城市地下工程建设的事故分析及控制对策

第２５卷 第２期 ２００８年６月
建筑科学与 工程学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ ＣｉＶｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ｖ０１．２５ Ｎｏ．２ Ｊｕｎｅ ２００８
文章编号：１６７３—２０４９（２００８）０２一０００卜０６
城市地下工程建设的事故分析及控制对策
王梦恕，张成平
（北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心，北京 １０００４４）
手亍鼍笔慧恩凳售力，
２．２工程结构自身复杂 根据城市发展的需要，城市地下工程建设面临
着开挖断面不断增大、结构形式日益复杂、结构埋深 越来越浅的技术难题。地铁车站、地下商场、地下停 车场和地下仓库等地下工程，其跨度尺寸均达到 １０ ｍ甚至２０ ｍ以上，而且结构复杂，施工中力学转 换频繁。随着地下工程埋深的减小，施工对地面的 影响越来越大，在超浅埋条件下，开挖影响的控制
万方数据
第２期
王梦恕，等：城市地下工程建设的事故分析及控制对策
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图３北京地铁ｌｏ号线事故 Ｆｉｇ．３ Ａｃｃｉｄｅｎｔ ｏｆ Ｂｅｉｊｉｎｇ ｓｕｂｗａｙ Ｌｉｎｅ Ｎｏ．１０
但导致该路段断路，交通严重拥堵。 以上几起事故仅仅是中国城市地下工程建设事
故的缩影，实际发生事故的数量是惊人的，其中造成 巨大经济损失、引起严重社会影响的例子不胜枚举， 这使我们深刻认识到在城市地下工程建设中面临着 巨大的挑战。
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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｕｒｂａｎ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐｒｏｊ ｅｃｔｓ ｗｅｒｅ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｑｕｉｃｋｌｙ ａｎｄ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ ｈａｐｐｅｎ ｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙ ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ，ｔｈｅ ｍａｉｎ ｒｅａｓｏｎｓ ｆｏｒ ｔｈｅｓｅ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｗｅｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｃａｓｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ａｃｃｉｄｅｎｔｓ．Ｔｈｅｓｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｍａｉｎｌｙ ｉｎｃｌｕｄｅｄ：ｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇ ｔｈｅ ｒｉｓｋ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｕｒｂａｎ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐｒｏｊ ｅｃｔｓ ａｎｄ ｐｅｒｆｏｒｍｉｎｇ ｓａｆｅｔｙ ｒｉｓｋ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ； ｍａｋｉｎｇ ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ ａｎｄ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ｆｏｒ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｓｏ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｒｉｓｋ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｃｌｅａｒｌｙ；ａｄｏｐｔｉｎｇ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｌ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ ａｎｄ ａｃｔｕａｌｉｚｉｎｇ ｔｈ色ｓｔａｇｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ． Ｔｈｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｍｅｎｔｉｏｎｅｄ ａｂｏｖｅ ｈａｄ ｂｅｅｎ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ Ｂｅｉｊ ｉｎｇ ｓｕｂｗａｙ ｐｒｏｊ ｅｃｔｓ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｕｒｂａｎ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐｒｏｊ ｅｃｔｓ，ａｎｄ ｉｄｅａｌ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔｓ ｈａｄ ｂｅｅｎ ａｃｈｉｅｖｅｄ， ｗｈｉｃｈ ｈａｄ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ Ｖａｌｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｕｒｂａｎ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐｒｏｊｅｃｔｓ ｉｎ Ｃｈｉｎａ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｕｒｂａｎ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐｒｏｊｅｃｔ；ｓａｆｅｔｙ ａｃｃｉｄｅｎｔ；ｃｏｎｔｒｏｌ ｍｅａｓｕｒｅ；ｒｉｓｋ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｓｙｓ— ｔｅｍ；ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔａｎｄａｒｄ
２００６年１月３日，北京东三环路京广桥东南角 辅路污水管线发生漏水断裂事故，污水大量灌入地 铁１０号线正在施工的隧道区间内，导致京广桥附近 三环路南向北方向部分主辅路坍塌，车辆被迫绕行， 虽未有人员伤亡，但造成了重大经济损失和恶劣的 社会影响。
２００７年２月５日，江苏南京牌楼巷与汉中路交 叉路口北侧，南京地铁２号线施工造成天然气管道 断裂爆炸，导致附近５ ｏｏＯ多户居民停水、停电、停 气，金鹏大厦被爆燃的火苗“袭击”，８楼以下很多窗 户和室外空调机被炸坏（图２）。
图２南京地铁２号线事故 Ｆｉｇ．２ Ａｃｃｉｄｅｎｔ ｏｆ Ｎａｌｌｊｉｎｇ Ｓｕｂｗａｙ Ｌｉｎｅ Ｎｏ．２
２００７年３月２８日，位于北京市海淀南路的地 铁１０号线工程苏州街车站东南出入口发生一起塌 方事故，此事故导致地面发生塌陷（图３），并造成６ 名工人死亡。
２００７年１１月２９日，北京西大望路地下通道施 工发生塌方，导致西大望路由南向北方向主路４条 车道全部塌陷，主辅路隔离带和部分辅路也发生塌 陷，坍塌面积约１００ ｍ２，此事故虽未造成人员伤亡，
城市地下工程所处的地理位置决定了其建设过 程中几乎不可能与周围环境完全隔离，往往是在管 线密布、建筑物密集、大车流和大人流的环境下进行 施工，在这种客观环境条件下，决定了城市地下工程
多决茎裟蹴怒嚣裳蒹警 施工的高风险性，一旦发生事故，后果将非常严重。
２．５ 工程建设决策及管理难度大
会涉及到如何选择合理的工程建设地址和技术方 案，如何减少工程施工对周围环境的影响，如何评估 工程建设的经济效益和社会效益等一系列问题，而 每个问题的决策与执行都需要综合各种风险和效益 后才能确定。 ２．６施工设备及操作技术水平参差不齐
３。 事７故 一。控 ＿Ｌ”制””对。“策、
３．１ 建立城市地下工程建设的安全风险管理体系 风险管理在大部分行业中已经被广泛接受并引
起重视，但目前在工程界，尚无具体章法可循。鉴于 城市地下工程建设事故的频繁发生且损失惨重，因 此风险管理体系的建立是非常迫切的。２００４年１２ 月１日，为加强建设工程项目的安全技术管理，防止 建筑施工安全事故，保障人身和财产安全，中国建设
收稿日期：２００８一０４一０６ 基金项目：北京市科技计划重点项目（Ｄ０６０４００３０４０２２１） 作者简介：王梦恕（１９３８一），男，河南温县人，教授，博士研究生导师，中国工程院院士，Ｅ—ｍａｉｌ：ｗｍｓ３２７３＠２６３．ｎｅｔ。
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源自文库
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建筑科学与工程学报
２００８年
Ｏ引 言
《２０２０年中国工程技术发展研究》报告中将中 国的地下空间开发与利用列为极其重要的课题。在 未来的２０～３０年中，中国将进入城市地下空间开发 的高潮期，城市地下空间的安全建设已成为中国经 济、社会和国家安全的重大需求。
在这种形势下，有必要对城市地下工程建设中 出现的事故原因进行深入的分析，在明确事故原因 的基础上，提出相应的控制对策，以有效降低安全事 故的发生率。
１典型事故案例
２００３年７月１日，上海地铁４号线浦西联络通 道发生特大涌水事故。大量流砂涌入隧道，引起隧 道部分结构损坏，周边地区地面沉降严重，导致黄浦 江大堤沉降并断裂，周边建筑物倾斜、倒塌（图１）， 对周围环境造成严重破坏。事故造成直接经济损失 约１．５亿元人民币。
