成都地铁中医学院站施工安全风险分析

陈海勇，石达强

(北京中铁隧建筑有限公司，北京 100022)

0 引言

随着国民经济的发展和城市化进程的加快，城市交通量急剧增长，城市交通堵塞现象日趋严重，发展城市轨道交通已成为必然选择。地铁车站作为地铁设计、施工最重要最复杂的部分，涉及面广、投资比例大，其安全风险管理对整个地铁工程来说至关重要;再者，近年来发生的一系列地下工程事故教训惨重。因此，加强地铁土建工程，特别是地铁车站工程的施工风险分析、风险管理是相当有必要的。

以往对地铁区间及车站施工风险分析及管理已做了大量的研究工作:文献［1］对北京地铁五号线崇文门—东单站区间隧道浅埋暗挖施工中风险识别、风险分析和应对措施进行了介绍，对浅埋暗挖工程的风险管理提出了建议;文献［2］介绍了风险管理在上海轨道交通10号线工程中的应用，并介绍了风险管理的基本步骤及评估方法;文献［3］分析了北京某盾构扩挖车站施工中风险因素，并提出了风险处理对策;文献［4］介绍了北京地铁5号线东单站暗挖隧道施工方案;文献［5］阐述了北京地铁劲松车站的结构设计与施工;文献［6］阐述了暗挖大型换乘地铁车站施工关键技术及对策;文献［7］介绍了成都地铁文武路站特殊性分析与设计对策;文献［8-10］阐述了我国工程风险管理的现状、存在的问题及建议等。上述文献对地铁车站的风险进行了详细阐述，但这些文献都没有涉及“站桥合一”车站的风险分析及应对。本文针对成都地铁2号线中医学院站这一特殊的“站桥合一”车站，进行施工风险分析，提出风险应对措施，并对地铁建设施工阶段的风险管理思路提出一些建议。

1 工程概况

1．1 工程简介

成都地铁2号线中医学院站(以下简称“本站”)位于成都市主干道蜀都大道与一环路交叉路口处，为2，4，5号线3线换乘车站。2号及4号线“平行、同站台”换乘，沿清江东路和十二桥路东西向布置，两端为盾构区间;5号线位于站厅层，沿一环路下穿隧道两侧南北走向布置，本次施工预留与5号线区间接口。车站平面位置见图1。

图1 车站平面位置示意图Fig．1 Plan layout of Metro station

为减少修建车站对交叉路口交通的影响，规划时采用“站桥合一”设计、“先桥后站”施工:先在站位上方修建跨线桥，以疏解交通，后在桥下修建车站，车站和桥共用钢管柱。车站西端头位于摸底河岸边约8 m，沿一环路有4车道公路下穿隧道，与车站交角为57°，将车站分隔为东、西2个站厅，站台层顶板紧贴隧道底板。“站桥合一”模型见图2。桥、站、隧道结构节点纵剖面见图3。

本站为地下两层(局部三层)四跨(局部二、三、五跨)双岛式站台车站，总长298．65 m，标准段宽40．9 m，顶板上覆土约3 m，底板埋深约19 m。下穿一环路隧道段(长约33m)暗挖施工，两端(西67．3 m、东198．35 m)盖挖顺作施工。总建筑面积22 095．2 m2，设4个出入口、3组风亭。

本站埋深范围内地层主要为表层杂填土及下层松散-密实卵石土，卵石粒径以20～80mm为主，卵石含量60%～80%。地下水主要为卵石层中的孔隙潜水，含水丰富，水位埋深2．5 m。成都平原的卵石经过较长时间的地质作用和上覆土层的压密，已经很密实，降水后卵石层产生的固结沉降很少。

1．2 工程特点及难点

1．2．1 车站结构型式独特、规模大

本站与跨线桥采用“站桥合一”设计，站、桥共用钢管柱(见图4)，钢管柱采用带扩大端的钢筋混凝土桩基;车站与一环路下穿隧道斜交57°，站厅被下穿隧道分隔为东、西2部分(见图5);双层车站内实现3线换乘，车站规模较大。

