軟土地區地鐵隧道聯絡通道實施風險與監理對策

金 磊

(上海天佑工程咨詢有限公司,200092,上海∥工程師)

軟土地區地鐵隧道聯絡通道實施風險與監理對策

金 磊

(上海天佑工程咨詢有限公司,200092,上海∥工程師)

軟土地區特殊的地質與水文環境特點使地鐵隧道聯絡通道施工風險很高,其工程安全問題越來越受到參建各方的高度關注。介紹了軟土地區聯絡通道工程主要的實施風險,分析了在實踐中遇到的易引發事故的常見問題,加深對風險的認識。介紹軟土地區聯絡通道面對突發險情處置的工程實例。闡述了監理作為工程管理重要參與方,應對軟土地區聯絡通道施工采取有針對性的管理對策。

軟土隧道;聯絡通道;風險;監理對策

Author's addressShanghai Tianyou Project Management Consulting Co.,Ltd.,200092,Shanghai,China

地鐵隧道聯絡通道一般位于上、下行線區間隧道中部,常與泵站合并建造,既起到聯絡作用,又起到集、排水作用,是區間隧道土建工程的重要組成部分。在軟土地區修建聯絡通道,由于軟土壓縮性高、含水量大、強度低等特性,給施工帶來了更大的難度,施工期間若控制不當,極易引發工程事故。為此,軟土地區聯絡通道施工安全問題也越來越受到地鐵工程參建各方的關注。為確保軟土地區聯絡通道實施安全,應對可能面臨的實施風險有全面的認識,這樣才能在工程實踐中有的放矢,有效預防與控制風險;即使遇到突發事件,如果措施得當也能及時控制險情。同時現場施工監理也應積極發揮監管作用,采取有針對性的管理對策,以避免工程事故的發生。

1 軟土地區聯絡通道實施風險

1.1 施工風險

根據軟土地區地下水位高、土體強度低的特點,目前地鐵隧道聯絡通道大多采用土體加固、礦山法暗挖的施工工藝。該工藝首先通過有效的土體加固措施(如深層攪拌法或凍結法),提高開挖土層強度、穩定性、隔水性能,然后在加固土體保護下進行開挖、支護、混凝土澆筑,從而形成聯絡通道結構。其中良好的土體加固效果是確保安全開挖的前提。開挖階段是風險最高的階段,若控制不當,極易產生土體失穩、水土流失等異常情況,從而導致土體坍塌、隧道變形、地面沉降等突發險情。因此,正確認識軟土地區地鐵隧道聯絡通道的施工風險,是確保聯絡通道、區間隧道和地面環境安全的前提。

1.2 組織風險

健全管理組織體系是實現聯絡通道工程質量、安全的有力保障。隨著我國地鐵建設高潮的到來,很多參建單位尤其是那些資質高、業績多的單位工程任務都達到飽和。在這樣的背景下,管理組織問題就顯的格外突出,主要體現在:

(1)承包人不能很好地履行投標承諾,往往是投標一套班子,實際投入一套班子。而發包人雖然在合同條款中對承包人數量和資質有所約定,但缺乏有效監管。

(2)現場管理組織體系不健全,一方面管理人員數量少,管理力量薄弱,關鍵部位(工序)施工不能監督到位;另一方面管理人員能力不足,沒有管理類似工程的經驗和水平,容易導致管理失控。

(3)現場應急組織體系不健全,面對突發險情,應急響應遲鈍,聯絡渠道不暢通,應急物資、設備、人員不能及時到位,從而延緩了搶險的時機。

1.3 環境風險

準確掌握聯絡通道建設區域內地質、水文環境條件是確保工程環境安全的基礎。聯絡通道施工面臨的環境風險主要體現在兩個方面:一方面是軟土地區特有的地質、水文特點造成的。軟土地區地下水位高、土體強度低,需要采取有效的土體加固措施,才能確保開挖的安全;若加固土體效果不佳,容易引發水土流失,造成地面沉降、隧道變形;若聯絡通道(或泵站)底板下受承壓水或微承壓水的影響,施工的風險更高。另一方面,地鐵隧道建設區域多數位于城市中心區域,地面既有或在建的建筑(構筑)物多,淺部又埋設諸多地下管線,尤其是市區的繁華地段,情況更為復雜,一旦造成地面沉降,后果不堪設想。

