軟土地層地鐵區(qū)間隧道工程建設風險分析

      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行規(guī)劃建設。

      由于地鐵建設工程規(guī)模大、發(fā)展快、技術和管理力量難以充分保證等客觀原因，對地下工程安全風險的認識不客觀，風險管理不科學，風險管理的投入不到位等原因，地鐵工程建設中的風險形勢嚴峻，特別是軟土地層地鐵區(qū)間隧道建設期風險令人擔憂。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)構損壞及周邊地區(qū)地面沉降，造成三棟建筑物嚴重傾斜，防汛墻局部塌陷導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。隨著公民物權意識和維權意識的不斷增強，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前地鐵建設管理的重點。因此，結(jié)合軟土地鐵區(qū)間隧道施工工法對工程建設期風險進行分析，并研究動態(tài)風險控制和有效應急管理等防范風險的管理對策和具體措施具有重要意義。

 

2．1風險特點與機理

      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，在外動力作用下土體結(jié)構極易破壞，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，施工技術復雜、不可預見風險因素多和對社會環(huán)境影響大等風險特點。

      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、構筑物傾斜、結(jié)構開裂、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)構開裂受損。地鐵隧道建設不但對周邊構筑物、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)境帶來嚴重影響。

      風險由風險因素、風險事故和風險損失構成，由于潛在的風險因素導致發(fā)生風險事故，從而導致承險體發(fā)生風險損失（如圖1）。風險因素是風險事故發(fā)生的潛在原因，是造成損失的內(nèi)在或間接原因；風險事故是造成損失的直接的或外在的原因，是風險損失的媒介物，即風險只有通過風險事故的發(fā)生才能導致?lián)p失。

 

 

2．2區(qū)間隧道施工中風險識別

      軟土地層中地鐵隧道主要施工工法包括盾構法、明／暗挖法、冰凍法等。

      （1）盾構法隧道施工風險

      盾構法隧道施工的風險主要有高水壓、盾構不適應地層條件、設備損壞、以及主體結(jié)構滲漏水等（如表1）。

 

 

      （2）明／暗挖基坑法施工風險

      明挖基坑法、蓋挖逆作法／半逆作法施工的安全風險包括圍護結(jié)構施工風險、基坑降水風險、基坑開挖風險及車站主體結(jié)構風險等，其主要風險如表2。

 

 

      （3）冰凍法施工風險

      聯(lián)絡通道一般采取凍結(jié)法施工，冰凍法施工的主要安全風險包括土層凍結(jié)風險、開挖支護風險及結(jié)構風險。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)絡通道變形過大、變形縫防水措施不當、結(jié)構滲漏水等風險。

      （4）近接工程施工風險

      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險包括：土體加固失效風險、管線斷裂風險、先建隧道周圍土體再次受到擾動風險、隧道襯砌出現(xiàn)位移過大風險、隧道變形風險、滲漏風險、結(jié)構損壞風險及地面總沉降量過大風險等。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。

      上述風險可以相互轉(zhuǎn)化。如工程風險可能引發(fā)環(huán)境安全事故，管線斷裂引起的水土流失又可能導致工程結(jié)構發(fā)生變形或結(jié)構損壞，盾構或聯(lián)絡通道的風險事故往往會影響到相鄰結(jié)構的安全。

2．3區(qū)間隧道風險評估標準

      依據(jù)國際隧道協(xié)會（ITA）2004年制定的《隧道風險評估指南》和建設部《地鐵及地下工程風險管理指南》，考慮不同的風險概率等級和風險損失等級，建立風險分級評價矩陣（如表3）。

 

 

      不同等級的風險需采用不同的風險控制對策與處置措施，結(jié)合風險評價矩陣，不同等級風險的接受準則和相應的控制對策如表4。

 

 

3．1風險管理必須體系化

      地鐵建設風險管理涉及參建各方、建設全過程及各管理層次，是一項復雜的系統(tǒng)工程，必須實行體系化管理。因此，應由業(yè)主牽頭與建設各方（包括政府部門、建設單位、勘察單位、咨詢單位、設計單位、施工單位、監(jiān)測單位、監(jiān)理單位等），通過風險界定、風險辨識、風險估計、風險評價和風險決策與控制，優(yōu)化組合各種風險管理技術，對工程實施有效的風險控制和妥善的跟蹤處理（圖2），共同構建全方位、全過程、全覆蓋的安全風險管理網(wǎng)絡，對與風險相關的人員、設備、材料、技術、環(huán)境、監(jiān)控量測等進行全方位管理，管理網(wǎng)絡應覆蓋工程勘察、設計、招投標、施工、竣工交付及保修期服務的建設全過程，覆蓋從地鐵建設各方的管理層、執(zhí)行層、檢測層到操作層各個層次；通過職責分工、規(guī)范流程、確定標準及過程控制，實行全方位、全過程、全覆蓋的全面風險管理。

