地铁工程建设风险控制与管理

4、为缓解大城市交通拥挤问题,目前全国有 22座城市正在修建地铁,工程规模之大,投资 之多,工期要求之短,质量要求之高,建设管理、 勘察、设计、施工、监测等方面人才之不足 及经验之贫乏,均前所未有。因此,增加了地铁 工程建设的安全风险。
5、工程前期工作量大，工作难度增大
新建线路涉及面广，拆迁占地范围较大，地下 管线加固、改移和交通导改等协调工作量大、难度大， 甚至制约工期。
杭州地铁事故 十多台抽水机在排水
事故现场调集1000多人的队伍，昼夜救援
工程车辆在事故现场附近拆除已成危房的民居
为救援的需要杭州地铁塌陷事故附近）基坑开挖过程中的时空效应 （2）基坑钢管支撑的质量控制 （3）基坑开挖纵向入坡的坡度控制 （4）做好深基坑内排水工作 （5）合理确定结构施工段长度，减少基坑暴 露时间 （6）严禁在基坑周边堆放、瞬时增加荷载 （7）加强对基坑开挖施工全过程的监控
2、工程环境条件复杂
车站采用明挖法或浅埋暗挖法修建修建，且多处 于十字路口，施工不仅对交通有一定的影响，由于地 下管网密布，且邻近建筑物，工程环境条件十分复杂, 施工具有很大的风险。
区间隧道采用盾构法或浅埋暗挖法修建，且在城市 干道下或下穿、侧穿建筑物修建，同时穿越河流、铁 路及多种地下管线等，施工中具有很大的风险。因而. 确保地面不发生过量沉降和坍塌，确保建筑物、道路、 铁路、河流及地下管线等的安全十分重要。
盾构在砂卵石地层掘进的问题
砂卵石地层与其它地层相比，具有明显的特殊性，盾构 掘进存在较大的困难，主要体现在以下几个方面： （1）砂卵石是一种典型的力学不稳定地层，地层反应灵敏， 开挖面不稳定，容易产生坍塌； （2）砂卵石颗粒的塑流性极差，土压平衡不易控制，而且 土渣向外排出也较困难； （3）砂卵石切削机理不明，盾构推力与刀盘扭矩难以确定； （4）刀盘、刀具磨损严重。
因此，砂卵石地层条件下的盾构掘进，具有其特殊性，必 须根据地质条件的变化来研究盾构机械选型和各个参数的确 定，并寻求最佳掘进模式以及减磨、降矩的技术措施。
目前，在很多地铁盾构施工中，尤其在砂卵石地层 条件下，刀盘及刀具的磨损现象十分严重，地层变形 规律不明，管片拼装质量的评价及一次性换刀掘进等 存在着诸多的难题，特殊地段处理技术尚未有效解决。 因此，在北京的砂卵石地层条件下，土压平衡盾构施 工的关键技术就是要解决刀盘切削、耐磨降矩、安全 换刀、土压力控制、地层变形控制、特殊地段施工等 问题
施工阶段 盾构进出洞阶段
盾构推进阶段
可能存在的安全事故 工作井塌方
盾构进出洞漏水漏浆 盾构进出洞时机械故障 盾构进洞时轴线偏离过大
土仓压力设置不当 盾构正前方工作面失稳 盾构前方地层出现空洞
盾构遭遇障碍物 注浆参数控制不当 运输车脱轨、碰撞 盾构推进中轴线控制不佳
盾尾密封失效 管片接头漏水漏浆 管片拼装时碰撞、就位不准 盾构机及其辅助设备故障
北京地铁某基坑围护桩间距不一
地铁风井基坑塌方事故
杭州地铁 一号线湘湖站基坑垮塌事故示意图
杭州地铁湘湖站基坑事故中“眼见路面开始裂开”的场 面
杭州地铁湘湖站工地塌陷事故中多辆汽车掉入水中
杭州地铁湘湖站基坑垮塌事故现场塌陷面积宽约20米， 长100米，约有10米深
杭州地铁事故现 场确认13辆车陷入坍塌口 8人被埋坍 塌处
浅埋暗挖法施工易发生的问题主要在下列几个方面：
1）塌方 2）涌水或渗水（突水） 3）隧道结构变形过大 4）周围建（构）筑物、路面及地下管线的破坏 5）施工过程中的人员伤亡事故 6）周围环境破坏 采用浅埋暗挖法施工时，应当在施工前详细调查工程
地质及水文地质条件，施工过程中出现异常情况时， 应立即采取必要的措施，将问题抑制在萌芽状态，将 事故造成的损失减少到最小，最大限度地确保工程施 工安全。具体对策如下：
法国某地铁工程盾构塌方事故
上海M4联络通道塌方引起地 面沉降和建筑物倾斜
盾构施工规避安全风险对策：
防止盾尾漏浆措施
（1）提高同步注浆质量与管理 （2）加强盾尾舱的管理 （3）盾尾漏浆对策
防止隧道上浮措施
