城市地铁及地下工程施工环境安全风险评估与...

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3 环境安全风险管理分级及评估
3 1 北京轨道交通工程建设环境安全管理 分级
已试行的北京轨道交通工程建设环境安全的分级 管理制度, 将环境安全分为特级、一级、二级和三级四 个等级。
特级环境安全风险: 指下穿既有 轨道线路 ( 含铁 路 ) 的新建工程。
一级环境安全风险: 指下穿既有建 ( 构 ) 筑物, 上 穿既有轨道线路的新建工程。
对于本管理等级中二级环 境安全风险的 下穿河 流, 笔者认为其管理分级应提高一级。因为此类工程 同建设海底隧道、越江隧道、穿湖隧道一样, 面临着巨 大的技术难题。就目前全国各城市开工建设和将要开 工的地铁项目来看, 下穿河流、湖泊或饮水渠等环境安 全已成为各条线路各参建方都需要重视和解决的首要 风险点。因为下穿河湖的地层一般为淤泥质或者砂卵 石等冲积和沉积地层, 自稳能力差, 一旦出现坍塌或漏 水, 将是在巨大水压力作用下的大体积水量突然涌入
城市地铁及地下工程施工环境安全风险评估与控制: 周刘刚 王海祥
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城市地铁及地下工程施工环境安全风险评估与控制
周刘刚 1 王海祥2
( 1 中铁工程设计咨询集团有限公司, 北京 100020; 2 铁道第一勘察设计院, 陕西西安 710043)
Evaluation and Control on Environm ental Safety R isk in Construction of U rban M etro and Underground Engineering
参考文献
[ 1] GB50202 2002 建筑地基基础工程施工质量验收规范 [ S ] [ 3] Y B J233 1991 钢管桩施工技术规程 [ S] [ 4] JG J94 94 建筑桩基础技术规范 [ S ]
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铁道勘察
2007 年第 6期
协调工作量大, 而且一旦发生事故, 皆会造成较严重的 社会负面影响, 成为制约工程建设的难点。
全与铁路运输生产的正常进行。
本工程竣工交付使用至今已 4年多, 在施工期间
及质量回访的多次沉降观测中, 与工程紧邻的既有铁
路桥没有发生任何沉降等异常现象, 表明施工没有对
既有桥基造成不利影响;
、 、 轴桩基与整个
工程桩基础协调一致, 实地观测基本没有发生沉降, 库
施工, 盾构法和浅埋暗挖法施工成为地表和地下工况 复杂, 制约因素较多的条件下较为合适的选择。随之 而来的环境安全风险也相应成为施工过程中需要克服 的难点问题。
3 2 工程建设环境安全风险分析与评估
工程建设环境安全风险分析与评估应依据相关规 范、规程和本工程的环境安全风险管理分级, 贯穿工程 的勘察、设计、施工、工后等各阶段, 并随着工程的逐步 进展, 调查、监控及分析资料的逐渐丰富和完善而不断 予以细化和修正。
( 1) 风险评估的作用 地铁及其他重要的地下工程建设环境安全风险评 估工作, 应自工程可研立项阶段始就纳入工程内容中 来, 工程投资概算中应考虑其相关费用, 专门用于工程 各阶段的风险评估及控制工作。 通过对地铁建设中安全风险发生的规律和特点的 分析和评估, 可以了解和呈现工程环境的现状, 识别工 程风险因素; 对随着工程进展的影响而有可能发生的 状态, 通过数值模拟分析、反分析、试验室仿真模拟试 验、工程类比等分析方法进行预测, 估计工程 风险程 度; 为各类风险源的变形变位监控和控制标准和各阶 段控制措施和专项方案的指定提供依据, 以期提前制 定出相应的控制技术和措施, 实现对安全风险的科学 化和信息化管理, 保证地铁建设安全。 ( 2) 风险评估的现状 目前, 地铁建设中无论是整条线路还是具体到各 工点, 大部分的工程环境风险评估 工作是在可研、勘 察、设计等阶段, 由勘察设计单位汇总提出风险分析、 预测、控制标准及技术措施等评估报告, 交由建设方审 核。最后由建设方组织各参建方, 召开由多位专家组 成的风险评估专家审查会议, 按照会议形成的专家意 见完成最终的风险评估报告。在施工阶段, 由施工单 位对环境安全设计方案进行核实, 同时编制环境安全 专项施工方案。在方案实施前, 由建设方或施工方组 织业内专家在对此方案进行评审, 以形成最终的环境 安全专项施工可实施方案。 ( 3) 风险评估制度及体系的建立 安全风险评估工作正逐步被我国地铁在建城市所