图2 “站桥合一”模型示意图Fig．2 Model of combination of Metro station and bridge

1．2．2 桥下“盖挖+暗挖”施工难度大

“站桥合一”设计、“先桥后站”施工，考虑基坑开挖过程中桥墩的稳定，地铁车站采用盖挖法施工，以车站顶板约束桥墩位移。跨线桥总长约350 m，共11组墩柱，其中9组与车站共用，受桥下净高(0～6 m)限制，机械作业困难，靠近桥端约50 m两跨梁体已进入地下，车站土方开挖(见图6)及钢管柱吊装(见图7)难度极大。顶板以上约6 000 m3土方采用人工开挖，钢管柱采用分节法兰连接、人工吊装。

盖挖基坑内受众多钢管柱影响，机械不易操作，横向钢管支撑的安装、拆除及钢筋混凝土支撑的拆除难度相当大，安全风险也大。受钢管柱及内支撑体系的空间限制，土方开挖出渣效率低下，机械伤害事故概率高。

站台层过下穿隧道段采用暗挖法施工，渣土、材料均须经盖挖段顶板预留口进出，倒运次数多，工序相互干扰大。

1．2．3 周边环境复杂，施工安全风险点多、风险高

1)车站顶板与隧道底板密贴。本站下穿一环路隧道时为单层结构(站台层)，长31．2 m、高约11 m、宽40．9 m，三柱四跨矩形结构，分7个导洞开挖。导洞开挖时隧道底板暴露、悬空，使导洞初期支护结构与隧道底板密贴的施工工艺难度大、风险高。

2)高层建筑紧邻且其基础局部紧贴或侵入车站设计轮廓。温哥华广场大楼(36层)距车站主体约7 m，地下室深度约11 m，筏板基础，车站基坑开挖深度约20 m，大于其地下室深度(见图8)，且车站附属外挂结构局部利用其地下室原围护桩作本站围护结构。豪阁商务酒店(9层，1982年修建，条形台阶式扩大砖基础深4．3 m)基础边线距4号出入口最小距离约1．5 m，距主体基坑约5 m。

3)跨线桥与车站共用钢管柱，个别桥桩基紧贴车站围护桩。围护桩紧贴跨线桥2号承台及桩基，需破除承台的部分混凝土方可施工(见图9)。

图8 36层温哥华广场与车站主体关系剖面图Fig．8 Profile showing relationship between 36-storey Vancouver Square and Metro station

4)周边建筑密集，地下管线密布。本站位于城市交通干道交叉口，周边建筑有医院、酒店、商务楼、临街商铺等，地下管线有雨污水管、给水管、煤气管、电力、通信、光缆等呈“蛛网状”分布(见图10)。

5)紧邻摸底河。摸底河河宽18 m、深约4 m，距车站西端头约8 m。原状砂卵石河底渗水性强，5—10月雨季河水最大深度可达3 m。

1．2．4 工期履约压力极大

本项目合同工期为28个月(含拆、迁、改、道路恢复)，合同要求第15个月主体站台层结构全部完工(含暗挖部分)以提供盾构过站条件。无论是关键节点还是总工期都比较紧张，尤其是盾构过站节点工期压力更大。

施工时，车站围挡始于第4个月，完成管线改迁、降水、围护结构、钢管柱及顶板结构历时7个月，约21万m3基坑内土方、主体结构施工达到盾构过站条件耗时近9个月，业主调整工期比原合同节点要求后延近5个月。

2 施工安全风险分析及应对

风险具有不确定性，可能导致损失，也可能不会导致损失，但二者均有一个共同点，即有风险源和诱发风险演变为事件的原因(风险因素)。

施工过程是一个通过施工措施维持或预先构建或随施工过程及时构建的新的稳定和平衡以替代原有稳定、平衡的过程，即维持和构建稳定的过程。施工措施恰当与否关系到施工安全，若措施失当，平衡体系不能维持或及时构建，周边环境受施工干扰将产生不稳定因素，引发安全风险。如基坑围护结构不提前实施，基坑开挖则在不安全状态下实施，就可能产生基坑坍塌等事故，进而可能引发周边建(构)筑物变形、破坏等安全隐患或事件;基坑挖掘卸载导致地层连续性和围护结构平衡受力状态被打破，若内支撑体系架设不及时或不足，可能引发基坑坍塌等事件。

