軟土地層地鐵區(qū)間隧道工程建設(shè)風(fēng)險分析

1、1.引言 城市軌道交通因其運量大、速度快、延誤少、低能耗、少污染、乘坐舒適方便等優(yōu)點，被世界許多大型城市廣泛采用，并作為解決大中城市公共交通運輸問題的有效途徑。作為城市軌道交通主要形式的地鐵不但在上海、北京、廣州等大型城市大量修建，在杭州、南昌、蘇州等中小城市也紛紛進(jìn)行規(guī)劃建設(shè)。 由于地鐵建設(shè)工程規(guī)模大、發(fā)展快、技術(shù)和管理力量難以充分保證等客觀原因，對地下工程安全風(fēng)險的認(rèn)識不客觀，風(fēng)險管理不科學(xué)，風(fēng)險管理的投入不到位等原因，地鐵工程建設(shè)中的風(fēng)險形勢嚴(yán)峻，特別是軟土地層地鐵區(qū)間隧道建設(shè)期風(fēng)險令人擔(dān)憂。據(jù)報道，2007年上海地鐵4號線隧道旁通道施工，因流砂引起隧道結(jié)構(gòu)損壞及周邊地區(qū)地面沉降，造成三

2、棟建筑物嚴(yán)重傾斜，防汛墻局部塌陷導(dǎo)致防汛墻的圍堰管涌，直接經(jīng)濟損失初步估算為1.5億元人民幣；2008年杭州地鐵一號線湘湖站北基坑發(fā)生坍塌事故，導(dǎo)致21人死亡，24人受傷，事故直接損失近5000萬元。隨著公民物權(quán)意識和維權(quán)意識的不斷增強，環(huán)境保護、社會影響意識也越來越強烈，安全生產(chǎn)和文明施工已成為當(dāng)前地鐵建設(shè)管理的重點。因此，結(jié)合軟土地鐵區(qū)間隧道施工工法對工程建設(shè)期風(fēng)險進(jìn)行分析，并研究動態(tài)風(fēng)險控制和有效應(yīng)急管理等防范風(fēng)險的管理對策和具體措施具有重要意義。 2軟土地鐵區(qū)間隧道風(fēng)險分析21風(fēng)險特點與機理 軟土地層具有含水量高、孔隙比大、壓縮性高、強度低、靈敏度高和易觸變、流變的特性，在外動力作用下

3、土體結(jié)構(gòu)極易破壞，區(qū)間隧道線穿行于軟土地層中極易產(chǎn)生壓縮變形、坍塌等現(xiàn)象，并引起地面沉降甚至地面突然塌陷等危害事件。軟土地鐵區(qū)間隧道因工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件及工程環(huán)境條件及其復(fù)雜，線路埋置深、受地下水影響大，參建單位多，施工工法多，工程前期工作量大，規(guī)劃階段制約因素多，施工技術(shù)復(fù)雜、不可預(yù)見風(fēng)險因素多和對社會環(huán)境影響大等風(fēng)險特點。 因地鐵施工對周圍地層的擾動，或工程發(fā)生涌水涌砂事故，或深基坑降承壓水施工等，會引起地面變形而造成地面建、構(gòu)筑物傾斜、結(jié)構(gòu)開裂、出現(xiàn)滲漏水甚至倒塌事故；會造成路面塌陷，造成地下管線的破裂；也會使鄰近的地下隧道產(chǎn)生位移、變形、滲漏水，甚至結(jié)構(gòu)開裂受損。地鐵隧道建設(shè)不但對

