1、武汉地铁土建施工安全风险与对策摘要：武汉地铁起步较晚，近年来发展迅速。2006 年 11 月 16 日，武汉地铁 2 号线范湖试验段开建至今，武汉地铁施工未发大事故，也未对沿线建筑造成大的沉降，更未阻断三镇交通。但也面临着各类施工安全事故频发的严峻事实基于这一现状，直面武汉地铁施工的自然环境和社会环境特点及施工难点，分析了武汉地铁施工面临的主要安全风险，进而提出有针对性的防治对策及方案，以期为城市地铁及其他地下工程安全建设提供重要参考。 关键词：武汉地铁；土建施工；安全风险；防治对策 中图分类号：V552+.4 文献标识码：A 引言 武汉地铁远景规划，2005-2012 年为城市道路网与轨道网
2、打基础时期，推进地铁网络建设控制走廊，构成“工”字型轨道骨架，2013 年开始进入轨道交通施工高峰时期，到 2017 年将建成投运 7 条地铁线路，2049 年武汉地铁线路将达 22 至 23 条，总长度超过 860 公里。 近年来，武汉经济社会迅猛发展，轨道交通建设进入了前所未有的高速发展时期。轨道交通，特别是地铁工程与其他工程相比，由于其隐蔽性、复杂性、地质水文条件的不确定性，其施工难度和建设风险大大增加，各种安全、质量事故也不断出现。2012 年 11 月 6 日，武汉地铁 4号线梅苑小区施工段塔式起重机倒塌事故；2012 年 12 月 30 日，武汉汉阳王家湾南路正在施工的地铁王家湾站
3、工地突发坍塌事故；2013 年 9 月18 日，汉阳大道米粮村的地铁 4 号线二期工程工地电击事故。一个个血淋淋的例证都在警醒着城市地铁建设的参与者施工安全的重要性。城市地铁建设中的安全事故，既有外在因素也有内在因素，既有客观因素也有主观因素。因施工管理不力及施工操作失误造成的施工安全事故约占整个地铁施工安全事故的 44。4%1。因此，对地铁施工中的安全风险和风险进行清楚的了解并进行科学的分析，制定确实有效的规避方案和应急措施显得极为重要。 1 武汉地铁施工的环境条件 1.1 地质环境条件 武汉地质类型多种多样，主要有粉细砂、纯黏土、炭洞地段、砂岩、泥岩，甚至武昌火车站到洪山广场段，还有地下古
4、河道。全国少有的地质构造，复杂的地质条件曾被专家认定为“不适宜修地铁的城市” 。曾有专家将武汉的地质条件比喻成“八宝粥”软的、硬的、稀的、稠的全都有。地铁工地武昌区域以岩石和粘土为主，地质条件较好，但汉口部分区域以淤泥、沙土为主，且地下水丰富，地下掘进作业风险较大 武汉地铁建设除了地质条件特别复杂外，还有三方面的地质环境：一是瓦斯高，在进行地下勘探、挖掘、施工的时候，最常遇到的就是瓦斯难题；二是地铁建造的时候水压问题，武汉地下水特别多，水压特别高，必须要建造很多不同的水井来释放压力；三是费用高，长江隧道无成熟的经验可以照搬。 1.2 社会环境条件 武汉地铁自 2012 年进入施工高峰期，速度和
5、力度相当惊人，同一时期施工的地铁项目在 2017 年将前长期保持三到四条的规模，施工点多面广，安全风险源众多。 武汉地铁建设还有工程被人为压缩带来的安全风险。根据媒体的公开报道，地铁 6 号线一期工程建设条件异常复杂，施工难度巨大，6 号线以一个近乎半圆的大弧线下穿地铁 2 号线的隧道，距离地铁 2 号线的隧道只有 1。5 米；还要下穿“万里长江第一隧”的出入口，距离其抗拔桩基只有 2 米；在江汉路站大智路站区间，地铁隧道必须避开两侧的水塔，还有大清银行、盐业银行等多家文物保护单位及优秀历史建筑。另外，地铁 6 号线沿线的拆迁量比较大，在地铁 6 号线一期总体设计中，设计单位提出的通车时间是
6、2017 年 3 月底，在初步设计评审会中，来自全国各地的多位专建议延长 6 个月以上，到 2017 年 9 月底通车。武汉市政府未采纳专家建议，要求 6 号线 2016 年底建成通车。 2 武汉地铁常用施工方法及主要风险源辨识 2.1 盾构法 盾构法是指利用盾构进行隧道开挖，衬砌等作业的施工方法。盾构是一个既可以支承地层压力又可以在地层中推进的活动钢筒结构。钢筒的前端设置有支撑和开挖土体的装置，钢筒的中段安装有顶进所需的千斤顶；钢筒的尾部可以拼装预制或现浇隧道衬砌环。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装（或现浇）一环衬砌，并向衬砌环外围的空隙中压注水泥砂浆，以防止隧道及地面下沉。盾构推进的
