软土地区地铁隧道联络通道实施风险与监理对策

金 磊

(上海天佑工程咨询有限公司,200092,上海∥工程师)

软土地区地铁隧道联络通道实施风险与监理对策

金 磊

(上海天佑工程咨询有限公司,200092,上海∥工程师)

软土地区特殊的地质与水文环境特点使地铁隧道联络通道施工风险很高,其工程安全问题越来越受到参建各方的高度关注。介绍了软土地区联络通道工程主要的实施风险,分析了在实践中遇到的易引发事故的常见问题,加深对风险的认识。介绍软土地区联络通道面对突发险情处置的工程实例。阐述了监理作为工程管理重要参与方,应对软土地区联络通道施工采取有针对性的管理对策。

软土隧道;联络通道;风险;监理对策

Author's addressShanghai Tianyou Project Management Consulting Co.,Ltd.,200092,Shanghai,China

地铁隧道联络通道一般位于上、下行线区间隧道中部,常与泵站合并建造,既起到联络作用,又起到集、排水作用,是区间隧道土建工程的重要组成部分。在软土地区修建联络通道,由于软土压缩性高、含水量大、强度低等特性,给施工带来了更大的难度,施工期间若控制不当,极易引发工程事故。为此,软土地区联络通道施工安全问题也越来越受到地铁工程参建各方的关注。为确保软土地区联络通道实施安全,应对可能面临的实施风险有全面的认识,这样才能在工程实践中有的放矢,有效预防与控制风险;即使遇到突发事件,如果措施得当也能及时控制险情。同时现场施工监理也应积极发挥监管作用,采取有针对性的管理对策,以避免工程事故的发生。

1 软土地区联络通道实施风险

1.1 施工风险

根据软土地区地下水位高、土体强度低的特点,目前地铁隧道联络通道大多采用土体加固、矿山法暗挖的施工工艺。该工艺首先通过有效的土体加固措施(如深层搅拌法或冻结法),提高开挖土层强度、稳定性、隔水性能,然后在加固土体保护下进行开挖、支护、混凝土浇筑,从而形成联络通道结构。其中良好的土体加固效果是确保安全开挖的前提。开挖阶段是风险最高的阶段,若控制不当,极易产生土体失稳、水土流失等异常情况,从而导致土体坍塌、隧道变形、地面沉降等突发险情。因此,正确认识软土地区地铁隧道联络通道的施工风险,是确保联络通道、区间隧道和地面环境安全的前提。

1.2 组织风险

健全管理组织体系是实现联络通道工程质量、安全的有力保障。随着我国地铁建设高潮的到来,很多参建单位尤其是那些资质高、业绩多的单位工程任务都达到饱和。在这样的背景下,管理组织问题就显的格外突出,主要体现在:

(1)承包人不能很好地履行投标承诺,往往是投标一套班子,实际投入一套班子。而发包人虽然在合同条款中对承包人数量和资质有所约定,但缺乏有效监管。

(2)现场管理组织体系不健全,一方面管理人员数量少,管理力量薄弱,关键部位(工序)施工不能监督到位;另一方面管理人员能力不足,没有管理类似工程的经验和水平,容易导致管理失控。

(3)现场应急组织体系不健全,面对突发险情,应急响应迟钝,联络渠道不畅通,应急物资、设备、人员不能及时到位,从而延缓了抢险的时机。

1.3 环境风险

准确掌握联络通道建设区域内地质、水文环境条件是确保工程环境安全的基础。联络通道施工面临的环境风险主要体现在两个方面:一方面是软土地区特有的地质、水文特点造成的。软土地区地下水位高、土体强度低,需要采取有效的土体加固措施,才能确保开挖的安全;若加固土体效果不佳,容易引发水土流失,造成地面沉降、隧道变形;若联络通道(或泵站)底板下受承压水或微承压水的影响,施工的风险更高。另一方面,地铁隧道建设区域多数位于城市中心区域,地面既有或在建的建筑(构筑)物多,浅部又埋设诸多地下管线,尤其是市区的繁华地段,情况更为复杂,一旦造成地面沉降,后果不堪设想。