2．1 风险清单

对工程特点和难点进行分析，依风险识辨、分级将本站的主要施工安全风险和对特大、重大危险源进行分析归纳，见表1。

2．2 风险应对措施及效果

针对特大、重大风险源可能发生的不同风险事件，采取相应的设计、施工措施，其效果及措施失当的原因分析见表2。

3 关于安全风险及其应对策略的思考

3．1 风险的阶段性

结合本站实例，风险引发的必要条件是风险源和风险因素，而风险源和风险因素出现、存在于工程建设的不同阶段。

3．1．1 规划阶段留存的安全风险

地铁建设在规划阶段的内容主要是考虑选线和站位规划、总体投资、运营效率、社会效益等问题，是从整体线路的可行性方面进行统筹和全盘考虑，尽量避免更多、更大的风险。线位和站位的不同，直接涉及车站的周边环境，也决定了个别站点必然存在的不可避免的风险源。如本站在成都地铁2号线上的位置，就决定其周边的温哥华广场、下穿隧道、摸底河等风险源的必然存在，这些风险源产生于规划阶段，且是不可避免的。

3．1．2 设计阶段留存的安全风险

规划阶段留存的风险源已客观存在，规划基础上的设计阶段系在满足结构安全和使用功能的前提下进行比选，以达到消除或减小风险源引发风险事件或风险损失的可能性。设计阶段留存的安全风险有规划阶段产生的风险源未得到很好地解决和设计方案或设计措施失当或疏漏引发新的安全风险源或风险因素。

3．1．3 施工阶段的安全风险

施工阶段的安全风险主要来源于规划、设计阶段留存的风险和施工中的安全风险(高空作业、高大模板、受力体系转换等)。

建设工程安全风险具有阶段性，须以阶段性预案和措施应对。

表1 施工安全风险因素与风险事件Table 1 List of safety risks

3．2 风险的应对策略

风险应对应从风险源和风险因素入手，制定阶段性预案和应对措施，风险应对成功与否取决于应对措施的选择。安全风险由客观环境和应对措施失当引发，不同的措施产生不同的结果。本文侧重于施工阶段风险的应对思路。

本站安全风险应对有成功之处，也有失当之处。应对失当的风险多来自周边环境，多系对风险存在的状态和特点不够了解或判断有偏差。

在应对周边环境安全风险时，须认真客观地研究风险及环境特点，为应对措施的拟定提供真实依据;本着“维持和构建稳定、平衡”的理念选择应对措施，效果应具有可验证性。以往实例不乏有些应对措施看似在纠正和补强，但同时措施本身在打破另一种平衡和稳定，基于某些隐蔽工程的不可重复、无法或不易验证、量化检验困难等特点，致使应对措施的效果无法准确判定，其结果可能得不偿失或得等于失，应对措施实施的意义不大。

表2 安全风险应对措施及效果Table 2 Countermeasures for safety risks and their effects

4 结论与建议

4．1 结论

1)充分理解地下工程的施工过程实际上是“维持和(或)构建稳定、平衡的过程”，这对风险应对策略及措施的选择有很好的指导意义。

2)工程建设是分阶段完成的，对于阶段性风险有相应的预案和处理措施，但若前阶段的风险未处理或处理不当，将增加施工阶段的风险。

3)部分风险是客观存在的，风险应对的目标是消除或减小风险的影响程度，应对措施选择的不同将产生不同的结果。

4)施工阶段对风险源和风险因素的辨识及应对消除是风险管理的主要内容。

4．2 意见及建议

地铁工程是“百年大计”，其建设过程的各项工作也围绕“确保施工和运营安全、不留遗憾工程”开展，建设过程中的风险管理至关重要。由上述分析可知，风险的存在和应对具有阶段性。对地铁工程施工阶段的安全风险管理，建议如下:

1)应确立安全风险管理目标。施工过程中的各项安全工作围绕风险管理目标开展。

2)应确立安全风险管理的地域范围。

3)明确风险源。结合周边环境、施工措施、施工资源(人员、机械等)确定，再进行风险源辨识、分级和风险因素分析，并建立台账。

4)根据风险源和风险因素情况，制定针对性预案和措施。

5)实施应对措施，并动态管理安全风险(过程记录、台账、分析总结等)。

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