7、反力由衬砌环承担。 2.1.1 盾构法的重大危险源：掌子面支撑 危害表现：开仓时掌子面失稳导致相邻建（构）筑或地表变形严重或产生喷涌。 盾构施工过程中若遇大粒径卵石和漂石处理难。只能通过盾构打开土仓，进行人工破碎，易产生掌子面失稳坍塌事故。 盾构机行走姿态控制难度高。由于武汉地区地质结构复杂多变，成“八宝粥”形态，盾构掘进极易造成跑偏，而纠偏时又易产生建筑空隙引起地面正常沉降，甚至产生塌陷事故。 由于地下水位高，砂夹卵石层透水性强且含有大量细砂，如处理不当隧道内易产生喷涌灾害性事故。 2.1.2 盾构法施工其他安全风险 盾构掘进中的风险源主要有地表沉降、穿越地下障碍物、输送机喷涌、换刀风险、管
8、片上浮等。 1）地表沉降：是盾构掘进施工面临的主要风险。如地表沉降控制不当，可能造成地面下陷、甚至引起建构筑物受损。 2）穿越地下障碍物：在遇到障碍物，如大石块等，容易造成盾构机较大的磨损甚至无法正常掘进。 3）输送机喷涌：在常规盾构掘进过程中，由于对前方水体性质不明，或在地表水体下掘进，都可能发生螺旋输送机泥土喷涌的现象，甚至会伴随地面沉降，沿海软土地基中此类事故曾有过发生。 4）换刀风险：因刀头磨损而换刀盘也是常规盾构施工的风险源之一，特别是长距离或土层性质变化大的盾构施工。 5）管片上浮：常规盾构施工中可能存在的管片上浮风险。 2.2 矿山法 地铁隧道矿山法施工即新奥法施工。新奥法是以隧
9、道工程经验和岩体力学理论为基础，将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的施工方法。新奥法技术摒弃了以整体式混凝土衬砌被动地支撑洞室围岩的传统做法，改由柔性、薄壁、能与围岩紧密帖合的锚喷网支护保护、加固围岩，从而发挥围岩的自承与自稳能力形成天然承载结构，从而达到省工、省料和降低造价的目的。 2.2.1 矿山法的重大危险源：衬砌支护 危害表现：相邻建（构）筑或地表变形严重或围岩坍塌或地下涌水。 2.2.2 矿山法施工其他安全风险 矿山法施工如果初期支护同围岩帖合不紧，形成空隙，使支护与围岩分离，提供了围岩变形的空间条件并不断向围岩深处发展，造成松动破坏区扩大，最后由初期支护单独承担荷载，易使
10、支护失稳、围岩坍塌、地表沉陷和相邻建筑物变形，另外，隧道通风不足导致中毒窒息，触电事故等。 2.3 明挖法 明挖法是在地面交通和环境允许的地方通常采用明挖法施工。明挖法具有施工作业面多,速度快,工期短,易于保证工程质量和工程造价低等优点。但因对城市生活干扰大, 应用受到各种因素的限制,尤其是当地面交通和环境条件不允许,只能采用盖挖法和新奥法。 2.3.1 明挖法的重大危险源：深基坑，高大模板，塔吊或龙门吊 危害表现：相邻建（构）筑变形或基坑壁坍塌，支模架失稳坍塌造成群死群伤，塔吊折臂或倒塔，龙门吊倾斜事故。 3 武汉地铁土建施工安全风险应对策略 施工安全风险绝大部分是可控的。有效的安全防范和应
11、急救援，可将事故损失降低到无安全防范和应急救援的 6%2 。通过上文对武汉地铁施工重大安全风险的分析和梳理，有针对性地制定和实施有效的防治对策，就可为工程施工各个阶段、各个方面的安全提供保障。 3.1 完善项目安全管理体系、建立各项安全生产责任制 安全管理体系是针对现场安全实施的一套管理系统，建立健全安全生产保证体系，实行安全生产责任制，有组织地开展安全管理活动。建立各级安全岗位责任制，形成上下齐抓共管的安全管理网络，做到安全工作层层有人抓。 3.1.1 建立各级安全生产责任制 1）建立各级领导干部安全生产责任制。贯彻“管生产必须管安原则,做到在计划、布置、检结、评比生产的同时要计划、检查、总
12、结、评比安全工作。 2）建立各部门的安全生产责任制。必须确保所管辖的业务范围内的安全生产,确保整个企业、所有部门的安全生产。 3）建立班组长的安全生产责任制。抓好全班组的安全生产工作，纠正、阻止违章作业，及时发现各种风险,遇到不能解决的问题及时上报,发现危及人身和财产安全的重、特大风险可以临时停止工作,把人员撤离现场,再报告上级有关部门。 4）建立工人(工作人员)的安全生产责任制。遵章守纪,不违章操作,随时劝阻他人违章作业,同时拒绝违章指挥。 3.1.2 明确安全管理岗位责任 明确安全责任是安全管理的事前准备工作，责任越明确、越细化，准备的就更充分，进入实际操作中就越能提高安全管理的实效性。