1.4 技术风险

1.4.1 勘察风险

地质水文勘察资料是拟定施工技术方案的重要基础资料。一般情况下区间隧道都有详尽的地质、水文勘察资料,但联络通道区域的地质、水文勘察资料往往容易被忽视。如:联络通道建设区域内没有详勘的完整资料,勘探孔数量和深度不足,水文与地质条件评价分析深度不够,地下存在沼气没有探明等,这就给联络通道实施期间施工风险的准确评估、专项方案的针对性编制、风险源的有效防范等带来了难度。若承包方在没有详勘资料的情况下,仅依靠周边勘察资料或经验来推断联络通道建设区域内的地质、水文条件,贸然组织施工,很可能留下极大的安全隐患。

1.4.2 设计风险

施工图设计文件是指导现场施工的关键性技术资料,高质量的施工图设计文件可以为施工安全提供必要的理论支撑。目前,由于工程建设工期紧,边设计、边施工的情况经常发生,而有经验、有水平的设计人员也比较缺少,故容易在设计环节上出现如设计缺陷、设计失误等问题,给后续施工带来隐患。可能存在的设计问题主要体现在以下方面:

(1)设计单位虽然有地铁结构设计的资质,但对冻结法或其他土体加固专项设计缺乏足够的经验和深入的研究,设计文件编制上过度信赖没有设计资质的施工方的意见。

(2)冻结专项设计中有关冻土力学参数的选择及冻土帷幕的设计,随设计方的不同而变化,选用不同的计算模型得出的安全系数差异较大,缺乏统一的技术规范标准。

(3)设计深度不够,如:安全防护门没有专项设计,其强度、刚度、密封性能在施工期间不能得到保证;采用冻结法施工未对解冻和融沉注浆进行详细设计。

1.4.3 方案风险

施工方案是现场施工操作指导性文件,其编制质量的好坏直接关系到工程的成败。联络通道土体加固暗挖施工工艺虽然是目前相对比较成熟的施工工艺,被广泛运用在实践中,也有诸多成功案例,但有的承包方在方案编制上还是存在不少问题,在审批过程中没有被及时发现。其主要问题体现在:

(1)未选择适宜的土体加固方法,或施工技术参数(如深层搅拌法水泥掺量,冻结孔的布置间距等)设置不合理,不能满足设计要求的加固效果。

(2)土体加固效果检测手段不完善,如深层搅拌法加固可通过钻芯取样检测土体加固强度,但加固土体的均匀性(达到设计要求的渗透系数)仍然无相应的判断标准及检测手段。

(3)开挖土体步骤、开挖顺序安排不合理,开挖步距设定过大,临时支护措施可靠性比较差。

(4)监测方案缺乏针对性,监测报警参数的取值、监测点的检测频率与实际工况对比不吻合,造成开挖期间不能及时对异常情况作出准确判断,监测措施无法真正为安全施工保驾护航。

(5)应急措施考虑不周全,例如:在有承压水(或微承压水)地层施工时没有考虑设置必要的备用减压井,冻结孔钻进时未考虑对涌水涌砂的防范,冻结设备运转不能保障不间断作业,水平开挖联络通道有竖向防护门而竖向开挖泵站却无水平防护门等。

(6)应急预案针对性不强、脱离实际,应急物资或抢险材料准备不充分,一旦发生突发险情,不能及时有效地控制险情扩大。

1.5 管理风险

强有力的现场管理是确保联络通道施工质量与安全的重要前提。管理程序上的混乱是导致事故发生的罪魁祸首。如2003年上海发生的联络通道事故就是一起典型的管理责任事故。目前很多工程在施工管理环节上仍存在不少漏洞,体现在:

(1)施工技术方案虽然经过专家论证,但对专家评审意见重视不够,没有很好地落实评审意见就盲目组织施工,大大增加了事故发生的可能性。

(2)编制的施工技术方案得不到有效贯彻执行,施工技术交底流于书面形式,现场的具体管理人员对施工方案不了解,无法有效进行管理。

(3)施工技术变更程序管理混乱,施工决策欠慎重,随意调整原经审批的方案,而调整方案后却没有相关的审批手续。

(4)对关键环节把关不严,不具备开挖条件仍贸然组织开挖。

2 软土地区联络通道面对突发险情的处置

软土地区修建联络通道施工风险高是客观存在的。在应对工程风险时,事先采取有针对性的预防措施予以控制,可以尽量避免或减少工程风险发生的概率。万一遇到突发险情时不能慌乱,如果抢险措施得当,也能有效控制险情,避免损失的扩大。本文介绍某软土地区联络通道工程实施中对突发险情的处置,希望类似工程有所借鉴。

2.1 工程概况

某地铁隧道设计为内径 Φ5500 mm的单圆隧道,管片厚度350 mm,采用通缝拼装。在上行线里程C2K0+781.303 m处设水平联络通道及泵站。联络通道及泵站结构局部位于⑤2层微承压含水层中。该工程原设计采用深层搅拌法加固土体,矿山暗挖法施工。搅拌桩加固于区间隧道盾构推进前完成。搅拌加固范围为联络通道中心线两侧宽度各6.4 m,总宽度为12.85 m,沿联络通道轴线方向长19.7 m,深度标高自隧道顶部以上3 m至旁通道结构底板以下3 m(见图1)。

图1 联络通道剖面图

2.2 突发险情的发生

该工程联络通道从下行线开始开挖,采用钢拱架和木背板跟进支护。当开挖进尺至2.7 m时发现在2.4 m处底板突然涌砂冒泥,随后向联络通道内填入8 t水泥和若干砂袋。在未能控制涌砂冒泥的情况下,紧急关闭联络通道的安全防护门。由于安全防护门密封性能较差,涌水涌砂的状况又没有得到及时控制,联络通道附近钢筋混凝土隧道管片开始出现不同程度的开裂、渗漏等,部分管片连接螺栓拉坏,情况十分危急。

2.3 突发险情的处置

承包方及时向本单位上级主管部门、建设单位、建设指挥部、政府主管部门汇报了险情。接报后有关专家与抢险人员立即赶赴现场,现场紧急成立抢险指挥部,由专家组制定抢险方案,果断采取措施控制险情的扩大。主要措施包括:

(1)对安全防护门进行加固,防止其变形,对涌水涌砂起到抵挡作用。

(2)从地面向已开挖的空腔内注入聚氨脂(耗用约6.25 t)进行应急封堵,填充已开挖部分,防止水土流失状况进一步扩大。

(3)在加固体外围采用分层注浆方法注入水泥浆(耗用200 t)填充因水土流失形成的空腔,防止隧道和周边地面沉降趋势加大。

(4)在地面施工补充了4口减压井,降低下部的承压水水头。

(5)在隧道内临时架设“米”字型支撑,控制隧道结构变形的发展。

(6)对隧道与地面变形情况采取高频率的监测,从监测数据变化趋势判断对险情的控制程度。

通过采取一系列及时、有效的控制措施,险情得到了有效控制。在隧道结构、地面沉降趋于稳定后,将原联络通道加固方案变更为冻结法加固,并重新进行专家评审后,再组织施工;同时考虑了对受损隧道进行必要的加固与修复。

3 软土地区联络通道监理对策

软土地区联络通道施工过程中,施工监理受业主委托,按照合同约定提供全过程、全方位的管理服务,在整个建设管理体系中应发挥其重要作用。只有采取有针对性的管理对策,才能对联络通道施工质量与安全进行有力的监督管理,从而保障工程的顺利实施。

(1)准确掌握地质水文状况。监理应组织或参与勘察交底,熟悉建设区域内的地质、水文特点;同时仔细分析勘察资料,若发现勘察资料不全,应及时向业主反映,要求安排补充勘察。

(2)参与到方案评审各环节。联络通道施工属于危险性较大的分部分项工程,其设计、施工方案需经过专家评审。认为方案评审只是设计和施工方的事情而与监理无关的观点是错误的。监理应积极参与到方案评审过程中,参加评审会议,准确领会专家对方案的评审意见;评审结束后,及时组织有关单位逐条讨论如何落实评审意见,并监督落实情况。

