深圳地铁二期工程建设期安全事故分析

2013-09-05张佐汉

铁道建筑 2013年1期

杨晨，张佐汉

(中国铁道科学研究院，北京 100081)

深圳市地铁二期工程自2005年开工建设到2011年正式运营的6年时间里，5条线路先后开工建设，最终建成车站131个、车辆段5个、停车场2个、主变电所7个，轨道交通线路长度156.5 km，取得了举世瞩目的建设成就。然而建设期间一些安全事故的发生，特别是那些本可避免的安全事故，不仅使工程建设蒙受了相当大的损失，也给深圳的轨道交通事业带来了负面的影响。如何发掘事故发生的特有规律，如何在已有事故的基础上分析事故致因，如何把已有的经验教训转化为管理方法，这些问题的研究都将对今后全国的地铁工程建设产生积极作用。

1 深圳地铁二期工程安全事故分析

1.1 建设期安全事故

据不完全统计，深圳地铁二期工程建设过程中，共发生安全事故43起，10人受伤，20人死亡。其中，2005年1起，无人员伤亡;2007年2起，无人员伤亡;2008年7起，2人受伤，7人死亡;2009年19起，3人受伤，9人死亡;2010年1起，1人受伤，1人死亡;2011年3起，4人受伤，3人死亡。可见，地铁工程的安全事故易发、多发且损伤惨重。

1.2 事故的主要类型

事故发生的类型如表1所示。而在这43起建设期安全事故中，坍塌事故与沉降事故各发生20起和7起，分别占到事故总数的46.5%和16.3%，是地铁工程建设过程中最容易发生的两类安全事故。

坍塌事故是指受到地铁建设影响的建筑物、构造物、堆置物、地层、土石方等因设计、堆置、摆放或施工不合理而发生的突然性垮塌或倒塌，从而造成人员伤害或工程损失的事故［1］。它包括地铁自身主体结构的垮塌，周边建(构)筑物、土石方的倒塌，以及周边地层的塌陷等。沉降事故主要是指在地铁工程基坑开挖或者隧道掘进过程中，因土体、水体受到扰动，周边建筑物、构筑物、地层等的沉降超过一定阈值所引发的损害事故。地下工程在施工的过程中，围岩受到扰动在所难免，只要控制围岩变形的速度和大小，就能很好地保证结构自身及周边环境的安全。

地铁工程中，坍塌事故可能会引起沉降事故，而沉降事故若任其发展也可能会转变成坍塌事故。如在矿山法施工过程中，若未对掌子面进行注浆预加固，就极有可能发生掌子面的垮塌，威胁隧道结构的安全，扰动上部地层引起周边建(构)筑物的不均匀沉降，发生沉降事故。如果不及时进行加固处理，建筑物也有可能因为不均匀沉降过大而开裂、垮塌。从坍塌和沉降事故的影响来看，此类事故能够造成结构自身的破坏，周边建筑物倒塌或开裂，地面塌陷和管线破坏等破坏性后果，属能够造成严重人身伤害和较大经济损失的事故类型。在地铁工程建设过程中，应严防坍塌与沉降事故的发生。

1.3 事故发生的主要阶段

地铁工程在施工过程中需要用到多种施工工法，如地下车站有明挖法、暗挖法等，地下区间有盾构法、暗挖法、沉管法和明挖法等［2］。明挖法都需要对基坑进行支护以抵抗开挖过程中的土、水压力，支护结构的形式也是多种多样，有支护桩体系、地下连续墙体系、土钉墙体系等。各种工法都需要采用辅助工法对不良土体进行预加固，避免开挖或挖掘作业过程中土体与地下水受到侵扰而降低强度、丧失稳定性。辅助工法也很多，注浆、高压旋喷、搅拌、冷冻等是经常采用的工法。高架线属于结构工程，采用的工法以预制架设、满堂支架现浇和节段法拼装或现浇为主，辅助有架桥机、支架体系、挂篮、塔吊等临时承重结构与设备。

表1 深圳地铁二期工程安全事故类型

地铁工程建设期安全事故的发生主要集中在基坑工程开挖、盾构隧道推进、暗挖隧道掘进、高支模施工等阶段。对基坑工程、盾构推进、隧道暗挖、高支模施工这4个阶段进行分析可以有效地预防事故的发生，如图1所示。

