基于風險管控的地鐵車站施工方案優化技術*

王 剛，孫 沖

(1.中鐵七局集團西安鐵路工程有限公司，陜西 西安 710032；2.西安熱工研究院有限公司，陜西 西安 710054)

0 引言

隨著我國經濟和科技的快速發展，基礎設施建設也隨之加快。地鐵工程作為現代城市交通設施建設重點的同時，在建造過程中也面臨著諸多安全風險[1-2]。地鐵車站作為城市軌道交通建設的核心內容，其施工方案的安全性與科學性應作為設計人員、施工人員和安全管理人員的重點關注對象[3-4]。近年來，隨著地鐵車站建設數量增多及建造環境的復雜程度提高，工程所面臨的風險越來越高、越來越大，工程事故時有發生，基坑坍塌更是最常見的地鐵工程事故[5]。因此，對地鐵車站施工的安全風險管控顯得尤為重要，尤其是從施工方案優化的角度出發，可以很大程度上避免諸多潛在風險。

本文對地鐵車站建設過程中常見的主要安全風險進行歸納，并提出一系列地鐵車站施工的安全管控措施，最后結合工程實例進行以風險管控為導向的施工方案優化，以期對地鐵車站施工的安全風險管控提供新的借鑒思路。

1 主要安全風險

地鐵車站在施工過程中，諸多潛在的不確定因素會導致工程事故發生[6]。建設地鐵車站的施工環境和施工過程十分復雜，過程中涉及諸多安全風險，其中主要的安全風險因素如下。

1.1 施工環境因素

在地鐵車站建設過程中，主要的施工環境影響因素有氣象條件、水文地質、周邊環境及作業條件。

1)氣象條件 工程建設過程中，暴雨、大雪、冰雹和洪水等惡劣天氣與自然災害是導致工程安全事故發生的重要原因。水文地質的變化對地鐵車站施工的影響極為敏感，而氣象條件對水文地質變化會產生重要影響，如暴雨、臺風等，會導致地下水位上升，從而影響車站基坑的穩定性。基坑滲漏水等情況一旦發生，將給工程帶來極大的安全風險。

2)水文地質 主要包括施工地區的地層巖性、地質構造及地下水條件等。在地下空間工程中，地下施工作業有較強的隱蔽性，復雜的地質條件常常是工程事故發生的重要因素。同時，地鐵工程施工周期較長，增大了由于地質水文條件變化導致工程事故發生的潛在風險。

3)周邊環境 地鐵施工多位于城市繁華地區，其周邊環境往往較復雜，主要包括周邊建筑、地下既有管線、臨近地鐵隧道等風險因素。在地鐵施工方法的選擇上，需特別注意處理擬建地鐵與既有建(構)筑物之間的關系，若處理不當，既可能影響擬建地鐵施工的安全，又可能對既有設施造成破壞，乃至造成人員傷亡等安全事故。

4)作業條件 地鐵車站施工與其他工程相比具有獨特的作業特點，作業環境復雜，尤其是在暗挖作業中，會出現如照明條件不佳、地下空間空氣流通差、安全設備不完善、施工作業面狹窄等問題。地鐵施工中，現場溫度、濕度、采光及通風不良，施工場地布置和機械作業防護不合理等都可能給地鐵工程施工帶來極大的安全風險。

1.2 施工設備和技術因素

地鐵車站施工設備和技術風險主要包括施工中由于施工技術或工藝、施工機械與設備等原因所導致的各類安全風險。

1)施工設備因素 設備風險主要是指因機械設備的不安全狀態和不安全性能引起的風險，主要包括施工設備的選擇和使用不當，施工設備設計不合理或結構不滿足使用要求，施工機械質量不合格或存在缺陷等。

2)施工技術因素 地鐵車站施工工藝流程一般較復雜，需針對多種復雜的水文地質及周邊環境，選擇最適當的施工工藝和方法。可能導致工程風險事故發生的部分技術因素主要包括施工組織不合理，選擇的施工工藝和施工方法不恰當。

1.3 施工管理因素

地鐵施工中的管理風險因素主要是由于施工的安全管理存在缺陷，如對生產安全的管理認識水平不足；安全施工的規程、制度及相關措施的制定與實施未落實到位；施工現場的相關設備機械及作業環境未得到系統全面的管理；施工質量的管理體系不夠完善，施工進度及其資源配置不合理等。

1.4 監測預警因素

對地鐵工程而言，施工監控預警是安全風險管控工作中十分重要的部分。監控預警風險因素主要包括監控項目的規范性差、監測頻次安排不合理、監測設備器材不滿足使用要求、監測信息未得到及時反饋和處理等。

2 地鐵車站施工安全風險管控

由于地鐵車站施工條件復雜，施工工藝、機械設備具有多樣性，其涉及的安全風險及相應管控措施也呈現多樣化。即便如此，地鐵車站施工的安全風險管控措施依然有共同之處。

2.1 施工方案設計及審查

合理設計施工方案對降低地鐵車站施工安全風險至關重要。方案設計者應提高自身設計水平，對施工方案進行優化比選，同時在方案實施期間實時了解施工情況與預期設計工況的匹配程度，不匹配時及時調整施工方案，以保證車站施工安全。

建設和監理單位應重點審查施工方案的可行性，超過一定規模、危險性較大的分部分項工程，應由施工總承包單位組織召開專家論證會對專項施工方案進行論證。結合施工單位的現有資源進行審查，對施工現場的資源配備進行重點把控，是事前風險控制的重要組成部分[7]。最后，施工和監理單位應保證施工能嚴格按施工方案執行，并保證方案執行的規范性，這也是確保地鐵施工安全的必要條件之一。

