地鐵車站安全風險分析

池洪軍

1 概述

隨著我國地鐵建設的迅速發(fā)展，近幾年地鐵建設中安全事故時有發(fā)生，因此建設過程中的安全問題已成為全社會關注的焦點之一。特別是地鐵車站，結構規(guī)模大，施工工序復雜，工程周邊建(構)筑物及管線等環(huán)境條件復雜，是地鐵建設過程中風險偏高的工程。因此，地鐵車站施工安全成為地鐵建設安全防范的重點。如何做好地鐵車站風險點排查與風險控制，提高工程建設過程中的安全風險控制水平，防患于未然，成為地鐵建設者面臨的重要問題。本文結合一些工程實例，談談地鐵車站結構建設中常見風險點及其控制措施。

2 風險分析

2.1 地鐵車站結構風險事件

1)環(huán)境風險事件:車站基坑開挖引起臨近的建(構)筑物變形過大、開裂、倒塌，地下管線破壞，市政道路或橋梁變形過大、開裂、限制或禁止通行、坍塌，地面過大隆沉、塌陷、列車限速或停運、地表水灌入基坑等。2)不良地質風險事件:軟土地區(qū)基坑底部地基承載力不足、基坑內(nèi)被動土壓力區(qū)壓縮破壞，黃土地區(qū)黃土濕陷性、既有空洞、陷穴、飽和軟黃土，灰?guī)r地層基底溶洞等。3)技術方案、施工措施風險事件:明挖車站基坑支撐體系變形過大、傾斜、掉落，基坑周邊土體滲水、流砂、開裂、滑移、坍塌，管涌、突涌、基底隆起等。暗挖車站支護結構變形過大、傾斜、斷裂、滑移、倒塌，掌子面突水、涌砂、坍塌，冒頂，圍巖松動、側壁失穩(wěn)，洞底隆起等。

2.2 引發(fā)風險事件的原因分析

地鐵施工中對環(huán)境風險控制不當，出現(xiàn)風險事件主要原因就是地鐵車站設計、施工前，對車站周邊環(huán)境調查不夠全面、詳細，采取的防護措施強度不夠。其次是勘察資料深度不夠，提供的地層參數(shù)可靠性不夠，未能提醒設計單位應對不良地質條件、特殊性巖土高度重視。建設過程中參建各方對風險認識不夠，措施不當，沒有相應的應急預案。

3 工程實例中對風險事件的控制措施

3.1 設計單位對風險的控制

首先是設計單位在技術上采取了規(guī)避風險的措施。設計單位首先要分析環(huán)境風險因素，深入了解周邊環(huán)境因素。調查建(構)筑物結構形式、基礎形式、基礎埋深，設計允許沉降量、沉降預警值和沉降觀測資料等內(nèi)容。針對周邊結構允許沉降量采取相應的架構處理措施，控制風險。其次是對工程地質風險因素的分析，應從特殊性巖土、勘察資料深度及可靠性、對工程施工的不利地質條件等方面進行有效控制。設計之前要查明存在的不良地層，針對不良地層，采取避讓、改良、加固等措施進行處理，規(guī)避和控制施工安全風險。

1)工程實例1。西安地鐵三號線金花路站對環(huán)境風險因素控制措施。

金花路站是西安市地鐵一號線與三號線的換乘站。一號線車站設置于東二環(huán)高架長樂橋以西，長樂路下方，一號線車站沿東西向于路中偏北布置;三號線車站設置于東二環(huán)高架長樂橋以西，金花北路下方，三號線車站沿南北向于路中偏西布置。三號線車站東側近鄰長樂橋橋樁。長樂橋為西安市東二環(huán)高架橋的一部分，該橋位于金花北路與長樂路的十字路口處，橫跨長樂路，沿金花北路南北向布置。長樂橋橫跨長樂路的部分為連續(xù)梁橋，跨度45 m;鄰接該連續(xù)梁的是橋跨約為30 m的簡支梁橋。

經(jīng)全面細致的調查橋樁資料，通過分析，制定了如下防護方案:

a.車站基坑分期開挖，減小對長樂橋的影響范圍;在臨近橋樁一定范圍內(nèi)，基坑內(nèi)支撐加密，有效控制基坑側向變形，減小基坑開挖對橋樁的影響。b.基坑開挖前，進行地面袖閥管注漿加固橋樁周邊土層，減小土體損失的后期變形;地面袖閥管注漿時應避開濕陷性黃土土層范圍，防止注漿引起土層濕陷，對橋樁帶來不利影響;當監(jiān)測結果出現(xiàn)異常時，及時進行補充注漿。c.橋上保護措施:橋墩處架設臨時支頂并放置千斤頂，施工時嚴密監(jiān)控橋樁沉降，隨時調整橋面高程，維持橋樁處于目前的穩(wěn)定狀態(tài);對需抬高的支座及時采取措施抬高，對產(chǎn)生滑移的支座及時恢復原位。經(jīng)過預先對風險因素的有效控制，本工程實施過程措施得當，對橋樁保護取得了預期效果，防護措施有效。