4、周邊構(gòu)筑物、地下管線和地面道路等產(chǎn)生影響，施工過程中還會產(chǎn)生污水、泥漿、建筑垃圾、建筑廢料、生活垃圾、危險廢物、機械噪聲、揚塵、振動及對周邊交通的影響，這些都會對周邊環(huán)境帶來嚴(yán)重影響。 風(fēng)險由風(fēng)險因素、風(fēng)險事故和風(fēng)險損失構(gòu)成，由于潛在的風(fēng)險因素導(dǎo)致發(fā)生風(fēng)險事故，從而導(dǎo)致承險體發(fā)生風(fēng)險損失（如圖1）。風(fēng)險因素是風(fēng)險事故發(fā)生的潛在原因，是造成損失的內(nèi)在或間接原因；風(fēng)險事故是造成損失的直接的或外在的原因，是風(fēng)險損失的媒介物，即風(fēng)險只有通過風(fēng)險事故的發(fā)生才能導(dǎo)致?lián)p失。22區(qū)間隧道施工中風(fēng)險識別 軟土地層中地鐵隧道主要施工工法包括盾構(gòu)法、明暗挖法、冰凍法等。 （1）盾構(gòu)法隧道施工風(fēng)險 盾構(gòu)法隧道施工的風(fēng)

5、險主要有高水壓、盾構(gòu)不適應(yīng)地層條件、設(shè)備損壞、以及主體結(jié)構(gòu)滲漏水等（如表1）。 （2）明暗挖基坑法施工風(fēng)險 明挖基坑法、蓋挖逆作法半逆作法施工的安全風(fēng)險包括圍護結(jié)構(gòu)施工風(fēng)險、基坑降水風(fēng)險、基坑開挖風(fēng)險及車站主體結(jié)構(gòu)風(fēng)險等，其主要風(fēng)險如表2。 （3）冰凍法施工風(fēng)險 聯(lián)絡(luò)通道一般采取凍結(jié)法施工，冰凍法施工的主要安全風(fēng)險包括土層凍結(jié)風(fēng)險、開挖支護風(fēng)險及結(jié)構(gòu)風(fēng)險。如凍結(jié)孔長度和角度不符合要求、鉆孔時孔口涌水涌砂、凍結(jié)效果不良（凍結(jié)厚度不足、未交圈、凍結(jié)管失效或鹽水滲漏、開挖時溫度變化大）、開挖過程中出現(xiàn)滲漏、承壓水突涌、地表變形過大、開挖支護過程中聯(lián)絡(luò)通道變形過大、變形縫防水措施不當(dāng)、結(jié)構(gòu)滲漏水等風(fēng)險

6、。 （4）近接工程施工風(fēng)險 近接工程指距離已建成地鐵隧道較近的其他工程施工，包括相互交叉、并行施工等，一般須對已建成隧道采取土體加固措施。近距離工程施工對已建成隧道的主要風(fēng)險包括：土體加固失效風(fēng)險、管線斷裂風(fēng)險、先建隧道周圍土體再次受到擾動風(fēng)險、隧道襯砌出現(xiàn)位移過大風(fēng)險、隧道變形風(fēng)險、滲漏風(fēng)險、結(jié)構(gòu)損壞風(fēng)險及地面總沉降量過大風(fēng)險等。如果先建成隧道已處于試運營狀態(tài)，則近接施工有可能導(dǎo)致地鐵的正常運營受到較大影響或?qū)е逻\營事故的發(fā)生。 上述風(fēng)險可以相互轉(zhuǎn)化。如工程風(fēng)險可能引發(fā)環(huán)境安全事故，管線斷裂引起的水土流失又可能導(dǎo)致工程結(jié)構(gòu)發(fā)生變形或結(jié)構(gòu)損壞，盾構(gòu)或聯(lián)絡(luò)通道的風(fēng)險事故往往會影響到相鄰結(jié)構(gòu)的安全

