城市轨道交通施工中的风险管理

2020-09-07张鹤年陈亮伍进进席培胜汪少涵

安徽建筑大学学报 2020年3期

张鹤年，陈亮，伍进进，席培胜，汪少涵

(1.安徽建筑大学土木工程学院，安徽合肥 230601；2.安徽建筑大学建筑结构与地下工程安徽省重点实验室，安徽合肥 230601)

0 引言

我国许多城市都在进行城市轨道交通的建设，地铁轻轨已经覆盖到了35 个地市，总长度已经达到5 021.7 km[1]。轨道交通工程的建设中存在许多安全问题，地铁工程技术的复杂性和风险的不可预见性，导致其在施工和运营中的事故会经常发生。据统计，我国2002～2016 年间共计发生轨道交通安全事故246 起，其中地铁建造速度越快的年份，事故发生率越高，事故的类型大多是基坑坍塌风险事故[2]。这些工程事故不仅造成了建设资金的浪费，还造成了人员的伤亡。因此，对地铁风险进行科学管理，降低事故发生的可能性具有重要意义。

1 轨道交通风险管理研究现状

城市轨道交通工程的风险管理问题是轨道交通建设项目中的重点难题之一，基于完善的风险管理理论体系条件下，越来越多的学者投入到轨道交通工程的风险研究中。国外Einstein.H.H 教授最早提出对地下工程安全进行风险分析[3]。剑桥大学Burland.J.B 基于风险评估项目中的规律研究，建立隧道风险对环境影响的评估方法和程序[4]。Reilly.J.J 认为轨道交通的建设过程就是风险管理和风险分担的过程，对于轨道交通的风险控制需要贯穿建设的全阶段[5]。我国最初由清华大学郭忠伟教授系统引入风险管理分析理论，他在《风险分析与决策》中详细地介绍了风险分析理论和方法[6]，紧接着出现大批地铁风险管理的研究者。2011 年丁烈云从组织、技术、环境和监控预警的角度定性地研究了风险管理方法[7]；2014 年吴贤国等通过贝叶斯网络对地铁风险进行定量的研究管理[8]。2019 年李晨爽，对地铁基坑施工中的风险，从风险关联分析、耦合风险评估、动态风险管控三个方面，提出了深基坑耦合风险动态分析模型[9]。

本文通过对实际工程案例中的风险源进行控制，提出了关键风险源监测控制的方法，更有效地实现了风险的管理。

2 工程概况

淮海大道站位于合肥新站区铜陵北路与玉皇山路交口，沿铜陵北路东侧南北向布置。车站的东北方向是一块未开发的空地，西南方向是安徽医科大学附属医院，东南方向是北岗花园小区。淮海大道站为地下单双层混合双跨(局部为三跨)的岛式车站。车站的区间内设有3 个出入口、2 个预留人防接口和一个预留出口。该站总长385.80 m，基坑双层标段车站地面设计标高约37.30～39.40 m，覆土层厚度2.50～3.62 m，地面西侧高东侧低，开挖宽度19.70 m，挖深16.90 m，小里程盾构工作井挖深19.70 m。单层标段基坑的地面设计标高约为36.63～37.30 m，覆土层厚度为6.90～7.60 m，地面南侧低北侧高，基坑宽度是22.05 m，基坑的深度是15.11 m，大里程工作井基坑深度约17.24 m，施工开挖方法选用明挖法施工。

工程地质与水文地质条件：对基坑土层钻孔勘探，通过土工试验，将土层分成三层，分别是人工杂填土层、第四系晚更新统冲洪积层(主要是粉质黏土)和白垩系上统张桥组层全风化泥质岩层(主要是风化岩土)。车站土层水文：上层水体主要为上层滞水，下层的水体主要为基岩裂隙水，坑内积水主要通过明排水方式处理。

地下管线情况：车站主体结构范围内各类管线密布(包含雨水、污水、给排水、电力、燃气、交通信号等)，施工时，原基坑内的管线需要开挖前迁出，淮海大道电力管纵穿车站，需要悬吊保护。