ＷＡＮＧ Ｍｅｎｇ—ｓｈｕ，ＺＨＡＮＧ Ｃｈｅｎｇ—ｐｉｎｇ
（Ｔｕｎｎｅｌ ａｎｄ Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ， Ｂｅ巧ｉｎｇ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅ巧ｉｎｇ １０００４４。Ｃｈｉｎａ）
城市地下工程建设队伍众多，施工设备及技术 水平参差不齐。由于工程施工技术方案与工艺流程 复杂，不同的施工方法又有不同的适用条件，因此， 同一个工程项目，不同单位进行施工可能会达到完 全不同的施工效果。施工设备差、操作技术水平低 的队伍在施工中更容易发生意外安全事故。
通过以上分析可以看出，由于城市地下工程赋 存于高风险的地质环境和城市环境中，其致险因子 多而复杂，一旦工程建设中某个环节出了问题，就有 可能引发各类事故。
城市地下工程具有现场环境条件复杂、施工难 度大、技术要求高、工期长、对环境影响控制要求高 等特点，是一项相当复杂的高风险性系统工程。城 市地下工程所赋存的岩土介质环境复杂，设计施工 理论尚不完备，建设过程中带有很强的不确定性，而 且，随着地下空间开发进程的推进，新建工程往往要 近邻地下或地上的基础设施及建（构）筑物施工，必 然会对其造成一定的影响，若控制不力，这种影响将 造成重大安全事故。由此可见，城市地下工程建设 存在很大的风险，工程建设中一旦发生工程事故，将 造成巨大经济损失并引起严重的社会影响。
由于中国城市地下空间开发历史较短，经验不 足，在建设中存在着一些不容忽视的问题和安全隐 患，对潜在的技术风险缺乏必要的分析和论证，以及 人们对客观规律的认识不足、管理不到位，北京、上 海、南京以及其他城市在地下工程建设过程中都出 现过不同程度的安全事故，其中部分事故造成了重 大经济损失，严重威胁着城市的生产和生活，甚至造 成了恶劣的社会影响，这已引起社会各界的广泛关 注［１‘４］。这些工程事故在留给人们惨痛教训的同时， 也为我们鸣响了城市地下工程安全建设的警钟。
制措施在北京及其他城市地铁建设中得到了应用，并取得了理想的控制效果，对中国城市地下工程
安全建设具有重要的参考价值。
关键词：城市地下工程；安全事故；控制对策；风险管理体系；控制标准
中图分类号：ＴＵ９３
文献标志码：Ａ
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Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ａｃｃｉｄｅｎｔ Ｉｎｄｕｃｅｄ ｂｙ Ｕｒｂａｎ Ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ Ｐｒｏｄ ｅｃｔ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｍｅａｓｕｒｅｓ
与开挖方式、施工工艺、支护方法等众多因素有关， 是地下工程施工中极为复杂的问题。 ２．３设计理论不完善
由于地质条件异常复杂，地下结构形式多样，地 下结构体与其赋存的地层之间的相互作用关系至今 仍不明确，使得目前的城市地下工程的设计规范、设 计准则和标准均存在一定程度的不足，导致工程设 计中所采用的力学计算模型及分析判断方法与实际 施工存在一定的差异，因此，在设计阶段就可能孕育 导致工程事故的风险因素。 ２．４ 工程建设周边环境复杂
２事故原因分析
城市地下工程建设中出现的安全事故，有内在 因素也有外在因素［Ｉ‘７］。具体而言，造成安全事故的 主要因素有以下几个方面。 ２．１ 工程地质及水文地质条件异常复杂
工程地质及水文地质条件是城市地下工程设 计、施工最重要的基础资料，把握好工程地质及水文 地质资料是减少安全事故的前提。但由于地下工程 的隐蔽性，地质构造、土体结构、节理裂隙特征与组 合规律、地下水、地下空洞及其他不良地质体等在开 挖揭示之前，很难被精细地判明。此外，城市地下工 程埋深一般较浅，而表土层大多具有低强度、高含水 率、高压缩性等不良工程特性，甚至有的土层呈流塑 状态，不能承受荷载。大量的试验统计结果表明，岩 土体的水文地质参数也是十分离散和不确定的，具 有很高的空间变异性。这些复杂因素的存在给城市 地下工程建设带来了巨大的风险，也蕴含了导致安
，
摘要：基于中国城市地下工程发展迅速、事故频发的现状，结合具体工程事故案例，分析了城市地下
工程建设中事故发生的主要原因，并提出了相应的控制对策，主要包括：构建城市地下工程建设安
全风险管理体系，实施安全风险管理；制定科学合理的地表及建（构）筑物的变形控制标准，使安全
风险控制有据可依；采用信息化施工技术，并利用变位分配原理实施施工安全的分阶段控制。该控
２００４年９月２５日，广州地铁２号线延长段琶 洲塔至琶洲区间工地基坑旁的地下自来水管被运泥 重型工程车压破爆裂，大量自来水注入基坑并引发 大面积塌方，塌方面积超过４００ ｍ２，此事故导致琶
图１上海地铁４号线事故 Ｆｉｇ．１ Ａｃｃｉｄｅｎｔ ｏｆ Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｓｕｂｗａｙ Ｌｉｎｅ Ｎｏ．４
洲村和教师新村数千居民的用水近８ ｈ处于停水 状态。