2)工程實例2。西安市地鐵一號線萬壽路站針對濕陷性黃土地層采用的應對措施。

西安市地鐵一號線萬壽路車站位于萬壽路與長樂中路的交叉路口西側。地表一般均分布有厚薄不均的全新統(tǒng)人工填土();其下為上更新統(tǒng)()新黃土、()古土壤;再下為中更新統(tǒng)()老黃土、沖積()粉質黏土、沖積粗砂等。其中③-1-1層黃土、③-2-1層古土壤及④-1-1層老黃土為濕陷性黃土，濕陷性土層在場地內(nèi)連續(xù)分布。厚度24.6 m～25.6 m，濕陷土底部為④-4層粉質黏土頂面。

本站所處地層濕陷性黃土分布范圍較深，如果按照正常地下兩層或者三層站設計，車站結構底板將位于濕陷性黃土③-2-1古土壤及④-1-1老黃土層，這樣會造成地基處理造價增加，同時，也增加了運營期間結構可能因地基不均勻沉降而產(chǎn)生的結構開裂等安全隱患。針對本站不良地質分險因素，為有效控制不良地層給結構帶來的風險，本站設計方案采用了地下四層站結構，通過降低線路標高，加深結構的方式，使底板結構位于④-10圓礫土及④-4粉質黏土層，避開了濕陷性黃土，有效規(guī)避了不良地質引起的造價風險、施工及運營期間的結構安全風險。

3)設計單位對技術方案風險因素分析時，還要注意人為因素風險。人為因素風險即設計人員計算時采用的計算模型，未能很好反映結構的實際受力情況，或者未能全面考慮結構所承擔的附加荷載。為有效控制人為風險因素，設計單位應加強設計過程的質量控制，按照程序文件要求，做好各級復、審核工作，使設計文件質量真正經(jīng)過了多道把關。

針對技術方案不當?shù)娘L險，目前已有很多地方采取了針對性很強的處理措施。例如軟土地區(qū)，為了保證基坑穩(wěn)定，對基坑內(nèi)部被動土壓力區(qū)采取地基加固、加大圍護結構嵌固深度等措施。武漢地區(qū)還將基坑內(nèi)被動土壓力區(qū)強度指標作為基坑穩(wěn)定性分析的重要安全指標之一。

3.2 施工單位是工程安全風險控制最前沿也是最重要的一個環(huán)節(jié)

施工過程中主要存在施工單位未嚴格按照設計要求施工、施工前對周邊管線及建(構)筑物基礎資料核查不詳細、施工措施不當、施工管理不嚴等方面的風險因素。

近年來，各地地鐵施工過程中安全事故時有發(fā)生，根據(jù)事故分析，很多事故都是施工人員環(huán)境意識薄弱，對工程周邊環(huán)境和結構物的影響控制不力引起。施工單位進場后，沒有對工程區(qū)域內(nèi)地下管線、既有洞穴、溶洞、人防洞室等進行詳細勘測并準確確認其位置，導致施工過程中發(fā)生突發(fā)事件。特別是暗挖車站掌子面突水、涌砂事件的發(fā)生，很多是由于未探明的水管道開裂或者長時間滲漏形成水囊引起。施工單位未能按設計圖紙要求的支護參數(shù)、施工工序、工序間隔進行施工，施工管理人員存僥幸心理，針對施工揭露的地層情況，削弱技術措施，或者為了趕工期，避免施工干擾，推遲襯砌施工時間，甚至擅自減少超前支護措施等，最后導致安全事故發(fā)生。

1)近年來各地地鐵施工中典型事故案例:

案例1［1］:2005年3月15日，北京地鐵4號線與10號線換乘站黃莊站發(fā)生路面塌陷事故，經(jīng)調查該區(qū)域污水管線較多，因管線施工土體回填不密實及管線長期滲漏等原因，形成較大地下空洞及水囊(見圖1);同時，施工降水和地層擾動破壞了不良地層結構的受力狀態(tài)及其周圍土體的穩(wěn)定性，加之路面交通荷載作用最終導致了大范圍路面塌陷。