1 城市浅埋暗挖工程建设环境安全风险源分 布现状
由于城市地铁和地下工程使用功能的特征, 使得 地铁线网及其他地下工程往往沿城市的繁华街区、各 功能区以及居民聚居的生活区规划布置。在这些区域
收稿日期: 2007 - 10- 21 第一作者简介: 周刘刚 ( 1981 ), 男, 2003 年毕业于 长安大学 隧道与地 下工程专业, 工程师。
重视, 各城市的评估制度及评估体系也已初步形成, 全 国性的地铁建设工程环境安全风险评估制度、体系、标 准、规范的形成也 是呼之欲出。 2007年 11 月即将在 上海开幕的 2007第三届上海国际隧道工程研讨会 的主要议题之一就是针对地下工程施工与风 险防范 技术。
( 4) 专业风险评估单位 随着安全风险评估工作愈来愈凸现出的重要性和 地铁建设领域风险评估制度和体系的逐步完善, 现有 的内部评审机制将逐步转化为由外部第三方专业评估 单位实施的模式。这样, 才能有利于环境安全风险评 估工作更专业、更深入、更完善的进行; 才能有利于环 境安全风险评估事业更科学、更正规、更健康地发展和 进步; 才能有利于环境安全风险评估所带来的自身风 险和责任更加明确、更易于管理。 如前所述的广州地铁土建工程安全风险管理项目 就由中标后的北京城建设计总院来进行专业的第三方 评估。目前社会上缺少有资质的专业风险评估单位, 需要在国家和部分省市相关部门的倡议和督导下, 有 规划地成立多家具有资质等级的风险评估单位, 不仅 对地铁建设中的土建工程环境安全风险, 而且对规划 决策、工程造价、工期要求、结构质量、自然灾害等风险 进行全方位评估。
城市地铁及地下工程建设环境安全风险源主要是 指在地铁和其他地下工程建设中, 工程结构所穿越的 包括软土、流砂、岩溶、硬岩、断裂、涌 ( 渗 ) 水、上覆地 层空洞区、水囊区、河流、湖泊等特殊地层条件和水文 地质条件; 地下管涵、暗河、护城河、桥桩、人防工事、地 下通道等地下既有建 ( 构 ) 筑物和市政基础设施; 既有 地铁线路, 地表路面结构, 既有铁路等地面、地下交通; 民房、商业建筑、机关、文物古建、古城墙等建筑物及其 基础等等一系列隐含风险或重大风险的现场客观工程 环境点。这些风险源与工程结构施工相互影响, 共同 构成一个工程建设环境安全风险有机体; 同时也包括
北京地区近几年开工建设的几条地铁线路中, 已 开始重视对大跨度浅埋暗挖地铁车站或区间下穿重要 街区地段的地质异常区进行预测和控制。地质异常区 主要为地层松散的空洞区以及形似水囊的富水区域。 这些空洞区主要是由于路基回填不密实, 或长期在部 分管线渗漏水的浸泡下逐渐酥软, 空隙率增大, 含水饱 和, 以至地层承载力降低。一旦长期交通繁忙, 路面荷 载过重, 很容易形成主干路面快速下沉、开裂、塌陷, 甚 至使得个别含水管线爆裂; 水囊也是在此种情况下因 为不断有市政含水运行管线渗漏的补给, 使得局部地 层中渗水长期聚积, 没有排泄通道, 形成较大范围的富 水体。一旦下方开挖引起水囊区渗漏, 就形成水力通 道, 给隧道施工和结构带来风险, 同时也会造成上方路 面开裂, 出现空洞、塌陷等危险。
新技术、新工艺、新材料、新设备 的应用给工程施工 安全和结构自身安全所带来风险因素。本文主要论述 前一种土建施工环境安全风险的管理与应急措施。
这些风险源有着共同的特征, 就是具有突发性、不 确定性、多变性和不易控制等特点, 牵涉社会单位多,
内桁吊行走平稳, 使用正常。表明本基础处理方法切 实可行, 是较成功的基础处理方案。
在这种环境系统中, 拟建的暗挖地铁车站、区间或 地下通道等结构, 在施工降水、土方开挖、支撑拆除等过 程中, 周围地层原始平衡状态被打破, 造成地层损失, 引 起地表沉降、路面开裂、建筑物倾斜、既有地铁线路和铁 路线路轨道差异沉降、管线折裂等风险。同时, 这些风 险的存在和发生, 又进一步恶化施工环境, 使风险发展 和加剧, 引起隧道结构变形收敛加剧、工作面塌方, 出现 流砂、渗水、涌水、结构裂缝、不均匀沉降、结构安全性能 降低等反向风险。因此, 城市浅埋暗挖工程建设环境安 全风险源与地下结构施工的相互影响, 都将给地下工程 施工带来生命、经济、社会效益的巨大损失。