在盾构掘进过程中，加强隧道监测是防止隧道上 浮的积极措施，对盾构机和管片进行姿态控制，能够 有效控制隧道上浮。
编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
安全风险事故 基坑侧壁渗漏 支撑系统失稳 坑底隆起破坏 围护结构整体失稳 坑底管涌、流砂
坑内滑坡 围护结构折断或大变形 周围建（构）筑物损伤或破坏
路面破坏 人员伤亡及财产损失
某基坑采用土钉墙和桩锚联合支护受地 下水渗漏影响导致坍塌
北京地铁某基坑坍塌情况 从 南 向 北 看
盾构法施工下穿建筑物的对策
（1）合理设置土压力值，保持正面平衡，防止超挖 和欠挖； （2）穿越时降低推进速度，控制总推力，减少土层 扰动； （3）穿越前调整好盾构姿态，穿越时减少纠偏次数 及纠偏量，减少土体的扰动； （4）在穿越邻近建筑物地段，保证一次穿过，不能 中途换刀，如实在避免不了在上部地段换刀，则要事 先进行充分预案。首先从盾构前部预留的超前加固装 置对土仓上部及前方顶部的土体进行注浆加固，以保 持开挖面稳定不出现塌方，然后再对土仓加气压后更 换刀具。
3、地铁工程在市中心区多为地下线,工程结 构形式多,施工工法多，施工难度大，不可预 见因素多，施工风险大
车站——明挖法、盖挖法、浅埋暗挖法 区间——明挖法、盾构法、浅埋暗挖法
例如：北京地铁10号线二期的莲花池站处于三环路 下,交通导改及地下管线改移难度大等原因,改为浅埋 暗挖法修建,施工难度甚大;公主坟站采用浅埋暗挖法 修建且穿越地铁1号线车站；地铁6号线两侧建筑甚 多，地下管网密集且在城市主干道下修建；地铁8号 线从鼓楼站经地安门站需下穿众多建筑物等。因此， 工程施工不仅难度大，且风险也很大。
（1）暗挖隧道严格遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快 封闭、勤量测”和”先探后挖、先注浆后开挖”的施工原则进行 施工，控制地层的下沉量，同时还应注意以下事项： ① 合理设计格栅的节点和连接方式，加快格栅架立速度，缩短 封闭成环的时间，必要时增加喷射混凝土厚度。 ② 施工中要注意对施工工艺的控制，采取小分块、短进尺、快 封闭的手段，减少对地层的扰动，尤其要处理好拱脚变形的问题； ③ 在土方开挖过程中，洞内加强横向支撑，限制土体的侧向变 形；
供水管网中部分管线使用年限过长，部分管道从材 料质量上、防腐性能上均不能满足安全供水的要求。 经过数十年的运作和使用，这部分管线已处于超期 使用，安全系数极低。
（2）、管线破坏变形实例
管线破损（破坏）或渗漏安全事故比例较大。
在近几年地铁施工发生的46例事故中，其中有12例 是管线渗漏或破裂造成的，占总案例的28%。其中， 电力管线（或电缆）破坏4例，意外水害（上层滞水） 1例，其余则是因雨（污）水管线、上水管线破裂或 渗漏造成地面或基坑的塌陷事故。一些管线破坏的图 片见下图所示。
北京西大望桥桥南人行通道暗挖路面塌方
北京某热力隧道竖井井壁开裂
南京地铁施工致市区主干道路面塌方
采用浅埋暗挖法修建的 北京地铁五号线崇文门车站导 坑钢筋支架倒塌事故
北京地铁五号线崇文门车站采用暗挖法施工，地下管线众多， 还要穿越正在运营的崇文门环线地铁，在地下施工要保证施工安 全的难度很大。支撑钢筋的剪支架突然滑脱导致整个底梁钢筋倾 覆是造成此次事故的主要原因。工人没有选择合适的逃生方式， 没有朝外跑反而朝里跑也是事故的一个原因。
④ 施工中要加强洞内和地面建（构）筑物的监控量测，并 做好记录，发现问题及时采取有效措施并反馈信息。
（2）有效实施前期降水或注浆堵水措施，创造无水作业环 境。
（3）进行施工方案的优化，合理确定开挖面参数。
（4）加强地下管线的监控量测，通过监控量测及时掌握其 变形情况，及时调整施工工艺，确保地下管线的保护管理 在可控状态。
二、浅埋暗挖法、盾构法及明挖法修建 地铁工程及地下管线处置应注意的问题及
规避工程风险之对策
1、浅埋暗挖法修建车站及区间隧道应注意的 问题及对策
