深圳地鐵二期工程建設期安全事故分析

楊 晨，張佐漢

(中國鐵道科學研究院，北京 100081)

深圳市地鐵二期工程自2005年開工建設到2011年正式運營的6年時間里，5條線路先后開工建設，最終建成車站131個、車輛段5個、停車場2個、主變電所7個，軌道交通線路長度156.5 km，取得了舉世矚目的建設成就。然而建設期間一些安全事故的發生，特別是那些本可避免的安全事故，不僅使工程建設蒙受了相當大的損失，也給深圳的軌道交通事業帶來了負面的影響。如何發掘事故發生的特有規律，如何在已有事故的基礎上分析事故致因，如何把已有的經驗教訓轉化為管理方法，這些問題的研究都將對今后全國的地鐵工程建設產生積極作用。

1 深圳地鐵二期工程安全事故分析

1.1 建設期安全事故

據不完全統計，深圳地鐵二期工程建設過程中，共發生安全事故43起，10人受傷，20人死亡。其中，2005年1起，無人員傷亡;2007年2起，無人員傷亡;2008年7起，2人受傷，7人死亡;2009年19起，3人受傷，9人死亡;2010年1起，1人受傷，1人死亡;2011年3起，4人受傷，3人死亡。可見，地鐵工程的安全事故易發、多發且損傷慘重。

1.2 事故的主要類型

事故發生的類型如表1所示。而在這43起建設期安全事故中，坍塌事故與沉降事故各發生20起和7起，分別占到事故總數的46.5%和16.3%，是地鐵工程建設過程中最容易發生的兩類安全事故。

坍塌事故是指受到地鐵建設影響的建筑物、構造物、堆置物、地層、土石方等因設計、堆置、擺放或施工不合理而發生的突然性垮塌或倒塌，從而造成人員傷害或工程損失的事故［1］。它包括地鐵自身主體結構的垮塌，周邊建(構)筑物、土石方的倒塌，以及周邊地層的塌陷等。沉降事故主要是指在地鐵工程基坑開挖或者隧道掘進過程中，因土體、水體受到擾動，周邊建筑物、構筑物、地層等的沉降超過一定閾值所引發的損害事故。地下工程在施工的過程中，圍巖受到擾動在所難免，只要控制圍巖變形的速度和大小，就能很好地保證結構自身及周邊環境的安全。

地鐵工程中，坍塌事故可能會引起沉降事故，而沉降事故若任其發展也可能會轉變成坍塌事故。如在礦山法施工過程中，若未對掌子面進行注漿預加固，就極有可能發生掌子面的垮塌，威脅隧道結構的安全，擾動上部地層引起周邊建(構)筑物的不均勻沉降，發生沉降事故。如果不及時進行加固處理，建筑物也有可能因為不均勻沉降過大而開裂、垮塌。從坍塌和沉降事故的影響來看，此類事故能夠造成結構自身的破壞，周邊建筑物倒塌或開裂，地面塌陷和管線破壞等破壞性后果，屬能夠造成嚴重人身傷害和較大經濟損失的事故類型。在地鐵工程建設過程中，應嚴防坍塌與沉降事故的發生。

1.3 事故發生的主要階段

地鐵工程在施工過程中需要用到多種施工工法，如地下車站有明挖法、暗挖法等，地下區間有盾構法、暗挖法、沉管法和明挖法等［2］。明挖法都需要對基坑進行支護以抵抗開挖過程中的土、水壓力，支護結構的形式也是多種多樣，有支護樁體系、地下連續墻體系、土釘墻體系等。各種工法都需要采用輔助工法對不良土體進行預加固，避免開挖或挖掘作業過程中土體與地下水受到侵擾而降低強度、喪失穩定性。輔助工法也很多，注漿、高壓旋噴、攪拌、冷凍等是經常采用的工法。高架線屬于結構工程，采用的工法以預制架設、滿堂支架現澆和節段法拼裝或現澆為主，輔助有架橋機、支架體系、掛籃、塔吊等臨時承重結構與設備。

表1 深圳地鐵二期工程安全事故類型

地鐵工程建設期安全事故的發生主要集中在基坑工程開挖、盾構隧道推進、暗挖隧道掘進、高支模施工等階段。對基坑工程、盾構推進、隧道暗挖、高支模施工這4個階段進行分析可以有效地預防事故的發生，如圖1所示。

圖1 地鐵工程主要工法及主要風險源(粗線框為主要風險源)

2 主要問題分析及對策

2.1 基坑工程問題分析與對策

基坑工程事故主要有以下3類:①基坑邊堆載體失去穩定，滑坡流入基坑，造成基坑被填埋或者局部支護結構被破壞而垮塌;②基坑支護強度、剛度不足引起基坑失穩，這種情況有設計的原因，大多是不按設計要求施工造成的;③基坑工程在施工過程還有可能對周邊環境產生破壞性的影響，如土方開挖時若基坑變形過大、圍護結構滲漏水可能會導致周邊地下水水位降低，建筑物沉降、傾斜、開裂，市政管線損壞，地面沉降，道路塌陷，交通受阻或中斷等。