对 于 该管 理等 级 中指 出 的下 穿 或临 近 既有 建 ( 构 )筑物, 在具体工程实施中, 风险评估和制定方案 时应加以细化, 对不同类型建筑有针对性地制定措施。 例如, 这些常见的建 ( 构 )筑物, 可分为民房、住宅楼等 住宅建筑, 高层写字楼、商厦、政府机关等社会建筑, 历 史遗迹、文物保护单位等古建筑。同时, 各类建筑的地 下结构和基础也各异, 应列入风险 分析的因素之 内。 尤其是对于古建筑, 其地面建筑的稳固性和自身历史 价值的重要性, 以及其基础结构的特征来自百度文库都应引起重 视。北京地铁 5号线临近的雍和宫, 西安地铁 2号线 下穿的钟楼和古城墙等均是如此。
随着北京、上海等城市地铁建设及地下空间开发 等工程的相继完工, 建设中凸现出的各类安全风险因 素带给社会的损失和影响已无法回避, 加强地铁及地 下工程建设中的环境安全风险管理的重要性已越来越 被业内及社会所关注。如何建立和完善有效的城市地 铁及地下工程建设环境安全风险评估与管理体系和制 度, 预防、控制和规避风险, 并建立各级各类风险源变 形控制标准和可靠的应急预案体系, 在风险预警和安 全风险形成后能够采取及时有效的应急措施, 将风险 危害和影响程度减至最低, 已经成为城市轨道交通建 设迫在眉睫的事情。
Zhou L iugang W ang H aixiang
摘 要 结合地铁及地下工程建设环境安全风险管理现状, 介绍了地铁施工安全风险源分布现状 及与结构的相互影响, 阐述了地铁建设领域安全风险管理分级和评估体系, 以及安全风险的控制标准和 监测方案的实施。
关键词 地铁 安全风险 风险评估 监控量测
2 城市浅埋暗挖工程建设环境安全风险源与 地下结构施工的 相互影响
根据地铁及其他地下工程周边风险源的分布情 况, 众多风险源与要修建的地下结构在建设施工场区 内构成了多方位、立体式相互影响的单位工程环境系 统。结构与风险源在这种系统内形成了下穿、上跨、邻 近、小净距并行、拆改、托换等一种或多种共存的位置 关系。
二级环境安全风险: 指临近既有建 ( 构 ) 筑物, 下 穿重要市政管线及河流的新建工程。
三级环境安全风险: 指下穿一般市政管线及其他 市政基础设施的新建工程。
该 工 程建 设环 境 主要 指 受地 铁 施工 影 响的 建 ( 构 )筑物和市政基础设施, 对于目前地铁浅埋暗挖施 工中已经出现的导致施工事故和风险的其他因素却未 纳入其中, 这些因素包括:
城市地铁及地下工程施工环境安全风险评估与控制: 周刘刚 王海祥
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隧道的透水事故。因此, 此类工程均采用了盾构法施 工, 以确保对既有河湖基床的保护。例如已修建的天 津地铁二号线下穿海河; 沈阳地铁 1号线穿越新开河; 即将开建的沈阳地铁 2号线一期工程青年公园站下穿 青年湖, 另外有两段区间分别穿越浑河及白塔堡河; 北 京地铁 9号线下穿玉渊潭; 北京地铁 10号线二期下穿 凉水河、永定河引水渠, 五穿京密引水渠。这些涉水作 业工程的工程安全环境和技术难度以及机械配套等问 题, 都使得此类工程的安全风险大大增加, 成为目前地 铁建设环境中的一大特点。
暗挖隧道结构所处的岩 ( 土 ) 层条件。如上覆土 层较薄, 且为松散的杂填土、砂砾地层或者流 砂地层 等, 在辅助工程措施缺乏或不到位、施工现场监管跟不
上的情况下, 很容易出现坍塌甚至人员伤亡的严重后 果, 此类现象在北京已完工和在建地铁中已出现过。
暗挖隧道结构开挖断面内的特殊水文地质条件。 如存在隔水夹层, 降水效果不佳, 在开挖时, 工作面或 者仰拱部位长期不断涌水, 开挖及支护作业条件变差, 迟滞了初支施做, 延缓了初支封闭的时间, 引起较大的 隧道收敛变形。同时, 水流汇积在仰 拱部位, 长期浸 泡, 容易造成工作面坍塌。笔者曾经参与施工的北京 地铁 5号线某暗挖车站工程, 就出现过此现象, 给施工 安全和进度带来了很大隐患。
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