13、1）要体现量化、细化的原则。明确安全责任要结合地铁项目实际情况，通过合理量化和细化责任条款，激发广大职工的责任意识和参与意识，为现场控制、信息反馈、考核评价做好铺垫。 2）要体现高标准“零缺陷”的管理思想。在责任确定中应当依照“零缺陷”管理的思想，严格界定项目各个岗位安全职责，以提高岗位工作标准促进整体安全管理水平的提高。 3.2 制定突发事故应急预案 为了确保科学、有效、符合实际,突发事故应急预案应按一定的程序进行制定。一般程序基本分为突发事故及其危险性分析、应急计划对象区域范围划定、编制应急救援预案计划、应急救援预案演练、效果评价与改进等,如下图所示3 。 3.1.2 突发事故应急预案制定
14、程序 突发事故应急预案的一般内容如下4 5 ,其中核心内容是制定所采取的技术措施和组织措施: 1) 组织机构及其职责,包括:应急预案制定、日常协调和指挥机构；相关部门在应急救援中的职责和分工。 由于应急救援是一项系统工程,涉及面广,所以预案中必须明确相关部门和单位、人员的职责分工。 2) 危害辨识与风险评价。通过风险评价确定主要危险源(重点目标) 及其区域。 3) 通告程序与报警系统。 4) 应急设备与设施。 5) 应急评价能力与资源。 6) 保护措施程序。 7) 信息发布与公众教育。 8) 事故后的恢复程序。 9) 培训与演练。 10) 应急预案的维护。 与应急预案配套,还应制订值班制度、检
15、查制度和例会制度;制订紧急情况下操作程序和方法;针对危险源应制定工程抢险抢修的程序与方法。3.3 积极参与和应用地铁工程施工安全风险预警系统 武汉市地铁集团和华中科技大学、上海同是科技公司共同开发了一套地铁工程施工安全风险预警系统，该系统在武汉地铁 2 号线一期工程上实验和应用，取得良好的效果6。远程监控系统将施工过程中地下水抽水量的变化、基坑的变形控制、渗水程度等情况分成 16 个类别，每天收集来自施工现场及第三方安全监理的观测数据，经过专用软件计算出数值，对施工风险进行实时预警和控制。 3.4 积极有效应对不良地质体 由于地铁建设涉及隧道施工和大量(深) 基坑施工,坍塌事故是地铁建设施工最
16、主要的危险源,容易造成施工人员的重大伤亡,并导致周边环境出现重大风险,地面或建筑物、构筑物沉降,对各类市政基础设施安全运行构成重大风险7。不良地质体是导致隧道、深基坑发生坍塌事故的基础条件。由于其分布的随机性和隐蔽性，不易预知和探明，施工中突然遭遇不良地质体往往猝不及防，从而造成更为严重的破坏后果。应对不良地质体的一般原则：将不良地质体的预报作为超前预报的重点，在交通繁忙的闹市区对地层中水体水带分布、空洞及异常区进行重点探测，以事先杜绝风险源；对地质异常区派专人定期巡查，以便及时发现问题及时处理；暗挖施工前尤其要对结构上方空洞及地质异常区进行处理，保证暗挖施工安全；加强监控量测对施工的指导作用
17、，使量测数据发挥实效； 出现险情后及时疏导并迅速启动应急预案，最大限度地降低事故损失。对工前探测得到的不良地质体及早处理，对于可能成为地铁施工安全风险的空洞、水囊要排水后进行回填和注浆。 3.5 加强地下管线的调查及变形控制 针对地铁施工中管线事故，防治的关键在于首先根据地下管线与新建地铁工程的相对位置，深入分析其与地层的相互作用，进而评估地铁施工与地下管线之间的相互影响。施工前对施工场地周围邻近管线进行调查，主要包括内容包括：管线使用功能、与隧道相对位置、埋深、管径、埋设年代、构造、材质、接头形式等；对管线因施工产生的变形进行预测，定量掌握施工影响程度通常采用结构模型分析法或耦合模型分析法，确定使地层变位达到最小时的最佳施工方法，同时对隧道开挖过程中管线地基变位机理和形态的正确预测；以管线的安全为目标，制定科学合理的管线控制标准，目前主要有管线变形控制标准、管节受弯应力控制标准和管接缝张开值控制标准等实际中应根据各管网线路的材质及可变性情况，结合地表沉陷槽分布规律进行综合考虑，尤其要对管线“递进式”的破坏模式进行深入分析，相应提出分级破坏标
