我國地鐵工程建設安全風險控制及管理研究

金 龍

（上海建科工程咨詢有限公司，上海 200030）

0 引言

自1965年我國首條地鐵在北京開工建設以來，短短 50 余年間，我國地鐵工程建設發展之快速、規模之宏大，在全球范圍內亦屬罕見。因地鐵工程具有施工周期長、周邊環境復雜、不可預見因素多等特點，安全事故頻繁發生于施工現場，施工安全問題越來越突出。例如，上海地鐵 4 號線管涌、北京地鐵 10 號線工地地面坍塌、廣州地鐵 4 號線塌方、南京地鐵 2 號線滑坡等。地鐵工程建設事故一旦發生，往往是特、重大事故，不僅要承擔巨大的經濟損失，還將帶來嚴重的不良社會影響。

地鐵工程作為一項高風險建設工程，亟需對其施工過程中的安全風險控制及管理進行深入研究。國外方面，美國、歐洲等正積極開展安全風險管理在地下工程中的應用研究；自 2004年以來，國際隧道協會每年年會的主題均圍繞安全、費用與風險展開；風險管理的應用更是與項目管理日趨結合。國內方面，安全風險管理的研究與實踐起步都比較晚，目前相關研究主要集中在風險分析和評估方面，對于建設過程中的安全風險控制及管理缺乏深入研究。

1 我國地鐵工程建設安全現狀分析

1.1 安全事故統計

據統計，歷年來在我國各行業中，土木工程領域安全事故傷亡人數僅次于道路交通事故和煤礦事故。而在土木工程領域，房建工程的事故及傷亡數最多，地下工程緊隨其后，可見地下工程建設安全形勢十分嚴峻。

目前，我國統計部門尚無專門的地鐵工程建設安全事故統計數據庫，雖然國家住建部事故快報網于 2012年起對發生死傷事故的相關案例進行了整理，但對于零傷亡事故并未記載。經過收集資料發現，東南大學的鄧小鵬、李啟明等人統計了 1999年至 2008年間國內 126 起地鐵施工事故案例；李皓燃、李啟明等統計了 2002年至 2016年3月間國內 246 起地鐵施工事故案例。雖然已有研究并不全面，但可以以此為基礎，從不同角度對這些具有代表性的事故案例進行進一步分析，從而探索我國地鐵工程建設事故發生的規律。

1.2 安全事故現狀分析

1.2.1 按施工方法分析

對地鐵工程建設采用的不同施工方法進行統計分析發現，在地鐵工程施工最常用的施工方法中，明挖法發生的事故最多，其次是盾構法。這兩類工法因使用率高且本身風險較大，其事故發生率占全部地鐵事故的 80%以上，一定程度上說明了采用明挖法和盾構法施工時施工風險較大、安全問題突出，因此應重點研究其相應的施工安全風險控制對策。

1.2.2 按事故類型分析

對地鐵工程建設過程中發生的事故類型進行統計分析發現，坍塌（包括深基坑坍塌、周邊路面及建筑物坍塌、模板支撐失穩坍塌）、水害（包括涌水/泥、突水/泥等）、火災、機械傷害和物體打擊均是發生頻率較高的事故類型。其中，坍塌與水害作為原生安全事故，兩者之間存在密不可分的聯系，且發生以后容易引起其他一連串的次生安全事故。因此，充分考慮水患的風險控制對地鐵工程安全施工極為重要。

1.3 事故原因分析

有學者從主客觀上對我國地鐵工程建設安全的嚴峻形勢進行了分析，認為引發地下工程事故的直接原因中，約 22% 為客觀原因，37% 為主觀原因，另外 41% 為主客觀共同原因。

1.3.1 主觀原因分析

主觀原因包括：①政府相關監管部門監管責任缺失、以罰代管，對獻禮或政績工程任意規定工期；②施工方以包代管、違法轉包，主要管理人員未按要求到崗履職，施工人員違規操作、無證上崗、安全意識淡薄，施工方案針對性不強；③監理方未及時發現問題，責任心缺失；④建設方違規發包，招標條件不嚴，搶工期，造價偏低導致安全設施投入不足；⑤設計圖紙存在缺陷，勘察資料不齊全等。

1.3.2 客觀原因分析

客觀原因包括兩方面。一方面，我國地鐵工程建設規模大、發展速度快，地鐵工程技術和管理力量難以充分保證，管理人員存在青黃不接的問題，他們經驗不足，對于不良工程地質及水文地質環境中的諸多不可預見因素及其他風險認識不深，項目管理水平參差不齊；再加上工期緊張，如 3～4年建成一條長達 20～30km 的地鐵，導致前期工作不充分，勘察設計資料準備不足，且施工期間忽視安全問題，任意刪減施工中的安全步驟和措施。另一方面，復雜的工程地質及水文地質環境是造成坍塌、塌方、涌水/砂、突水等主要事故類型的環境因素，因此，提前查明復雜的工程地質及水文地質環境并及時防治是城市地鐵工程建設面臨的巨大挑戰。

