中的安全管理

在完成地鐵建設項目的建設后，要對所需的材料，施工期間的各類施工指令、驗收報告、驗收記錄等進行整理、匯總，并在驗收時將其與竣工圖紙一并交由驗收機構進行驗收。

3.2 明晰安全管理的目的

任何工程項目都無法完全規(guī)避施工風險，而施工中安全事故的發(fā)生往往是安全管理相對薄弱的地方。只有建立健全的安全管理制度，加強安全風險意識，并采取相應的防范措施，才能有效規(guī)避風險。在進行安全管理系統(tǒng)建設時，應從以下幾個方面綜合考慮：

首先，在工程規(guī)劃階段，要加強對工程選址的重視，對周圍的環(huán)境進行調(diào)查，掌握施工現(xiàn)場的地質(zhì)狀況，進行巖土性質(zhì)的勘探，保證施工的順利進行，降低施工中的各種危險因素；

其次，在工程設計階段，應確保設計方案符合地質(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，在工程建設階段，應嚴格按照設計方案施工，分析各種危險因素及隱患，制定有針對性的施工方案。

3.3 制定標準的安全管理機制

3.3.1 建立健全檢測和管理制度

地鐵工程建設項目的安全風險檢測，應運用先進的技術和科學的管理手段，構建一套完善的安全風險檢測標準，提高地鐵工程建設工程的安全性、有效性。

3.3.2 加強對檢驗員的技術訓練

在建立地鐵建設工程風險監(jiān)控管理系統(tǒng)后，應選擇專業(yè)人員進行技術監(jiān)控。實行安全風險監(jiān)控和監(jiān)督管理責任制，明確監(jiān)理人的職責，加強對安全風險的關注，確保對地鐵工程建設中的安全風險進行監(jiān)控。

3.4 加強工地的安全管理

3.4.1 建筑工地的人員管理

地鐵工程建設中，施工現(xiàn)場仍然是安全風險監(jiān)控的重點。一般情況下，對施工現(xiàn)場進行全面、有效的安全管理，80%以上的事故都能避免。應在施工工地的醒目地方擺放警示物、安全標語等，增強施工人員的安全意識，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，要設置封閉的圍欄，對入場的工作人員做好安全措施，必須戴安全帽才能入場，進行掘進作業(yè)時也要有安全防護措施，危險崗位必須持證上崗，加強施工安全管理[4]。

3.4.2 建筑工地的設施管理

地鐵工程建設中，各種設備都需要大量用電，所以應做好防雷、防火的相關工作。定期對工程機械進行檢查和檢修，絕不使用淘汰的危險設備。根據(jù)要求進行防護的洞口、臨邊等部位施工時要謹慎，及時進行檢測與維護。

3.4.3 建筑工地的物料管理

在地鐵工程建設中，所涉及的施工材料種類繁多、數(shù)量龐大，若沒有進行有效的安全風險管理，極易發(fā)生安全事故。對建筑物料的安全管理，應先建立專用的物料堆放場地，在儲存物料時由專人負責分揀、堆放。在購買施工材料時，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)控技術的具體應用

以某地鐵建設項目Ⅲ-TS-10 段為實例，工程為四號線二期工程：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、魚復工業(yè)園和龍興工業(yè)園。四號線二期線路全長約32.8km，地下段長約21.25km（含銅鑼山長達隧道一處，約2.8km），高架段長約11.45km，過渡段長約105m，全線共設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)劃八號線換乘，復盛站與規(guī)劃十一號線換乘，普福站與規(guī)劃十四號線換乘。四號線二期設兩座主變電所，分別位于干壩子站和普福站，設石船車輛段一座，位于終點站石船站東北側，該車輛段與規(guī)劃十一號線車場共址，占地面積約63.8 公頃，其中四號線石船車輛段占地面積約32.3 公頃。

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

4.1 圍護結構的橫向位移與沉陷監(jiān)測

基坑開挖過程中，圍護結構的橫向位移是監(jiān)測的重要環(huán)節(jié)。在建筑物的頂部設置測量點，在柱子上安裝膨脹螺母，或在水泥還沒有凝固時將螺母嵌入。測量點間距應與監(jiān)控斷面保持一致，與施工場地的實際條件相適應。用經(jīng)緯儀測量樁頂部的水平位移，應采用正面交叉的方法。

4.2 對基坑地面沉陷的檢測

在地鐵建設過程中，開挖引起的沉降量是影響施工質(zhì)量的重要因素，采用精確的水位計進行實時監(jiān)控，可以保證車輛和行人的安全[5]。沉降觀測必須先設置基準。在工程正式開始前，應充分考慮相關文件、規(guī)范、現(xiàn)場情況和其他相關數(shù)據(jù)，并在GPS 和引線點附近設置觀測參考，形成完整的觀測網(wǎng)。沉降觀測可采用復合路徑或封閉路徑進行，便于來回地同時，也保證了參考點的穩(wěn)定性。若基準點正常且未出現(xiàn)位移，應每3～5 個月進行一次基準點穩(wěn)定測試，并保證測量結果的準確度。

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

其一，施工單位在施工過程中應密切關注基坑周邊環(huán)境的變化；

其二，限制周邊的大型車輛，減少動靜荷載對基坑安全的影響；

其三，加強施工階段的巡查工作；

其四，施工方應切實做好監(jiān)測點的保護工作，保持數(shù)據(jù)連續(xù)性，指導施工。

4.3 支承軸向受力試驗

安好鋼梁后，應根據(jù)設計標高及平面位置的有關規(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限位圓環(huán)，確保其高度為6cm，內(nèi)徑應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合。安裝好軸力測試儀后，須對引線進行相應的防護[6]。

4.4 對周邊構筑物和管線的監(jiān)測

對于因施工引起的周邊構筑物的不均勻沉降，在開挖作業(yè)中，監(jiān)測頻率通常是一日一次，主體工程為每三日一次。在圍護結構施工前，要對現(xiàn)場及周邊進行詳細地勘察、記錄，并利用數(shù)碼相機通過拍攝、錄像等手段對其進行跟蹤，以便掌握其表面的細微變化。

5 結語

地鐵工程施工過程中，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險性。如何應用科學、完善的監(jiān)測技術，對地鐵施工現(xiàn)場進行監(jiān)測，并采取相應的安全風險管理措施，是保證工程建設順利進行的關鍵。