软土地层地铁区间隧道工程建设风险分析

专业知识分享版1.引言城市轨道交通因其运量大、速度快、延误少、低能耗、少污染、乘坐舒适方便等优点，被世界许多大型城市广泛采用，并作为解决大中城市公共交通运输问题的有效途径。作为城市轨道交通主要形式的地铁不但在上海、北京、广州等大型城市大量修建，在杭州、南昌、苏州等中小城市也纷纷进行规划建设。由于地铁建设工程规模大、发展快、技术和管理力量难以充分保证等客观原因，对地下工程安全风险的认识不客观，风险管理不科学，风险管理的投入不到位等原因，地铁工程建设中的风险形势严峻，特别是软土地层地铁区间隧道建设期风险令人担忧。据报道，2007年上海地铁4号线隧道旁通道施工，因流砂引起隧道结构损坏及周边地区地面沉降，造成三栋建筑物严重倾斜，防汛墙局部塌陷导致防汛墙的围堰管涌，直接经济损失初步估算为1.5亿元人民币；2008年杭州地铁一号线湘湖站北基坑发生坍塌事故，导致21人死亡，24人受伤，事故直接损失近5000万元。随着公民物权意识和维权意识的不断增强，环境保护、社会影响意识也越来越强烈，安全生产和文明施工已成为当前地铁建设管理的重点。因此，结合软土地铁区间隧道施工工法对工程建设期风险进行分析，并研究动态风险控制和有效应急管理等防范风险的管理对策和具体措施具有重要意义。2．软土地铁区间隧道风险分析2．1风险特点与机理软土地层具有含水量高、孔隙比大、压缩性高、强度低、灵敏度高和易触变、流变的特性，在外动力作用下土体结构极易破坏，区间隧道线穿行于软土地层中极易产生压缩变形、坍塌等现象，并引起地面沉降甚至地面突然塌陷等危害事件。软土地铁区间隧道因工程地质和水文地质条件及工程环境条件及其复杂，线路埋置深、受地下水影响大，参建单位多，施工工法多，工程前期工作量大，规划阶段制约因素多，施工技术复杂、不可预见风险因素多和对社会环境影响大等风险特点。使命：加速中国职业化进程联系电话：0755-86153458 专业知识分享版因地铁施工对周围地层的扰动，或工程发生涌水涌砂事故，或深基坑降承压水施工等，会引起地面变形而造成地面建、构筑物倾斜、结构开裂、出现渗漏水甚至倒塌事故；会造成路面塌陷，造成地下管线的破裂；也会使邻近的地下隧道产生位移、变形、渗漏水，甚至结构开裂受损。地铁隧道建设不但对周边构筑物、地下管线和地面道路等产生影响，施工过程中还会产生污水、泥浆、建筑垃圾、建筑废料、生活垃圾、危险废物、机械噪声、扬尘、振动及对周边交通的影响，这些都会对周边环境带来严重影响。风险由风险因素、风险事故和风险损失构成，由于潜在的风险因素导致发生风险事故，从而导致承险体发生风险损失（如图1）。风险因素是风险事故发生的潜在原因，是造成损失的内在或间接原因；风险事故是造成损失的直接的或外在的原因，是风险损失的媒介物，即风险只有通过风险事故的发生才能导致损失。2．2区间隧道施工中风险识别软土地层中地铁隧道主要施工工法包括盾构法、明／暗挖法、冰冻法等。（1）盾构法隧道施工风险盾构法隧道施工的风险主要有高水压、盾构不适应地层条件、设备损坏、以及主体结构渗漏水等（如表1）。（2）明／暗挖基坑法施工风险明挖基坑法、盖挖逆作法／半逆作法施工的安全风险包括围护结构施工风险、基坑降水风险、基坑开挖风险及车站主体结构风险等，其主要风险如表2。（3）冰冻法施工风险使命：加速中国职业化进程联系电话：0755-86153458 专业知识分享版联络通道一般采取冻结法施工，冰冻法施工的主要安全风险包括土层冻结风险、开挖支护风险及结构风险。如冻结孔长度和角度不符合要求、钻孔时孔口涌水涌砂、冻结效果不良（冻结厚度不足、未交圈、冻结管失效或盐水渗漏、开挖时温度变化大）、开挖过程中出现渗漏、承压水突涌、地表变形过大、开挖支护过程中联络通道变形过大、变形缝防水措施不当、结构渗漏水等风险。（4）近接工程施工风险近接工程指距离已建成地铁隧道较近的其他工程施工，包括相互交叉、并行施工等，一般须对已建成隧道采取土体加固措施。近距离工程施工对已建成隧道的主要风险包括：土体加固失效风险、管线断裂风险、先建隧道周围土体再次受到扰动风险、隧道衬砌出现位移过大风险、隧道变形风险、渗漏风险、结构损坏风险及地面总沉降量过大风险等。如果先建成隧道已处于试运营状态，则近接施工有可能导致地铁的正常运营受到较大影响或导致运营事故的发生。上述风险可以相互转化。如工程风险可能引发环境安全事故，管线断裂引起的水土流失又可能导致工程结构发生变形或结构损坏，盾构或联络通道的风险事故往往会影响到相邻结构的安全。2．3区间隧道风险评估标准依据国际隧道协会（ITA）2004年制定的《隧道风险评估指南》和建设部《地铁及地下工程风险管理指南》，考虑不同的风险概率等级和风险损失等级，建立风险分级评价矩阵（如表3）。不同等级的风险需采用不同的风险控制对策与处置措施，结合风险评价矩阵，不同等级风险的接受准则和相应的控制对策如表4。3．风险对策3．