案例2［1］:2005年11月30日，北京地鐵10號線熊貓環(huán)島奧運支線站主體基坑坍塌，由南側迅速開始發(fā)展，最終造成基坑東、南、西側圍護樁均相繼倒塌，周邊電纜裸露懸空，燃氣管線外露，自來水管、污水管及多根電纜管線彎曲斷裂(見圖2)。其主要原因由于污水管長期滲漏形成水囊，對土體長期浸泡進而嚴重破壞土體穩(wěn)定，降低土體強度，同時包含基坑周邊堆載過量等人為因素的影響，造成此次嚴重破壞。

案例3:2008年1月17日下午3:00，廣州珠江大橋引橋下的雙橋路旁邊花圃內(nèi)的地面突然下陷，出現(xiàn)一個面積大約100 m2的大窟窿，深約5 m。事故沒有造成人員傷亡。據(jù)了解，此次事故是地鐵5號線大西盾構區(qū)間二號聯(lián)絡通道在施工中，突然涌水發(fā)生塌方導致。

案例4:2008年11月8日下午5:30左右，位于南京江寧區(qū)龍眠大道的地鐵一號線南延線第15標段發(fā)生箱梁支架坍塌事故，7名工人被大量支架及沙袋壓在下面，經(jīng)過相關部門搶救，7名工人被先后救出，均不同程度受傷。

2)通過以上事故分析可以看出，施工人員的安全意識不強及施工現(xiàn)場的管理力度不夠，是施工階段的主要安全隱患和風險源。通過這些事故給我們的慘痛教訓，在目前地鐵工程大規(guī)模建設和技術人員人力嚴重不足的嚴峻情況下，施工單位更應該做到以下幾點:首先是根據(jù)設計圖紙，認真做好環(huán)境調查和復核工作，并根據(jù)實際情況制定合理的控制標準和防范風險源應對措施。其次，施工單位應加強施工現(xiàn)場管理，加強對施工作業(yè)人員技能培訓及安全教育培訓，通過風險事件的教育，使大家認識在任何一個很小的施工環(huán)節(jié)發(fā)生疏漏，都可能導致大的安全事故發(fā)生。

3.3 建設單位、監(jiān)理單位及第三方監(jiān)測單位共同做好地鐵建設安全風險控制工作

地鐵車站施工過程中，建設單位應及時了解現(xiàn)場施工情況，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場存在安全問題及安全隱患時，及時提醒監(jiān)理單位及施工單位，必要時要求現(xiàn)場暫停施工。監(jiān)理單位須做好其本職工作，督促檢查施工單位必須嚴格按設計圖紙施工。對每道施工工序按設計圖紙及規(guī)范要求進行驗收，對規(guī)范中要求監(jiān)理旁站的關鍵部位、關鍵工序、關鍵作業(yè)進行全過程旁站。第三方監(jiān)測單位須嚴格按監(jiān)測合同對基坑實施監(jiān)測，按要求頻率采集地表沉降量、樁體傾斜、樁體鋼筋應力、鋼支承軸力、樁頂位移、支護結構變形、支護結構傾斜等監(jiān)測數(shù)據(jù)，當發(fā)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)接近或超過設計允許值時，及時告知施工單位并共同分析原因，選擇相應措施;當發(fā)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)接近預警值時，及時通知參建各方，要求現(xiàn)場暫停施工，現(xiàn)場施工人員迅速撤離現(xiàn)場。

4 結語

風險控制是一個系統(tǒng)工程，需要參與地鐵建設的各個單位都要有足夠的重視，建設過程中的各個環(huán)節(jié)都不能放松。為有效的控制地鐵車站施工安全風險，首先要從勘查、設計階段引起足夠重視。勘查階段要查明工程區(qū)域存在的軟弱地層、特殊地層、地下空洞等不良地層。設計階段通過合理的計算分析，給出安全可靠的技術方案。施工階段，施工單位應認真重視各個風險點，嚴格按照設計要求施工，同時加強施工管理，提高施工技術水平，增強施工人員安全意識，防患于未然。通過對地鐵車站結構全過程的風險控制，地鐵建設過程中的安全事故就會大大減少。

［1］ 候艷娟，張頂立，李鵬飛.北京地鐵施工安全事故分析及防治對策［J］.北京交通大學學報，2009，33(3):23-24.

［2］ 梁大慶.淺談鐵路及公路施工中的主要風險因素［J］.山西建筑，2010，36(5):207-208.