图1 地铁工程主要工法及主要风险源(粗线框为主要风险源)

2 主要问题分析及对策

2.1 基坑工程问题分析与对策

基坑工程事故主要有以下3类:①基坑边堆载体失去稳定，滑坡流入基坑，造成基坑被填埋或者局部支护结构被破坏而垮塌;②基坑支护强度、刚度不足引起基坑失稳，这种情况有设计的原因，大多是不按设计要求施工造成的;③基坑工程在施工过程还有可能对周边环境产生破坏性的影响，如土方开挖时若基坑变形过大、围护结构渗漏水可能会导致周边地下水水位降低，建筑物沉降、倾斜、开裂，市政管线损坏，地面沉降，道路塌陷，交通受阻或中断等。

解决基坑工程问题的对策:①保证维护结构的施工质量，严把各分项工程的质量验收，确保基坑不渗水、不漏水;②控制基坑周边堆载，控制土方堆载高度及起重吊装荷载的校核;③控制土方分层开挖、及时架设支撑体系;④加强对地下水位变化、基坑及周边变形的监测，做到信息化施工。

2.2 盾构推进问题分析与对策

盾构在穿越复杂地层、节约工期、控制沉降等方面有着较大应用空间，是目前地铁工程建设过程中经常用到的施工工艺。其在推进过程中所发生事故的主要类型是:地面的隆起和沉降、管线的破裂、周边建筑物的不均匀沉降以及衬砌管片的开裂和错台等事故和病害。这往往是由于盾构在选型和掘进过程中对周边地层地质和水文条件的状况了解得不够清楚，没有及时地采取措施来调整掘进参数或加固，以改变周边地层的水文和地质条件［3］。

解决盾构推进问题对策:①应详细掌握地质水文情况，对盾构机的选型做重点研究，重视盾构机进场的设备完好性;②地层预加固是保证盾构始发、到达、穿越不良地质与建筑物等的重要措施，应分段进行研究，并提前实施;③换刀具是不可避免的，在预见或未预见到的更换地点进行地层加固;④盾构隧道只设一道衬砌，管片错台、开裂、接缝渗水是不可接受的质量问题，发现问题应及时处理，不留隐患;⑤施工操作人员的水平与经验很重要，重视进场人员的资质检查。

2.3 隧道暗挖问题分析与对策

暗挖隧道掘进事故多是由于掌子面的开挖造成周边土体的扰动，而发生一定程度的沉降导致周边雨水、污水管线断裂，进而引发涌水、涌泥事故，更严重者会导致地面坍塌、周边建(构)筑物损坏。

暗挖隧道掘进问题对策:①对市政管线的调查很重要，如果掌子面上方有雨、污水管线，应高度重视，分析存在的可能风险;②市政雨、污水管线是承插口连接，存在渗漏水的现象是不可避免的，管下地层受水浸泡、含水率高，强度大幅度降低，应判断是否采取地层预加固措施(注浆);③对加固的土体应进行原位试验以检验加固效果;④应加强对地层的监测工作，数据应及时反馈，发现问题及时解决。

2.4 高支模施工问题分析与对策

地铁工程高架线施工过程中，事故主要是支架、模板的垮塌。这类事故造成的损伤比较大，往往是群死群伤事故，应予以高度重视。支架、模板工程一般都是由施工单位自行组织设计，经监理单位审核后，方可组织施工。但是由于其设计水平、设计手段的制约，设计深度不够、不细，而监理单位由于自身水平的限制不易审查出问题，这样就容易导致操作人员的理解偏差，造成安全事故。在施工检查验收方面，只要求强度、刚度满足要求，至于怎么做到并没有详细的规定。

高支模施工问题对策:①对于施工单位自己设计的临时结构工程，应给予严格的审核，审核临时结构的刚度、强度满足要求，对于不满足要求的，应要求其将设计任务交给有资质的设计单位;②设计的深度和细度应能够满足指导施工的需要，避免操作人员理解上的误差;③对支模材料、杆件、连接以及安装进行检查与验收，落实规范规定的强度和刚度满足要求，对于工厂制造的，应驻厂监造、进场验收，对拆、装移动式的，每次使用前均应进行安装验收。