解決基坑工程問題的對策:①保證維護結構的施工質量，嚴把各分項工程的質量驗收，確保基坑不滲水、不漏水;②控制基坑周邊堆載，控制土方堆載高度及起重吊裝荷載的校核;③控制土方分層開挖、及時架設支撐體系;④加強對地下水位變化、基坑及周邊變形的監測，做到信息化施工。

2.2 盾構推進問題分析與對策

盾構在穿越復雜地層、節約工期、控制沉降等方面有著較大應用空間，是目前地鐵工程建設過程中經常用到的施工工藝。其在推進過程中所發生事故的主要類型是:地面的隆起和沉降、管線的破裂、周邊建筑物的不均勻沉降以及襯砌管片的開裂和錯臺等事故和病害。這往往是由于盾構在選型和掘進過程中對周邊地層地質和水文條件的狀況了解得不夠清楚，沒有及時地采取措施來調整掘進參數或加固，以改變周邊地層的水文和地質條件［3］。

解決盾構推進問題對策:①應詳細掌握地質水文情況，對盾構機的選型做重點研究，重視盾構機進場的設備完好性;②地層預加固是保證盾構始發、到達、穿越不良地質與建筑物等的重要措施，應分段進行研究，并提前實施;③換刀具是不可避免的，在預見或未預見到的更換地點進行地層加固;④盾構隧道只設一道襯砌，管片錯臺、開裂、接縫滲水是不可接受的質量問題，發現問題應及時處理，不留隱患;⑤施工操作人員的水平與經驗很重要，重視進場人員的資質檢查。

2.3 隧道暗挖問題分析與對策

暗挖隧道掘進事故多是由于掌子面的開挖造成周邊土體的擾動，而發生一定程度的沉降導致周邊雨水、污水管線斷裂，進而引發涌水、涌泥事故，更嚴重者會導致地面坍塌、周邊建(構)筑物損壞。

暗挖隧道掘進問題對策:①對市政管線的調查很重要，如果掌子面上方有雨、污水管線，應高度重視，分析存在的可能風險;②市政雨、污水管線是承插口連接，存在滲漏水的現象是不可避免的，管下地層受水浸泡、含水率高，強度大幅度降低，應判斷是否采取地層預加固措施(注漿);③對加固的土體應進行原位試驗以檢驗加固效果;④應加強對地層的監測工作，數據應及時反饋，發現問題及時解決。

2.4 高支模施工問題分析與對策

地鐵工程高架線施工過程中，事故主要是支架、模板的垮塌。這類事故造成的損傷比較大，往往是群死群傷事故，應予以高度重視。支架、模板工程一般都是由施工單位自行組織設計，經監理單位審核后，方可組織施工。但是由于其設計水平、設計手段的制約，設計深度不夠、不細，而監理單位由于自身水平的限制不易審查出問題，這樣就容易導致操作人員的理解偏差，造成安全事故。在施工檢查驗收方面，只要求強度、剛度滿足要求，至于怎么做到并沒有詳細的規定。

高支模施工問題對策:①對于施工單位自己設計的臨時結構工程，應給予嚴格的審核，審核臨時結構的剛度、強度滿足要求，對于不滿足要求的，應要求其將設計任務交給有資質的設計單位;②設計的深度和細度應能夠滿足指導施工的需要，避免操作人員理解上的誤差;③對支模材料、桿件、連接以及安裝進行檢查與驗收，落實規范規定的強度和剛度滿足要求，對于工廠制造的，應駐廠監造、進場驗收，對拆、裝移動式的，每次使用前均應進行安裝驗收。

3 建設期安全事故深層原因分析及對策

3.1 事故發生的根本原因分析

通過對基坑工程、盾構推進、隧道暗挖、高支模施工這幾個地鐵工程安全事故易發階段的主要問題分析，不難發現，地鐵工程安全問題，尤其是造成群死群傷的安全問題，實際上都是是施工質量問題，大都是臨時結構工程或地層預加固(輔助工法)的施工質量問題。發生的安全事故無一例不是施工質量達不到設計、規范、或應有的標準所造成的，重視臨時結構工程、地層預加固(輔助工法)的質量問題，安全工作才可能有保障［4-5］。

3.2 輔助工法問題分析

地鐵工程輔助工法主要是對地層的預加固，通過攪拌、旋噴、冷凍等化學、物理方法對土體進行加固，以降低開挖對土體的擾動。一類是在土中混合添加固化劑(化學法)，提高土的強度與密實度，從而抵抗開挖面的土壓、水壓。另一類是采取物理方法將土水固化、排水以抵抗開挖面的土壓、水壓，如冷凍法、排水固結法等。加固的土體一般應具備以下兩個方面的要求:首先，加固土應有一定的強度，一般單軸無側限抗壓強度為0.3～1.0mPa，強度也不宜太高，否則在開挖時增加了施工難度;其次，加固土應有一定的抗滲能力，根據開挖面的深度、土層性質、水位高度等確定標準值，一般地鐵地層加固后開挖面深，如標準太高無法滿足，則應采取降水的輔助措施，以減低所面臨的水壓要求。