7、。23區(qū)間隧道風(fēng)險評估標(biāo)準(zhǔn) 依據(jù)國際隧道協(xié)會（ITA）2004年制定的隧道風(fēng)險評估指南和建設(shè)部地鐵及地下工程風(fēng)險管理指南，考慮不同的風(fēng)險概率等級和風(fēng)險損失等級，建立風(fēng)險分級評價矩陣（如表3）。 不同等級的風(fēng)險需采用不同的風(fēng)險控制對策與處置措施，結(jié)合風(fēng)險評價矩陣，不同等級風(fēng)險的接受準(zhǔn)則和相應(yīng)的控制對策如表4。3風(fēng)險對策31風(fēng)險管理必須體系化 地鐵建設(shè)風(fēng)險管理涉及參建各方、建設(shè)全過程及各管理層次，是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，必須實行體系化管理。因此，應(yīng)由業(yè)主牽頭與建設(shè)各方（包括政府部門、建設(shè)單位、勘察單位、咨詢單位、設(shè)計單位、施工單位、監(jiān)測單位、監(jiān)理單位等），通過風(fēng)險界定、風(fēng)險辨識、風(fēng)險估計、風(fēng)險評價和

8、風(fēng)險決策與控制，優(yōu)化組合各種風(fēng)險管理技術(shù)，對工程實施有效的風(fēng)險控制和妥善的跟蹤處理（圖2），共同構(gòu)建全方位、全過程、全覆蓋的安全風(fēng)險管理網(wǎng)絡(luò)，對與風(fēng)險相關(guān)的人員、設(shè)備、材料、技術(shù)、環(huán)境、監(jiān)控量測等進(jìn)行全方位管理，管理網(wǎng)絡(luò)應(yīng)覆蓋工程勘察、設(shè)計、招投標(biāo)、施工、竣工交付及保修期服務(wù)的建設(shè)全過程，覆蓋從地鐵建設(shè)各方的管理層、執(zhí)行層、檢測層到操作層各個層次；通過職責(zé)分工、規(guī)范流程、確定標(biāo)準(zhǔn)及過程控制，實行全方位、全過程、全覆蓋的全面風(fēng)險管理。32控制關(guān)鍵環(huán)節(jié) 地鐵隧道安全風(fēng)險管理應(yīng)控制好下述關(guān)鍵環(huán)節(jié)：在初步設(shè)計階段應(yīng)進(jìn)行初步的風(fēng)險識別與評估，制定初步的風(fēng)險應(yīng)對措施；在施工設(shè)計評審時應(yīng)結(jié)合工況條件對風(fēng)險進(jìn)

9、行二次評估，完善設(shè)計階段風(fēng)險登記，制定風(fēng)險應(yīng)對技術(shù)措施和重大風(fēng)險源專項措施；在施工準(zhǔn)備階段應(yīng)做好施工階段風(fēng)險識別、分析與評估，進(jìn)行風(fēng)險登記，制定施工風(fēng)險應(yīng)對措施及應(yīng)急預(yù)案；在重要節(jié)點進(jìn)行條件驗收時應(yīng)關(guān)注落實風(fēng)險管理措施的落實工作及應(yīng)急預(yù)案準(zhǔn)備情況。33動態(tài)的風(fēng)險控制 由于建設(shè)過程工況條件和環(huán)境條件的不斷變化，風(fēng)險應(yīng)對措施的實施效果，考慮到地下工程施工的不確定性，風(fēng)險因素和風(fēng)險等級都將隨之變化。因此應(yīng)實行動態(tài)的風(fēng)險管理（圖3），堅持信息化施工，對主要工程風(fēng)險因素進(jìn)行跟蹤，對風(fēng)險體系運行情況進(jìn)行監(jiān)控，對工程和環(huán)境變化實施監(jiān)測，并對監(jiān)控結(jié)果進(jìn)行分析評估，對風(fēng)險管理措施實施情況及時總結(jié)，對預(yù)警事件及時