3 建设期安全事故深层原因分析及对策

3.1 事故发生的根本原因分析

通过对基坑工程、盾构推进、隧道暗挖、高支模施工这几个地铁工程安全事故易发阶段的主要问题分析，不难发现，地铁工程安全问题，尤其是造成群死群伤的安全问题，实际上都是是施工质量问题，大都是临时结构工程或地层预加固(辅助工法)的施工质量问题。发生的安全事故无一例不是施工质量达不到设计、规范、或应有的标准所造成的，重视临时结构工程、地层预加固(辅助工法)的质量问题，安全工作才可能有保障［4-5］。

3.2 辅助工法问题分析

地铁工程辅助工法主要是对地层的预加固，通过搅拌、旋喷、冷冻等化学、物理方法对土体进行加固，以降低开挖对土体的扰动。一类是在土中混合添加固化剂(化学法)，提高土的强度与密实度，从而抵抗开挖面的土压、水压。另一类是采取物理方法将土水固化、排水以抵抗开挖面的土压、水压，如冷冻法、排水固结法等。加固的土体一般应具备以下两个方面的要求:首先，加固土应有一定的强度，一般单轴无侧限抗压强度为0.3～1.0mPa，强度也不宜太高，否则在开挖时增加了施工难度;其次，加固土应有一定的抗渗能力，根据开挖面的深度、土层性质、水位高度等确定标准值，一般地铁地层加固后开挖面深，如标准太高无法满足，则应采取降水的辅助措施，以减低所面临的水压要求。

地铁工程的安全事故大多数都是因辅助工法的施工质量满足不了要求，在后续开挖或掘进过程中抵抗不了开挖面的土压、水压而发生的。发生的质量、安全事故分为两类:一类是认识到了但加固土体积不够或加固效果不好所产生的，其中该实施而未实施、或实施了而不全面的属于人为因素;实施了但效果达不到要求的属于管理因素。另一类是没有认识到需要进行加固，属于风险没有预见到，属于超人为因素。

3.3 临时承重结构问题分析

地铁工程中，临时承重结构包括桥梁墩柱模板、就地现浇梁支架模板、预制梁安装整套设备、挂篮施工整套设备、桥梁施工台车、暗挖隧道二衬台车、竖井提升装置、塔吊、龙门吊、钢支撑系统、盾构始发承力架、重叠隧道的支撑架及其他临时承重结构等。

地铁工程安全事故少部分发生在临时承重结构。这类问题主要是临时结构在设计、施工过程中出现了问题。工程的质量验收工作只对永久结构工程做了详细的要求，分控制性指标和一般性指标进行验收，而对临时结构工程却没有相关的规定，临时承重结构不能够按照“完成一项验收一项”的原则组织验收，安全风险积累到一定程度，就容易发生安全事故。

3.4 解决对策

1)对辅助工法的施工质量进行控制。要注意以下几点:加固土的体积(长、宽、深)应根据土体性质、环境要求、开挖面规模等，通过设计计算确定，确保抵抗开挖面的土压、水压。加固效果必须通过原位试验进行检验，一定要采取钻芯取样检测的方式，对土体钻芯取样做强度、抗渗和土工试验，试验时见证送检。另外，打设探孔、埋设测点进行观察，对加固土体的均匀性进行辅助检查。由于开挖施工周期长，试验与观测应是较长时间的监测，应贯穿于施工的整个过程。

2)强调临时结构工程必须按永久工程进行设计、施工与验收，合格后方可进行下道工序的施工。

3)在施工方案审查中，除了对施工方案本身审查外，还要对施工环境是否进行了详细调查，是否采取了针对性的施工措施进行审查。

4)重视重点工序开工前的审查，如基坑开挖前和开挖下层土方前、暗挖隧道进洞开挖前、盾构始发前、墩柱浇筑混凝土前的模板系统、现浇梁板安装钢筋前和浇筑混凝土前的支撑系统、桥梁挡板浇筑混凝土前的模板系统、每节段浇筑混凝土前的挂篮系统、浇筑二衬混凝土前的台车安装、进场施工前的围挡等。审查各分部分项工程开工前检查是否都合格;是否还需要采取其他施工措施来保障工序的安全。

5)跟进工程验收，完工一道工序验收一道，完工一个分部分项工程验收一个。验收时，应有试验数据作为验收的依据。对土层预加固必须有原位试验，合格后方可进行后续施工。

6)预控是重点，过程控制是着落点。

7)熟悉设计、了解环境、明确合格标准、及时检查与验收，应贯穿于施工工作的全过程。