3 基坑开挖工程的风险管理

3.1 风险源识别

轨道交通施工过程中主要考虑自身风险和环境风险，自身风险描述：淮海大道站属于高边坡深基坑开挖，机械设备、人员的选用和组织管理水平会对施工造成很大影响；深基坑开挖时，施工技术和土体自身的因素可能会导致基坑土体滑塌、支撑维护体系的失稳侧移、基底隆起、维护结构涌水等风险问题。环境风险描述：安医大附属医院位于车站西侧，距车站最近位置52 m，距入口最近29 m，为避让车站主体，沿车站主体布设的D1400 埋深约9.0～12.5 m 的污水管道永久改迁，5 000 mm×2 200 mm 埋深7.1 m 的雨水箱涵、100 mm×60 mm 埋深1.18 m的10 kv 供电线、D400 埋深1.4 m 的燃气管道临时改迁。既有建筑物的存在会对基坑的稳定性构成影响，土体结构的稳定性会因为周边建筑物的建造而发生改变，管线处理不当会造成施工过程中管线的破坏，从而导致断水断电等一系列风险问题。

3.2 风险分析与识别

3.2.1 风险源关系分析

风险源是相互联系的，既可以通过一定的关系形成复合风险源，又可以互相作为影响因素[10]，在一定的条件下相互触发。因此，对危险源的分析不能孤立进行，而要从联系的角度进行分析[11]。一个安全事故的发生会引起其他一连串的风险发生，同样，一个事故的发生也是由很多风险因素共同叠加引起的。以管线断裂和地面坍塌为例说明。

(1)管线断裂。管线断裂会导致地面隆起、水淹、地面塌陷、基坑倒塌；同时地面隆起，地面坍塌也会造成管线的断裂。

(2)地面坍塌。地面坍塌会造成周围建筑物的倾斜或者施工现场的临时建筑设施的倒塌，进而会造成安全事故；地面坍塌的发生也可能是由于水管断裂，施工降水、土方开挖、支撑拆除等过程中，周围土体稳定状态被打破，土体被扰动等方面的原因。具体危险源的关系见图1 所示。

图1 地下工程施工安全危险源之间的关系

在地下工程项目中，有些危险源对项目的潜在影响显著，这类风险称为关键风险源。弄清关键危险源可以给我们的启示是：通过对关键风险源的控制可以大大降低风险，提高风险问题解决的效率。

通过Shepard分类[12-15]，将样品点进行分类和分析，见图5。可知：沉积物样品点主要分布在等边三角形左斜边的狭长地带，说明2 mm以下颗粒中以砂粒占优势。细颗粒黏土含量不超过砂、粉砂、黏土总量的8%，最低为0.89%，细颗粒粉砂含量占总含量的1%～24%。而粗颗粒砂占比均超过50%，最高可达97.6%；砂占比超过80%的样品点的个数占所有样品点个数的84%。

3.2.2 关键风险源确定及判断标准

淮海大道基坑施工过程中，通过事故树分析的方法，确定关键的风险监测对象有明挖基坑、周边建筑物、地表路面、地下管线等，对关键风险源的监测项目和控制指标如表1 所示。

3.3 关键风险源预警分级

对重点监测的关键风险源进行多重预警，是预警体系的一种重要手段。

(1)巡视预警

巡视预警主要内容包括：围护结构体系的稳定、周围建筑物的情况、施工状况、监测设备和管片变形是否正常等。风险的巡视需要专业的技术人员，巡视前制定好现场巡视计划，确定安全巡视检查的范围，安排好巡视工作的人员，规划好巡视路线、巡视频率。

(2)监测预警

风险的监测预警系统建立在监测项目的双控指标之上，对关键风险源在监测过程中所达到的报警指标，我们可以对风险的预警信息进行分级管理，表2 为监测预警的三级预警机制[12]。

(3)综合预警

综合预警，就是当施工过程中出现重大风险时，需要整合各个参与方的巡检数据和检测数据，进行分析论证，并及时发布三级预警信号，调动各个部门参与到风险预警中来，协同处理解决风险问题，保障轨道交通项目施工安全顺利地进行。