1风险管理必须体系化使命：加速中国职业化进程联系电话：0755-86153458 专业知识分享版地铁建设风险管理涉及参建各方、建设全过程及各管理层次，是一项复杂的系统工程，必须实行体系化管理。因此，应由业主牵头与建设各方（包括政府部门、建设单位、勘察单位、咨询单位、设计单位、施工单位、监测单位、监理单位等），通过风险界定、风险辨识、风险估计、风险评价和风险决策与控制，优化组合各种风险管理技术，对工程实施有效的风险控制和妥善的跟踪处理（图2），共同构建全方位、全过程、全覆盖的安全风险管理网络，对与风险相关的人员、设备、材料、技术、环境、监控量测等进行全方位管理，管理网络应覆盖工程勘察、设计、招投标、施工、竣工交付及保修期服务的建设全过程，覆盖从地铁建设各方的管理层、执行层、检测层到操作层各个层次；通过职责分工、规范流程、确定标准及过程控制，实行全方位、全过程、全覆盖的全面风险管理。3．2控制关键环节地铁隧道安全风险管理应控制好下述关键环节：在初步设计阶段应进行初步的风险识别与评估，制定初步的风险应对措施；在施工设计评审时应结合工况条件对风险进行二次评估，完善设计阶段风险登记，制定风险应对技术措施和重大风险源专项措施；在施工准备阶段应做好施工阶段风险识别、分析与评估，进行风险登记，制定施工风险应对措施及应急预案；在重要节点进行条件验收时应关注落实风险管理措施的落实工作及应急预案准备情况。3．3动态的风险控制由于建设过程工况条件和环境条件的不断变化，风险应对措施的实施效果，考虑到地下工程施工的不确定性，风险因素和风险等级都将随之变化。因此应实行动态的风险管理（图3），坚持信息化施工，对主要工程风险因素进行跟踪，对风险体系运行情况进行监控，对工程和环境变化实施监测，并对监控结果进行分析评估，对风险管理措施实施情况及时总结，对预警事件及时处置，必要时启动应急预案。3．4具体的应对措施⑴做好地质勘察工作。地勘资料的准确性对于设计的合理性和风险防范至关重要，必须采取有效措施减少勘测误差和错误，确保地质勘查资料的完整、准图3工程风险跟踪流程确。如采取勘查与查阅资料和走访相结合的方式，采用先进的勘测仪器和试验设备，对关键节点工程和地质风险较大的区域进行补勘等。⑵使命：加速中国职业化进程联系电话：0755-86153458 专业知识分享版重视现场调查工作。重点对现场场地条件、工程地质与水文地质条件、地下管线分布、不良地质和地下障碍物分布情况等进行调查确认，及时提出变更设计或方案变更；并应对周边建筑进行专业检测评估，明确周边建筑现状，确定沉降值与沉降速率、结构裂缝增量、倾斜增量等变形允许值和报警值；地下管线应按照权属单位的要求量化保护指标；建立环境保护指标体系。⑶做好专家评审工作。建设单位应督促设计施工单位在初步设计、施工图设计和施工组织设计／施工方案中结合现场条件进行相应的风险分析和评估，提出风险应对具体措施，提交专家评审，并对专家评审意见积极响应，在方案中予以落实。重点应做好超过一定规模危险性较大分部分项工程的安全方案评审，包括深基坑、盾构进出洞、联络通道、高支模、大型起重吊装作业等。⑷合理的投资控制。软土地铁隧道建设是高风险项目，建设单位应当合理控制投资，要求设计施工方案安全可靠、经济可行，并预留足够的防范安全风险的措施费用。对于不良地质、承压水及不明障碍物处理等专项措施费的控制应实事求是。只有对施工单位经济利益予以适当的保护，才能更好的确保建设安全和控制项目建设投资，有效降低建设管理的风险。⑸精细化施工管理。优秀的施工设计，合理的施工方案，针对性的风险应对措施，都必须通过精细化管理予以落实，才可能得到更理想的结果。精细化一方面体现在管理职责与分工明确、管理目标清晰、措施落实到位，一方面强调将控制指标细化到每个环节和每道工序，分阶段精确控制，通过精细化的过程控制和工作质量来保证实施效果。⑹有效的应急管理。由于风险的不确定性，建设、设计、施工和监理单位应当建立应急响应与管理机制，完善应急预警系统；制定的应急预案应当适合项目实际、管理能力、技术水平、环境条件，具备可实施性，并定期进行评审和演练。因此，有效的应急管理是防范风险的必要手段。4．结束语⑴软土地铁隧道工程具有工程地质复杂、项目投资大、建设周期长、施工工序多、施工难度大、不可预见风险因素多和对社会环境影响大等特点，是一项高风险工程。⑵使命：加速中国职业化进程联系电话：0755-86153458 专业知识分享版工程建设风险管理应着眼于风险预控，通过降低其损失发生的概率，缩小其损失程度来达到控制目的。当风险发生后，按照预先的方案实施，可将损失控制在最低限度。⑶软土地铁隧道建设期主要风险包括环境风险、盾构法隧道施工风险、明／暗挖基坑法施工风险、冰冻法施工风险和近接工程施工风险，且风险可以相互转换。⑷有效的风险防范应立足于体系化的风险管理和预先控制，管理措施与技术措施并重，动态的风险控制和完善的应急预案，并最终通过精细化的管理予以落实。使命：加速中国职业化进程联系电话：0755-86153458