地鐵工程的安全事故大多數都是因輔助工法的施工質量滿足不了要求，在后續開挖或掘進過程中抵抗不了開挖面的土壓、水壓而發生的。發生的質量、安全事故分為兩類:一類是認識到了但加固土體積不夠或加固效果不好所產生的，其中該實施而未實施、或實施了而不全面的屬于人為因素;實施了但效果達不到要求的屬于管理因素。另一類是沒有認識到需要進行加固，屬于風險沒有預見到，屬于超人為因素。

3.3 臨時承重結構問題分析

地鐵工程中，臨時承重結構包括橋梁墩柱模板、就地現澆梁支架模板、預制梁安裝整套設備、掛籃施工整套設備、橋梁施工臺車、暗挖隧道二襯臺車、豎井提升裝置、塔吊、龍門吊、鋼支撐系統、盾構始發承力架、重疊隧道的支撐架及其他臨時承重結構等。

地鐵工程安全事故少部分發生在臨時承重結構。這類問題主要是臨時結構在設計、施工過程中出現了問題。工程的質量驗收工作只對永久結構工程做了詳細的要求，分控制性指標和一般性指標進行驗收，而對臨時結構工程卻沒有相關的規定，臨時承重結構不能夠按照“完成一項驗收一項”的原則組織驗收，安全風險積累到一定程度，就容易發生安全事故。

3.4 解決對策

1)對輔助工法的施工質量進行控制。要注意以下幾點:加固土的體積(長、寬、深)應根據土體性質、環境要求、開挖面規模等，通過設計計算確定，確保抵抗開挖面的土壓、水壓。加固效果必須通過原位試驗進行檢驗，一定要采取鉆芯取樣檢測的方式，對土體鉆芯取樣做強度、抗滲和土工試驗，試驗時見證送檢。另外，打設探孔、埋設測點進行觀察，對加固土體的均勻性進行輔助檢查。由于開挖施工周期長，試驗與觀測應是較長時間的監測，應貫穿于施工的整個過程。

2)強調臨時結構工程必須按永久工程進行設計、施工與驗收，合格后方可進行下道工序的施工。

3)在施工方案審查中，除了對施工方案本身審查外，還要對施工環境是否進行了詳細調查，是否采取了針對性的施工措施進行審查。

4)重視重點工序開工前的審查，如基坑開挖前和開挖下層土方前、暗挖隧道進洞開挖前、盾構始發前、墩柱澆筑混凝土前的模板系統、現澆梁板安裝鋼筋前和澆筑混凝土前的支撐系統、橋梁擋板澆筑混凝土前的模板系統、每節段澆筑混凝土前的掛籃系統、澆筑二襯混凝土前的臺車安裝、進場施工前的圍擋等。審查各分部分項工程開工前檢查是否都合格;是否還需要采取其他施工措施來保障工序的安全。

5)跟進工程驗收，完工一道工序驗收一道，完工一個分部分項工程驗收一個。驗收時，應有試驗數據作為驗收的依據。對土層預加固必須有原位試驗，合格后方可進行后續施工。

6)預控是重點，過程控制是著落點。

7)熟悉設計、了解環境、明確合格標準、及時檢查與驗收，應貫穿于施工工作的全過程。

4 結論

1)深圳地鐵二期工程建設期間，發生的安全事故主要類型是坍塌和沉降，分別占到事故總數的46.5%和16.3%。

2)地鐵工程建設期安全事故大多集中在基坑工程施工、盾構推進、隧道暗挖、高支模施工這幾個施工階段。

3)地鐵工程安全問題，尤其是造成群死群傷的重特大安全問題，實際上都是施工質量問題，大都是臨時結構工程或地層預加固(輔助工法)的施工質量問題。發生的安全事故無一例不是施工質量達不到設計、規范、或應有的標準所造成的，重視臨時結構工程、地層預加固(輔助工法)的質量問題，安全工作才可能有保障。

［1］周志鵬，李啟明，鄧小鵬，等.基于事故機理和管理因素的地鐵坍塌事故分析［J］.中國安全科學學報，2009，19(9):139-145.

［2］賀少輝.地下工程［M］.北京:清華大學出版社，2008.

［3］張志偉，賈艷敏，趙艷娟.地鐵盾構法施工事故預防及處理措施［J］.鐵道建筑，2010(11):50-53.

［4］李永永，黃志義，王景春.小凈距公路隧道施工安全模糊層次綜合評價方法研究及應用［J］.鐵道建筑，2011(2):60-63.

［5］楊忠，孫瑞海，王成，等.新建鐵路隧道施工安全監控技術［J］.鐵道建筑，2010(11):36-39.