3.4 预警响应与消警

3.4.1 预警响应

对监测预警和巡视预警应在监理单位的监督下由施工单位落实处置，并将处置措施报业主和有关部门备案，当监测预警出现异常情况时，质量安全处结合现场的情况进行分析，并决定是否发出三级报警，当发出三级报警时，相关单位需及时赶赴现场处理风险。各单位职责分工如表3。

表1 风险项目控制指标

表2 三级预警分级标准

对于不同等级的风险预警，预警响应的时间不同，黄色预警信息需要在一天内完成警情的分析并落实紧急处理措施，橙色预警信息需要在两小时内完成，红色预警需要在一小时内完成。

3.4.2 消警

风险处理过后需要进行风险的消警，采取的消警流程如下。

(1)黄色和橙色预警信息消警流程：风险源现场处理结束后，警情得到控制后，仍需要对风险源实时监测，确保监测数据在合理范围内变动。在此基础上，由施工单位填写消警报告书，监理单位审查确认后，予以消警。

(2)红色消警流程：现场采取整改措施，警情控制后仍需实时监测风险源，控制监测数据在合理范围内。在此基础上，施工单位填写消警报告书，经监理单位审查确认后，监理单位组织召开红色消警会议，各参与方提出意见和后续保障措施，通过后予以消警。风险消警的流程如图2 所示。

3.5 风险信息的报送

施工单位和监测单位需要提交信息监测资料。信息的报送就是把预警信息数据按日报、周报、月报的形式进行报送，其完整的报送流程如图3。

图3 风险信息报送流程图

4 风险事故的处理措施和抢险措施

4.1 自身风险处理措施和抢险措施

(1)基坑土体滑塌。防治措施：淮海大道站基坑，因部分道路路面标高与结构基坑底部标高有较大高差，属于高边坡施工，必须对开挖边坡进行防护，边坡需要放坡，坡度始终控制在设计坡度范围内；采用设分级台阶、台阶处设置1 道锚索的边坡防护形式；基坑边上禁止堆载。抢险措施：险情发生时，第一时间就是保护好人的安全，及时疏散现场人员，做好管线监护，保护好管线；纵向滑坡的基坑没有垮塌时，可以在坡脚处采用补强支撑或回填沙土；纵向滑坡基坑垮塌时，应立即在崩塌处回填土方，卸载坡顶，减少扰动。

(2)坑底隆起。防治措施：土方开挖时需要分段分层，边开挖边支护，禁止超挖和堆土；当土方挖到设计高度时，应尽可能缩短暴露时间，并应立即浇筑混凝土垫层，以防止坑内水的渗入；加强基底隆起监测；做好基坑的排水防水施工。抢险措施：及时疏散现场人员，做好管线监护保护好管线，基坑隆起时及时加压重材料。

(3)基坑围护结构渗水。防治措施：保持围护结构的垂直度，避免分叉；混凝土浇筑时，需要连续浇筑，避免出现堵管、导管拔空的现象；基坑开挖时，要做到随时开挖随时支撑；加强监测巡检。抢险措施：疏散现场人员，做好管线监护，保护好管线；清查漏点，压注聚氨酯溶液封堵，当漏点被封堵不再涌沙后，再压注双液注浆，对地基进行加固。

4.2 环境风险的处理措施和抢险措施

(1)既有建筑物的影响。防治措施：周边有人流量密集的医院，施工前需要对周围建筑物现状做调查，基坑开挖前可合理采用高聚物注浆技术，对基坑开挖周围的土体进行加固，防止基坑开挖导致的沉降影响到周边建筑物。抢险措施：对建筑物周边设置围挡，对失稳处土体进行注浆补强。

(2)市政管线的影响。防治措施：动工前调查好管线情况；影响施工的管线需要迁移走，横跨基坑的电力管线利用混凝土支撑进行悬吊保护，现场设警示标志；为了保证既有线路的安全，应及时设置测量点，加强监测频率，并根据测量结果调整施工参数。抢险措施：疏散现场人员，根据情况判断受损路线类型，并立即通知管线相关部门抢修；现场需要设置警戒区，避免人员围观。