2 我國地鐵工程建設典型風險控制措施

2.1 涌/突水、突泥風險控制

涌/突水、突泥是地鐵隧道施工過程中經常遇到且危害嚴重的工程地質現象。涌/突水的發生，輕者填塞坑道、掩埋設備，重者造成人員傷亡。通過對我國地鐵工程建設事故案例分析發現，涌/突水、突泥的發生大多與不良的水文地質條件和地質缺陷有關，且事故發生前都有從量變到質變的表象可尋，因此進行超前地質預報并對地下水補給狀況進行預判十分重要。

2.1.1 不良地質超前預報及前兆識別

目前，超前地質預報有地質分析法、物探法、鉆探法等多種方法，可根據距離遠近采用不同方法。例如，掌子面鉆機超前水平鉆孔可預測 15～20m 短距離范圍，地質雷達技術可預測約 50m 中等距離范圍，TSP 技術可覆蓋 100～200m 長距離范圍。在隧道施工過程中，地下暗河、巖溶、斷層破碎帶等不良工程地質通常會出現某些前兆標志，如出現節理或反傾節理、巖層牽引褶皺、壓裂巖，或頻繁出現小溶洞，以及巖石強度明顯降低，圍巖潮濕、泥化或疏松、變暗等等，為前兆識別提供了依據。

2.1.2 施工信息化動態監測

在實際施工中，可以利用超前探孔采樣觀察攜帶物情況，利用收斂計監測初期支護及圍巖穩定性，利用水壓計和水量計測量水壓及水量情況。在開挖面通過前和開挖面通過后，分別對水壓、水量、水質、初期支護及圍巖穩定性進行監測。

施工中應進行信息化動態管理，將中長期預報和地質災害臨前預報相結合。對于難以預見的水患風險，應提前做好突發性集中突涌水/泥的應急預案。

2.1.3 風險發生時的控制方法

施工時發生涌水，主要應以疏導為主。當涌水量不大、涌水壓力較小時，可適量排放、以排為主，局部進行超前小導管周邊預注漿或深孔周邊注漿；當地下水排放較多，可能對周邊環境造成較大影響時，可采用超前注漿、帷幕注漿和徑向注漿等技術進行堵水，并應以堵為主、限量排水。

2.2 盾構法施工風險控制

盾構法施工主要風險點包括盾構進出洞施工、盾構穿越市政管線施工以及聯絡通道施工等。

2.2.1 盾構進出洞施工

盾構進出洞施工是盾構始發至貫通過程中最關鍵、最需關注的風險點，在利用盾構法施工的地下工程建設項目中有超過 70% 的事故發生在此階段。

在盾構進出洞施工過程中，需重點關注進出洞端頭地層的加固方案、密封止水裝置以及盾構進出洞姿態控制等。進出洞端頭地層常通過高壓旋噴、攪拌樁或凍結法提前進行加固處理，在確定洞門外的土體強度足夠且防水后，方可進行進出洞外圍護結構施工。因此，在盾構推進中應及時采取有效措施防止盾構基座發生變形。進出洞過程中，盾構機與洞圈之間密封困難，外部水土易通過洞圈和盾構的間隙滲漏，應使用襪套、止水箱體和環板等進行防水密封，及時封堵洞圈，若仍有滲漏則需對洞圈進行注漿加固或實施二次進洞。

2.2.2 盾構穿越市政管線施工

（1）盾構隧道穿越與隧道軸線相交的市政管線：應適當降低推進速度并均衡勻速施工，以減少對市政管線的影響；嚴格控制出土量及與出土有關的施工參數，避免過量超挖；通過同步注漿至建筑空隙的140%～200%，達到及時填充建筑空隙、減少施工過程中土體變形的目的；根據地面監測情況，必要時采用雙液漿進行二次壁后注漿，注漿量及注漿參數根據監測情況隨時進行調整。

（2）盾構隧道穿越與隧道軸線平行的市政管線：因盾構推進對市政管線影響時間更長，因而施工風險更大。因此除采取上述措施外，還應加密監測點并盡量將監測點直接布置在管線上，加強監測頻率，做好實時監測和信息反饋工作。為了減小后期沉降對市政管線的影響，在盾構推進過程中應同步進行壁后二次補壓漿工作。

2.2.3 聯絡通道施工

聯絡通道施工稍有不慎就有可能釀成嚴重后果，如上海地鐵4號線浦東南路至南浦大橋區間隧道浦西聯絡通道事故，造成的直接經濟損失約 1.5 億元。

凍結法是聯絡通道周圍土體常見的加固方式之一，因其具有時間短、強度高、穩定性強、隔水性好等特點，成為地鐵聯絡通道穿越富水地層、含水砂層及軟弱地層的有效可靠工法，已在北京、天津、上海、廣州等城市的地鐵施工中得到了成功應用。然而，凍結法施工中，一旦土體加固效果欠佳，引起水土流動，將造成災難性的后果。

凍結法施工的關鍵工序包括凍結孔施工、臨時支護施工和強制解凍等。對凍結孔施工階段可能發生的涌砂冒泥風險，應采取對鉆孔位置兩側管片壁后注漿加固，或先安裝孔口管和閥門，再從孔口管中鉆孔、密封的方式予以解決。對凍結法施工過程中易出現的凍脹融沉問題，可采用預先在上、下行線布置壓力釋放孔并利用凍結孔對稱間隔強制解凍注漿等方式解決。過程中應注意對連通道及地表的變形情況進行監測及反饋。