2.2 施工作業

施工單位應能有效調配相關資源來保證施工方案順利實施，這一點施工單位在管理中較欠缺。施工單位在地鐵車站施工過程中要嚴格落實安全責任制度，以“安全第一、預防為主、綜合治理”方準則，制定工程安全生產管理等各項安全制度，建立健全安全生產保障體系，完善安全管理制度體系[8]。提升施工人員的安全文明施工意識，做好安全教育培訓工作，提高員工整體素質。同時，做好安全技術和安全活動交底工作，特殊工種應持相關證件上崗；項目開工后，項目安質部應及時組織有關人員對工程重大安全風險源進行識別、梳理及分析評價，建立危險源清單，在編制施工方案及施工組織設計時，應同時編制對應的安全措施。

2.3 信息化監測

地鐵車站的工程事故常常因監測不力無法及時預報險情，或對監測過程數據不夠重視，未對可能發生的險情進行及時和有效處理。對地鐵車站的施工過程監測既可驗證設計方案的正確性，又能及時指導施工，從而有效避免險情發生[9]。因此，在地鐵車站工程中，須重視信息化監測。在基坑工程施工前，制訂有效的監測方案，合理布置現場監測點，設定各階段的監測頻率及監測報警值。施工過程中，要保護好監測點，避免因施工損壞；實時關注監測信息變化，對監測報表進行評價分析，遇到異常情況或監測報警情況時，須立即采取應急措施，確保施工安全。

2.4 應急預案

針對地鐵車站工程施工中可能遇到的各類安全風險，須提前制訂完備的應急預案，同時建立風險庫，開工前按應急預案要求配備相應物資，組建應急隊伍，并定期演練。

3 工程實例分析

3.1 工程概況

廣州市軌道交通13號線二期工程(朝陽—魚珠)車陂站，項目總長(不含圍護結構)205.4m，總建筑面積21 109.81m2。此處施工包含左、右線兩部分，受地面場地條件限制，左線利用蓋板蓋挖施工，右線利用管幕超前支護，橫向暗挖右線頂板施工完成后，整座車站采用蓋挖逆作法施工。預留盾構過站條件，待盾構過站后澆筑軌行區側墻。

具體施工時，左線蓋板上方留出土口及下料孔，利用左線地下2層空間，施作橫向管幕，基坑靠近管線一側及房屋段設旋噴樁隔離保護，頂部橫向管幕以φ299@400布置，管幕壁厚10mm，長12.3m。管幕下方頂板施工是整個工程的重難點，本文將針對頂板施工的具體方案進行比選優化。

3.2 工程安全風險

1)工程位于城市鬧市區的主干道上，交通流量大，周邊建筑群密集，場地受限嚴重，因此采用蓋挖結合管幕進行地鐵車站施工。

2)工程地質條件差，周邊環境復雜，暗筑頂板施工難度大，工程危險性大。

3)工程周邊為商業區、居民區，且擬建地鐵車站為換乘站，對環境保護要求高。

3.3 暗筑頂板施工方案

1)橫向導洞方案(方案1) 待右線橫向管幕頂進施工完成后，進行車站右線橫向導洞的暗挖施工。橫向暗挖導洞分為A，B 2種尺寸，設置型鋼鋼架作為導洞內支撐。相鄰A，B型橫通道之間共用豎向初期支護，依次按順序分段開挖導洞，并進行暗筑頂板施工。

2)拱形頂板縱向導洞方案(方案2) 先施工右線橫通道，再沿車站右線縱向開挖先行導洞，接著進行右線縱向管幕的頂進施工，管幕的橫向斷面排列為拱形，最后進行橫向斷面為拱形的暗筑頂板施工。

3)平頂頂板縱向導洞方案(方案3) 先施工右線橫通道，再沿車站右線縱向開挖先行導洞，然后進行右線橫向管幕的頂進施工，最后完成平頂頂板的暗筑施工。

3.4 基于安全風險管控的方案優選

3種方案的風險對比如表1所示。

表1 暗筑頂板施工方案風險對比

由表1可知，暗筑頂板的3種施工方案中方案1安全風險最小，應用該方案可最大限度保證右線頂板施工的安全性，可將風險控制在可接受范圍。同時可以說明，基于風險管控的施工方案優化在很大程度上能減小施工中潛在的安全風險，對保證施工安全具有重要意義。

3.5 施工安全風險管控措施

1)選擇經驗豐富的施工人員操作頂管機進行橫向管幕施工，杜絕因設備質量缺陷和施工人員經驗不足等原因造成的工程事故。

2)管理人員分別針對管幕施工過程、導洞暗挖過程及混凝土澆筑過程制訂有效的安全管理方案和施工應急預案。

3)整個施工過程中，對周邊建筑墻體、地表位移、土體位移及車站結構位移進行實時動態監測，一旦出現不正常數據，及時調整施工，待監測數據正常再進行下一步施工。

4)為防止地下水侵擾，管幕與地下連續墻之間的縫隙用微膨脹混凝土填充密實；導洞開挖時進行間隔跳挖，先A型后B型，同時所有導洞開挖時須分上、下2層開挖；待澆筑的頂板達到設計強度后，拆除臨時支撐體系，繼續車站剩余工程施工。

4 結語

通過對地鐵車站施工過程中常見的安全風險與安全管控措施進行歸納，并結合工程實例進行基于安全風險控制的施工方案優化，得到以下結論。

1)地鐵車站主要的施工安全風險因素包括施工環境因素、施工設備和技術因素、施工管理因素及監控預警因素。

2)地鐵車站常見的施工安全風險管控措施主要包括施工方案的設計與審查、施工、信息化監測及應急預案等方面。

3)針對具體工程中施工的重難點進行多方案基于風險控制的比選，可有效避免潛在安全風險。