3．2控制關鍵環(huán)節(jié)

      地鐵隧道安全風險管理應控制好下述關鍵環(huán)節(jié)：在初步設計階段應進行初步的風險識別與評估，制定初步的風險應對措施；在施工設計評審時應結(jié)合工況條件對風險進行二次評估，完善設計階段風險登記，制定風險應對技術措施和重大風險源專項措施；在施工準備階段應做好施工階段風險識別、分析與評估，進行風險登記，制定施工風險應對措施及應急預案；在重要節(jié)點進行條件驗收時應關注落實風險管理措施的落實工作及應急預案準備情況。

3．3動態(tài)的風險控制

      由于建設過程工況條件和環(huán)境條件的不斷變化，風險應對措施的實施效果，考慮到地下工程施工的不確定性，風險因素和風險等級都將隨之變化。因此應實行動態(tài)的風險管理（圖3），堅持信息化施工，對主要工程風險因素進行跟蹤，對風險體系運行情況進行監(jiān)控，對工程和環(huán)境變化實施監(jiān)測，并對監(jiān)控結(jié)果進行分析評估，對風險管理措施實施情況及時總結(jié)，對預警事件及時處置，必要時啟動應急預案。

 

 

3．4具體的應對措施

      ⑴做好地質(zhì)勘察工作。地勘資料的準確性對于設計的合理性和風險防范至關重要，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、準圖3工程風險跟蹤流程確。如采取勘查與查閱資料和走訪相結(jié)合的方式，采用先進的勘測儀器和試驗設備，對關鍵節(jié)點工程和地質(zhì)風險較大的區(qū)域進行補勘等。

      ⑵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行調(diào)查確認，及時提出變更設計或方案變更；并應對周邊建筑進行專業(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)構裂縫增量、傾斜增量等變形允許值和報警值；地下管線應按照權屬單位的要求量化保護指標；建立環(huán)境保護指標體系。

      ⑶做好專家評審工作。建設單位應督促設計施工單位在初步設計、施工圖設計和施工組織設計／施工方案中結(jié)合現(xiàn)場條件進行相應的風險分析和評估，提出風險應對具體措施，提交專家評審，并對專家評審意見積極響應，在方案中予以落實。重點應做好超過一定規(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、盾構進出洞、聯(lián)絡通道、高支模、大型起重吊裝作業(yè)等。

      ⑷合理的投資控制。軟土地鐵隧道建設是高風險項目，建設單位應當合理控制投資，要求設計施工方案安全可靠、經(jīng)濟可行，并預留足夠的防范安全風險的措施費用。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實事求是。只有對施工單位經(jīng)濟利益予以適當?shù)谋Ｗo，才能更好的確保建設安全和控制項目建設投資，有效降低建設管理的風險。

      ⑸精細化施工管理。優(yōu)秀的施工設計，合理的施工方案，針對性的風險應對措施，都必須通過精細化管理予以落實，才可能得到更理想的結(jié)果。精細化一方面體現(xiàn)在管理職責與分工明確、管理目標清晰、措施落實到位，一方面強調(diào)將控制指標細化到每個環(huán)節(jié)和每道工序，分階段精確控制，通過精細化的過程控制和工作質(zhì)量來保證實施效果。

      ⑹有效的應急管理。由于風險的不確定性，建設、設計、施工和監(jiān)理單位應當建立應急響應與管理機制，完善應急預警系統(tǒng)；制定的應急預案應當適合項目實際、管理能力、技術水平、環(huán)境條件，具備可實施性，并定期進行評審和演練。因此，有效的應急管理是防范風險的必要手段。

 

      ⑴軟土地鐵隧道工程具有工程地質(zhì)復雜、項目投資大、建設周期長、施工工序多、施工難度大、不可預見風險因素多和對社會環(huán)境影響大等特點，是一項高風險工程。

      ⑵工程建設風險管理應著眼于風險預控，通過降低其損失發(fā)生的概率，縮小其損失程度來達到控制目的。當風險發(fā)生后，按照預先的方案實施，可將損失控制在最低限度。

      ⑶軟土地鐵隧道建設期主要風險包括環(huán)境風險、盾構法隧道施工風險、明／暗挖基坑法施工風險、冰凍法施工風險和近接工程施工風險，且風險可以相互轉(zhuǎn)換。

      ⑷有效的風險防范應立足于體系化的風險管理和預先控制，管理措施與技術措施并重，動態(tài)的風險控制和完善的應急預案，并最終通過精細化的管理予以落實。