浅埋暗挖法与明（盖）挖法相比，具有拆迁占 地少、不扰民、不干扰交通、节省大量拆迁投资等优 点，与盾构法相比，具有简单易行，勿需太多专用设 备，灵活多变，适用不同地层、不同跨度、多种断面 形式，节约设备投资，适合我国国情等优点。同时也 存在如下问题：
喷涌而出的3Bar压力泥沙！
一天之后流出的清水状况
盾构到达事故
盾构机到达接收井外土体为含水砂层，因加固长度 不足及加固质量差，引起的地面塌陷。
最深达4米
加固体没有坍塌的部分
盾构到达无法正常进行，导致接收环境充满水沙进行 盾构接收
竖井中充满 水沙，等待 盾构到达！
北京地铁M4盾构出洞
盾构接收井外地面沉陷
3、明挖法修建车站及区间应注意的问题及对 策
明挖施工地铁车站或区间由坑内土体加固和降 水、挖土、支撑、内衬结构施做和监测等工序组成， 其中基坑开挖阶段的挖土和支撑往往是决定基坑工程 最终安全与否的重要因素，是工程成败的关键工序， 也是基坑工程安全事故集中出现的阶段。
通过对明挖法施工的基坑事故的风险分析可知，明 挖法施工容易导致的安全事故大致可分为10种，如 下表所示。在下表中的1～7项，其最终的结果是导 致基坑坍塌、周围建（构）筑物、地下管线破坏以及 人员伤亡。
（5）不良地质地段必须采取特殊的施工技术措施，如进行 地质改良、缩短循环进尺、上半断面拱脚加设锁脚注浆锚 管等措施，以防止沉降超限。
（6）喷射混凝土施工时应预留注浆管，支护完成后压注水泥 浆或水泥砂浆回填背后空隙，并加固被扰动土体。
（7）合理选择小导管及注浆参数，以保证加固地层和堵水效 果。
（8）增大支护刚度并及时施作二次衬砌，使地层变形尽快趋 于稳定。
（1）浅埋暗挖法施工，虽然拱顶有小导管超前支护， 但掌子面是敞开的，掌子面的稳定关系到隧道本身和 地面的安全。
（2）浅埋暗挖法支护主要由人工完成，施工质量受人 为因素影响较多，喷射混凝土质量离散性较大，二次 衬砌施工缝、变形缝质量不易保证。
（3）施工中不确定性因素比明挖法和盾构法工法要多， 施工风险也相应增大。
其它
盾构施工事故实例 盾构始发事故
某综合管廊隧道处于含水砂层中采用盾构法修建， 内径5.5m、外径6.1m，复土层厚约14m。始发井端 部土层采用旋喷桩注浆加固，由于加固不当，盾构没 有始发，即被淹没在竖井中。
水沙淹没到盾 构刀盘中心
盾构被水沙全部淹没
盾构壳体依然可见
正在竖井中处理的盾构状况
加固不当引起的始发竖井密封出现问题 水流喷出
地铁工程建设 风险控制与管理
崔玖江
一、地铁工程建设的 主要特点与风险
1、工程地质、水文地质条件复杂
地铁线路所处地层的工程地质、水文地质条件复杂， 尤其是车站与区间隧道埋置深，受地下水影响甚大。 车站采用明挖法或浅埋暗挖法修建以及区间隧道采用 浅埋暗挖法修建，必须采取人工降水或帷幕隔水措施. 以创造无水作业条件，同时还要解决好经人工降水或 帷幕隔水后车站与区间隧道所存残留水。处理地下水 既是工程施工的重点，也关系到工程施工的安全。地 铁工程施工如工程地质、水文地质条件未查清就盲目 施工,或处理措施不当,则会酿成重大事故。
（9）减小开挖进尺，上下台阶平行作业，并施行工作面前方 的预加固。
（10）采取可靠的地层预加固和支护技术，控制地层沉降， 主要包括：超前注浆、掌子面注浆、初期支护背后注浆、径 向注浆（形成加固圈）等。
2、盾构法修建区间隧道应注意的问题及对策
盾构法施工是在盾构机壳体的保护下进行掘进 的。首先，在掘进时周围有钢筒保护，掌子面有土压 平衡，施工安全性好。其次，盾构法开挖、装渣、支 护全部机械化作业，衬砌环为工厂预制，施工质量易 控制和保证，防水效果比较好。因此从整体上来说， 盾构法施工时的安全风险性是比较小的。但由于施工 中各种不确定性因素的存在，盾构法施工仍存在工程 风险和发生安全事故。盾构施工在不同阶段易发生安 全事故见下表:
4、妥善处理好地铁施工与地下管线的关系
（1）北京地下管线的现状及特点
管线修建年代久：北京城最古老的地下管线可追溯 到730多年前元朝建大都城时修建的排水沟渠。
北京地下管线分布密集，种类繁多，建设年代远近 不一，并分属多个管理部门。如北京地铁黄庄站结 构施工范围内有56条管线，分属18家单位，仅各种 管线的井盖就有518个。