1.4 技術風險

1.4.1 勘察風險

地質水文勘察資料是擬定施工技術方案的重要基礎資料。一般情況下區間隧道都有詳盡的地質、水文勘察資料,但聯絡通道區域的地質、水文勘察資料往往容易被忽視。如:聯絡通道建設區域內沒有詳勘的完整資料,勘探孔數量和深度不足,水文與地質條件評價分析深度不夠,地下存在沼氣沒有探明等,這就給聯絡通道實施期間施工風險的準確評估、專項方案的針對性編制、風險源的有效防范等帶來了難度。若承包方在沒有詳勘資料的情況下,僅依靠周邊勘察資料或經驗來推斷聯絡通道建設區域內的地質、水文條件,貿然組織施工,很可能留下極大的安全隱患。

1.4.2 設計風險

施工圖設計文件是指導現場施工的關鍵性技術資料,高質量的施工圖設計文件可以為施工安全提供必要的理論支撐。目前,由于工程建設工期緊,邊設計、邊施工的情況經常發生,而有經驗、有水平的設計人員也比較缺少,故容易在設計環節上出現如設計缺陷、設計失誤等問題,給后續施工帶來隱患。可能存在的設計問題主要體現在以下方面:

(1)設計單位雖然有地鐵結構設計的資質,但對凍結法或其他土體加固專項設計缺乏足夠的經驗和深入的研究,設計文件編制上過度信賴沒有設計資質的施工方的意見。

(2)凍結專項設計中有關凍土力學參數的選擇及凍土帷幕的設計,隨設計方的不同而變化,選用不同的計算模型得出的安全系數差異較大,缺乏統一的技術規范標準。

(3)設計深度不夠,如:安全防護門沒有專項設計,其強度、剛度、密封性能在施工期間不能得到保證;采用凍結法施工未對解凍和融沉注漿進行詳細設計。

1.4.3 方案風險

施工方案是現場施工操作指導性文件,其編制質量的好壞直接關系到工程的成敗。聯絡通道土體加固暗挖施工工藝雖然是目前相對比較成熟的施工工藝,被廣泛運用在實踐中,也有諸多成功案例,但有的承包方在方案編制上還是存在不少問題,在審批過程中沒有被及時發現。其主要問題體現在:

(1)未選擇適宜的土體加固方法,或施工技術參數(如深層攪拌法水泥摻量,凍結孔的布置間距等)設置不合理,不能滿足設計要求的加固效果。

(2)土體加固效果檢測手段不完善,如深層攪拌法加固可通過鉆芯取樣檢測土體加固強度,但加固土體的均勻性(達到設計要求的滲透系數)仍然無相應的判斷標準及檢測手段。

(3)開挖土體步驟、開挖順序安排不合理,開挖步距設定過大,臨時支護措施可靠性比較差。

(4)監測方案缺乏針對性,監測報警參數的取值、監測點的檢測頻率與實際工況對比不吻合,造成開挖期間不能及時對異常情況作出準確判斷,監測措施無法真正為安全施工保駕護航。

(5)應急措施考慮不周全,例如:在有承壓水(或微承壓水)地層施工時沒有考慮設置必要的備用減壓井,凍結孔鉆進時未考慮對涌水涌砂的防范,凍結設備運轉不能保障不間斷作業,水平開挖聯絡通道有豎向防護門而豎向開挖泵站卻無水平防護門等。

(6)應急預案針對性不強、脫離實際,應急物資或搶險材料準備不充分,一旦發生突發險情,不能及時有效地控制險情擴大。

1.5 管理風險

強有力的現場管理是確保聯絡通道施工質量與安全的重要前提。管理程序上的混亂是導致事故發生的罪魁禍首。如2003年上海發生的聯絡通道事故就是一起典型的管理責任事故。目前很多工程在施工管理環節上仍存在不少漏洞,體現在:

(1)施工技術方案雖然經過專家論證,但對專家評審意見重視不夠,沒有很好地落實評審意見就盲目組織施工,大大增加了事故發生的可能性。

(2)編制的施工技術方案得不到有效貫徹執行,施工技術交底流于書面形式,現場的具體管理人員對施工方案不了解,無法有效進行管理。

(3)施工技術變更程序管理混亂,施工決策欠慎重,隨意調整原經審批的方案,而調整方案后卻沒有相關的審批手續。

(4)對關鍵環節把關不嚴,不具備開挖條件仍貿然組織開挖。

2 軟土地區聯絡通道面對突發險情的處置

軟土地區修建聯絡通道施工風險高是客觀存在的。在應對工程風險時,事先采取有針對性的預防措施予以控制,可以盡量避免或減少工程風險發生的概率。萬一遇到突發險情時不能慌亂,如果搶險措施得當,也能有效控制險情,避免損失的擴大。本文介紹某軟土地區聯絡通道工程實施中對突發險情的處置,希望類似工程有所借鑒。

2.1 工程概況

某地鐵隧道設計為內徑 Φ5500 mm的單圓隧道,管片厚度350 mm,采用通縫拼裝。在上行線里程C2K0+781.303 m處設水平聯絡通道及泵站。聯絡通道及泵站結構局部位于⑤2層微承壓含水層中。該工程原設計采用深層攪拌法加固土體,礦山暗挖法施工。攪拌樁加固于區間隧道盾構推進前完成。攪拌加固范圍為聯絡通道中心線兩側寬度各6.4 m,總寬度為12.85 m,沿聯絡通道軸線方向長19.7 m,深度標高自隧道頂部以上3 m至旁通道結構底板以下3 m(見圖1)。

圖1 聯絡通道剖面圖

2.2 突發險情的發生

該工程聯絡通道從下行線開始開挖,采用鋼拱架和木背板跟進支護。當開挖進尺至2.7 m時發現在2.4 m處底板突然涌砂冒泥,隨后向聯絡通道內填入8 t水泥和若干砂袋。在未能控制涌砂冒泥的情況下,緊急關閉聯絡通道的安全防護門。由于安全防護門密封性能較差,涌水涌砂的狀況又沒有得到及時控制,聯絡通道附近鋼筋混凝土隧道管片開始出現不同程度的開裂、滲漏等,部分管片連接螺栓拉壞,情況十分危急。

2.3 突發險情的處置

承包方及時向本單位上級主管部門、建設單位、建設指揮部、政府主管部門匯報了險情。接報后有關專家與搶險人員立即趕赴現場,現場緊急成立搶險指揮部,由專家組制定搶險方案,果斷采取措施控制險情的擴大。主要措施包括:

(1)對安全防護門進行加固,防止其變形,對涌水涌砂起到抵擋作用。

(2)從地面向已開挖的空腔內注入聚氨脂(耗用約6.25 t)進行應急封堵,填充已開挖部分,防止水土流失狀況進一步擴大。

(3)在加固體外圍采用分層注漿方法注入水泥漿(耗用200 t)填充因水土流失形成的空腔,防止隧道和周邊地面沉降趨勢加大。

(4)在地面施工補充了4口減壓井,降低下部的承壓水水頭。

(5)在隧道內臨時架設“米”字型支撐,控制隧道結構變形的發展。

(6)對隧道與地面變形情況采取高頻率的監測,從監測數據變化趨勢判斷對險情的控制程度。

通過采取一系列及時、有效的控制措施,險情得到了有效控制。在隧道結構、地面沉降趨于穩定后,將原聯絡通道加固方案變更為凍結法加固,并重新進行專家評審后,再組織施工;同時考慮了對受損隧道進行必要的加固與修復。

3 軟土地區聯絡通道監理對策

軟土地區聯絡通道施工過程中,施工監理受業主委托,按照合同約定提供全過程、全方位的管理服務,在整個建設管理體系中應發揮其重要作用。只有采取有針對性的管理對策,才能對聯絡通道施工質量與安全進行有力的監督管理,從而保障工程的順利實施。

(1)準確掌握地質水文狀況。監理應組織或參與勘察交底,熟悉建設區域內的地質、水文特點;同時仔細分析勘察資料,若發現勘察資料不全,應及時向業主反映,要求安排補充勘察。

(2)參與到方案評審各環節。聯絡通道施工屬于危險性較大的分部分項工程,其設計、施工方案需經過專家評審。認為方案評審只是設計和施工方的事情而與監理無關的觀點是錯誤的。監理應積極參與到方案評審過程中,參加評審會議,準確領會專家對方案的評審意見;評審結束后,及時組織有關單位逐條討論如何落實評審意見,并監督落實情況。