10、處置，必要時啟動應(yīng)急預(yù)案。34具體的應(yīng)對措施 做好地質(zhì)勘察工作。地勘資料的準(zhǔn)確性對于設(shè)計的合理性和風(fēng)險防范至關(guān)重要，必須采取有效措施減少勘測誤差和錯誤，確保地質(zhì)勘查資料的完整、準(zhǔn)圖3工程風(fēng)險跟蹤流程確。如采取勘查與查閱資料和走訪相結(jié)合的方式，采用先進(jìn)的勘測儀器和試驗設(shè)備，對關(guān)鍵節(jié)點工程和地質(zhì)風(fēng)險較大的區(qū)域進(jìn)行補勘等。 重視現(xiàn)場調(diào)查工作。重點對現(xiàn)場場地條件、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)條件、地下管線分布、不良地質(zhì)和地下障礙物分布情況等進(jìn)行調(diào)查確認(rèn)，及時提出變更設(shè)計或方案變更；并應(yīng)對周邊建筑進(jìn)行專業(yè)檢測評估，明確周邊建筑現(xiàn)狀，確定沉降值與沉降速率、結(jié)構(gòu)裂縫增量、傾斜增量等變形允許值和報警值；地下管線應(yīng)按照權(quán)

11、屬單位的要求量化保護指標(biāo)；建立環(huán)境保護指標(biāo)體系。 做好專家評審工作。建設(shè)單位應(yīng)督促設(shè)計施工單位在初步設(shè)計、施工圖設(shè)計和施工組織設(shè)計施工方案中結(jié)合現(xiàn)場條件進(jìn)行相應(yīng)的風(fēng)險分析和評估，提出風(fēng)險應(yīng)對具體措施，提交專家評審，并對專家評審意見積極響應(yīng)，在方案中予以落實。重點應(yīng)做好超過一定規(guī)模危險性較大分部分項工程的安全方案評審，包括深基坑、盾構(gòu)進(jìn)出洞、聯(lián)絡(luò)通道、高支模、大型起重吊裝作業(yè)等。 合理的投資控制。軟土地鐵隧道建設(shè)是高風(fēng)險項目，建設(shè)單位應(yīng)當(dāng)合理控制投資，要求設(shè)計施工方案安全可靠、經(jīng)濟可行，并預(yù)留足夠的防范安全風(fēng)險的措施費用。對于不良地質(zhì)、承壓水及不明障礙物處理等專項措施費的控制應(yīng)實事求是。只有對施

12、工單位經(jīng)濟利益予以適當(dāng)?shù)谋Ｗo，才能更好的確保建設(shè)安全和控制項目建設(shè)投資，有效降低建設(shè)管理的風(fēng)險。 精細(xì)化施工管理。優(yōu)秀的施工設(shè)計，合理的施工方案，針對性的風(fēng)險應(yīng)對措施，都必須通過精細(xì)化管理予以落實，才可能得到更理想的結(jié)果。精細(xì)化一方面體現(xiàn)在管理職責(zé)與分工明確、管理目標(biāo)清晰、措施落實到位，一方面強調(diào)將控制指標(biāo)細(xì)化到每個環(huán)節(jié)和每道工序，分階段精確控制，通過精細(xì)化的過程控制和工作質(zhì)量來保證實施效果。 有效的應(yīng)急管理。由于風(fēng)險的不確定性，建設(shè)、設(shè)計、施工和監(jiān)理單位應(yīng)當(dāng)建立應(yīng)急響應(yīng)與管理機制，完善應(yīng)急預(yù)警系統(tǒng)；制定的應(yīng)急預(yù)案應(yīng)當(dāng)適合項目實際、管理能力、技術(shù)水平、環(huán)境條件，具備可實施性，并定期進(jìn)行評審和演練。因此，有效的應(yīng)急管理是防范風(fēng)險的必要手段。 4結(jié)束語 軟土地鐵隧道工程具有工程地質(zhì)復(fù)雜、項目投資大、建設(shè)周期長、施工工序多、施工難度大、不可預(yù)見風(fēng)險因素多和對社會環(huán)境影響大等特點，是一項高風(fēng)險工程。 工程建設(shè)風(fēng)險管理應(yīng)著眼于風(fēng)險預(yù)控，通