(3)重视对分包方的审查与考察。联络通道施工由于专业性较强,通常分包给专业单位施工。监理除了对分包单位的资质、业绩、现场管理人员资格等进行必要审查外,有条件的应对分包单位在建类似工程进行实地考察,了解分包方的管理水平和实际能力。

(4)有针对性地审批专项方案。监理对专项方案的审批,除了对施工方案的程序性、符合性审查外,应注意专家评审意见在方案中有无具体内容体现;对现场环境特别复杂的工程,还应报请监理上级技术负责人一起会审。

(5)监理工作交底不容忽视。为确保工程顺利实施,监理应就监理规划和专业监理实施细则对总包方交底,再由总包方向分包方交底,形成二级交底制度,使总包与分包方清楚监理管理的要求、程序、重点等关键内容。同时监理人员也要加强对开展监理工作的指导性文件的学习,由参与编写的人员向未参加编写的监理人员内部交底,确保监理工作能按照指导性文件具体操作。

(6)督查应急准备状况各环节。监理需审查应急预案编制的针对性、可操作性,如果有条件,可督促承包方进行演练;检查承包方建立、健全现场的应急管理体系;督促检查应急预案中人员、物资、设备在现场的实际落实情况,逐一核对,避免遗漏。对于未放在现场的应急材料或设备,必须要明确存放地点和联络方式。

(7)全面检查开挖是否具备条件。督促检查承包方充分做好开挖前的各项准备,包括技术、材料、人员、设备、监测等各方面的准备;召开关键部位施工条件验收会议,评估承包方各项准备工作完成情况,对是否满足开挖条件作出监理的判断,对不满足开挖条件的工程,要敢于表达监理的立场,签发必要的监理指令,待开挖条件全部具备后再批准开挖。

(8)专项方案实施的动态监督。按照“施工方案一经审批,不能随意调整”的原则,监理应加强对方案执行情况的监督检查。首先,各级监理人员都要熟悉、掌握经批准的施工方案中工艺流程、施工步骤、技术要点等关键内容;其次,加强巡视监督,如果发现承包方擅自调整施工方案,要及时签发监理指令予以制止。

(9)对关键检测工作现场见证。对土体加固效果的检测在联络通道的施工中十分关键,一般设计会提出加固后土体强度要求(如深层搅拌法可通过钻芯取样进行检测),此外还可以采取开挖前对加固土体打探孔作为辅助检验手段,检查有无涌水涌砂的异常情况。以上检测工作监理均应现场见证,以确保检测工作的准确性、真实性。

(10)对暗挖全过程旁站监督。暗挖施工是联络通道风险最高的施工环节,在该阶段应配置足够的监理人员轮流值班,现场监督开挖方案执行状况,做好原始的旁站工作记录,如实反映施工实际状况。若发现承包方存在违规行为要及时遏止,发生工程险情要及时汇报,并监督承包方按照拟定的处置措施处置险情。

(11)动态掌握和分析监测数据的变化。监测手段是确保联络通道安全施工的眼睛,监理应动态分析监测数据变化值与变化趋势,当次变量或累计变量超过报警值或数据变化比较异常时,要及时组织有关方召开专项分析会议,找出原因,制定处理措施,不能存在侥幸心理。

[1]杨志鸣.市政工程施工安全技术[M].上海:同济大学出版社,2006.

[2]中国建设监理协会.建设工程监理概论[M].北京:知识产权出版社,2007.

Risk Management of Metro Tunnel Communication Passage on Soft Soil

Jin Lei

Because of the special geological and hydrological environment of soft soil,the construction of metro tunnel communication passage is full of risks,and therefore attracts more and more attention on the project safety.This article introduces the engineering risk,analyses the causes of accidents occurred in the engineering to intensify people's acquaintance of risk,and disusses how to deal with the accidental risks on the practical engineering projects.The author suggests that effective supervision and countermeasures must be taken for the construction of communication passage.

tunnels in soft soil;communication passage;risk;supervision countermeasures

TU 712+.2:U 453.4

2008-07-15)