(3)重視對分包方的審查與考察。聯絡通道施工由于專業性較強,通常分包給專業單位施工。監理除了對分包單位的資質、業績、現場管理人員資格等進行必要審查外,有條件的應對分包單位在建類似工程進行實地考察,了解分包方的管理水平和實際能力。

(4)有針對性地審批專項方案。監理對專項方案的審批,除了對施工方案的程序性、符合性審查外,應注意專家評審意見在方案中有無具體內容體現;對現場環境特別復雜的工程,還應報請監理上級技術負責人一起會審。

(5)監理工作交底不容忽視。為確保工程順利實施,監理應就監理規劃和專業監理實施細則對總包方交底,再由總包方向分包方交底,形成二級交底制度,使總包與分包方清楚監理管理的要求、程序、重點等關鍵內容。同時監理人員也要加強對開展監理工作的指導性文件的學習,由參與編寫的人員向未參加編寫的監理人員內部交底,確保監理工作能按照指導性文件具體操作。

(6)督查應急準備狀況各環節。監理需審查應急預案編制的針對性、可操作性,如果有條件,可督促承包方進行演練;檢查承包方建立、健全現場的應急管理體系;督促檢查應急預案中人員、物資、設備在現場的實際落實情況,逐一核對,避免遺漏。對于未放在現場的應急材料或設備,必須要明確存放地點和聯絡方式。

(7)全面檢查開挖是否具備條件。督促檢查承包方充分做好開挖前的各項準備,包括技術、材料、人員、設備、監測等各方面的準備;召開關鍵部位施工條件驗收會議,評估承包方各項準備工作完成情況,對是否滿足開挖條件作出監理的判斷,對不滿足開挖條件的工程,要敢于表達監理的立場,簽發必要的監理指令,待開挖條件全部具備后再批準開挖。

(8)專項方案實施的動態監督。按照“施工方案一經審批,不能隨意調整”的原則,監理應加強對方案執行情況的監督檢查。首先,各級監理人員都要熟悉、掌握經批準的施工方案中工藝流程、施工步驟、技術要點等關鍵內容;其次,加強巡視監督,如果發現承包方擅自調整施工方案,要及時簽發監理指令予以制止。

(9)對關鍵檢測工作現場見證。對土體加固效果的檢測在聯絡通道的施工中十分關鍵,一般設計會提出加固后土體強度要求(如深層攪拌法可通過鉆芯取樣進行檢測),此外還可以采取開挖前對加固土體打探孔作為輔助檢驗手段,檢查有無涌水涌砂的異常情況。以上檢測工作監理均應現場見證,以確保檢測工作的準確性、真實性。

(10)對暗挖全過程旁站監督。暗挖施工是聯絡通道風險最高的施工環節,在該階段應配置足夠的監理人員輪流值班,現場監督開挖方案執行狀況,做好原始的旁站工作記錄,如實反映施工實際狀況。若發現承包方存在違規行為要及時遏止,發生工程險情要及時匯報,并監督承包方按照擬定的處置措施處置險情。

(11)動態掌握和分析監測數據的變化。監測手段是確保聯絡通道安全施工的眼睛,監理應動態分析監測數據變化值與變化趨勢,當次變量或累計變量超過報警值或數據變化比較異常時,要及時組織有關方召開專項分析會議,找出原因,制定處理措施,不能存在僥幸心理。

[1]楊志鳴.市政工程施工安全技術[M].上海:同濟大學出版社,2006.

[2]中國建設監理協會.建設工程監理概論[M].北京:知識產權出版社,2007.

Risk Management of Metro Tunnel Communication Passage on Soft Soil

Jin Lei

Because of the special geological and hydrological environment of soft soil,the construction of metro tunnel communication passage is full of risks,and therefore attracts more and more attention on the project safety.This article introduces the engineering risk,analyses the causes of accidents occurred in the engineering to intensify people's acquaintance of risk,and disusses how to deal with the accidental risks on the practical engineering projects.The author suggests that effective supervision and countermeasures must be taken for the construction of communication passage.

tunnels in soft soil;communication passage;risk;supervision countermeasures

TU 712+.2:U 453.4

2008-07-15)