3 我國地鐵工程建設安全風險管理問題及對策

3.1 我國地鐵工程建設安全風險管理存在的問題

3.1.1 政策方面

目前，我國尚未出臺具有一定強制意義的關于地下工程建設安全風險管理的法規體系。住建部及中國鐵路總公司僅發布了作為指導性文件的導則、指南及規定等，沒有明確風險管理在工程建設中的地位，導致我國地鐵工程建設風險管理存在費用未明確列支、責任主體不明、管理流程混亂、管理內容不明確等問題。

3.1.2 資質認定方面

在資質認定方面，尚未明確工程安全風險管理咨詢評估單位和人員從業資質，對建設工程安全風險咨詢評估的內容、評價標準以及責任認定等沒有統一規定。此外，對監測單位及其人員從業資質也沒有相應的認定，監測隊伍不規范，對很多地方實行的“第三方監測”缺少國家性的法規進行管理，使得監測行業處于無序狀態，對監測內容、監測指標、責任主體等沒有統一的規定。

3.1.3 理論研究方面

目前，國內在風險管理的風險定義、風險辨識、風險估計、風險分析、風險評估、風險處置和風險監控的研究中，主要側重于風險的分析與評估，對于其他方面的研究涉及較少。在實際應用安全風險管理的地鐵工程建設項目中，主要依賴于定性分析或半定量分析進行風險評估。所謂的“監控系統”僅能夠做到“監測”，而不能實現“控制”，缺乏統一的安全風險管理系統。

3.2 安全風險管理建議

3.2.1 政府出臺法律法規加強引導、規范

鑒于地鐵工程是風險較大、不可預見因素多、社會影響大的建設項目，首先需要政府部門出臺強有力的法規作為指導，明確風險管理的地位，加大安全風險管理投入，加強風險意識。同時，在地鐵工程施工過程中，加強政府執法部門的監管力度，建立并完善地鐵施工事故統計調查和報告制度。

3.2.2 同步加強項目推行與理論研究

在每個地鐵工程建設項目中推行安全風險管理計劃及方案，嚴格按計劃、方案執行風險辨識、評估并加以控制。根據風險等級建立相應的監測系統，做好實時監控及信息反饋工作，提前策劃預防措施，做好應急預案，最終轉移和規避風險。

同時，加強對風險管理的定量研究，加強科學監測、信息化傳輸和反饋控制；實現地質數據大數據化及風險可視化，加強預警系統并及時采取應急預案措施。

4 結語

因地鐵工程具有隱蔽性、復雜性和不確定性等特點，施工安全事故頻繁發生，亟需對地鐵工程建設過程中的安全風險控制與管理進行研究。根據對歷年地鐵工程事故案例進行統計分析發現：①采用明挖法和盾構法施工發生的事故率最高，應繼續加強對相關施工方法關鍵風險點的控制研究；②坍塌和水害是最常見的事故類型，不良工程地質和水文地質的預判及防治是風險控制的重點；③主觀原因是引起事故發生的主要原因，推行地鐵工程建設安全風險管理極其必要。

地鐵工程建設風險的控制需要技術創新和安全管理創新，在我國地鐵工程建設安全形勢尚未得到明顯改善的情況下，無論是技術方法還是管理方法都有很大的改進空間，針對這兩方面的研究任重道遠。

[1]孫鈞. 隧道和地鐵工程建設的風險整治與管理及其在中國的若干進展[C]// 2007第三屆上海國際隧道工程研討會論文集. 上海：同濟大學出版社，2007：3-20.

[2]錢七虎，戎曉力. 中國地下工程安全風險管理的現狀、問題及相關建議[J]. 巖石力學與工程學報，2008，27（4）：649-655.

[3]范益群，鐘萬，劉建航. 時空效應理論與軟土基坑工程現代設計概念[J]. 清華大學學報（自然科學版），2000，40（增1）：49-53.

[4]孫鈞. 城市地下工程施工安全的智能預測與控制及其三維仿真模擬系統研究[C]. 第一屆海峽兩岸隧道與地下工程學術與技術研討會論文集（上冊），1999.

[5]黃宏偉. 隧道及地下工程建設中的風險管理研究進展[J]. 地下空間與工程學報，2006，2（1）：13-20.

[6]馬士偉，梅志榮，張軍偉. 長大隧道突水突泥災害的地質構造量化評價與監測預警[J]. 現代隧道技術，2009（2）：99-104.

[7]周文波. 盾構進出洞施工風險分析及防治[C]// 2009第四屆中國國際隧道工程研討會文集.上海：同濟大學出版社，2009：156-165.

[8]崔玖江. 盾構隧道施工風險與規避對策[J]. 隧道建設，2009，29（4）：377-396.

[9]李 燃，李啟明，陸瑩. 2002—2016年我國地鐵施工安全事故規律性的統計分析[J]. 都市快軌交通，2017，30（1）：12-19.