北京地铁-施工安全事故分析及防治对策.pdf

第3 3 卷第3 期北京交通大学学报 V 0 1 ．3 3N o ．3 文章编号1 6 7 3 ．0 2 9 1 2 0 0 9 0 3 0 0 5 2 0 8 北京地铁施工安全事故分析及防治对策 侯艳娟，张顶立，李鹏飞 北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心，北京1 0 0 0 4 4 摘要当前我国城市地铁建设发展迅速，但也出现了各类施工安全事故频发的严峻事实．基于这 一现状。以北京地铁近年来新建线路施工中出现的具体工程事故案例为背景，结合新建地铁的工程 特点及施工难点，分析了事故发生的主要原因，通过对现有事故资料的整理分析，按其发生的主要 原因分为5 种类型地层过量变形引起坍塌、不良地质体突发灾害、施工诱发地下管线破坏、工程施 工管理不力、施工设备及操作技术过失引发的事故．针对每一类事故，制定相应的防治对策及方案， 进而提出适合于我国城市地铁施工安全控制和风险管理的具体措施，以期为城市地铁及其他地下 工程安全建设提供重要参考． 关键词城市地铁；安全事故；原因；机理；防治对策 中图分类号U 2 3 1 ．3文献标志码A A n a l y s i sa n d C o n t r o lM e a s u r e so fS a f e t yA c c i d e n t s i nB e i j i n gS u b w a yC o n s t r u c t i o n H OU Y a n j u a n ，Z H AN GD i n g l i ，L IP e n g f e i T u n n e la n dU n d e r g r o u n dE n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t e ro fE d u c a t i o nM i n i s t r y ， B e i j i n gJ i a o t o n gU n i v e r s i t y ，B e i j i n g1 0 0 0 4 4 ，C h i n a A b s t r a c t A tp r e s e n tt h eu r b a ns u b w a yc o n s t r u c t i o na r ed e v e l o p i n gr a p i d l y ，w h i l ev a r i o u ss a f e t ya c c i - d e n t sa p p e a r e df r e q u e n t l yd u r i n gt h ep r o c e s s ．B a s e do nt h i ss i t u a t i o na n de s p e c i a l l yo nt h es p e c i f i ca c c i - d e n tc a s e so fB e i j i n gn e ws u b w a yp r o j e c t s ，t h em a i nr e a s o n sf o rs a f e t ya c c i d e n t sa r ea n M y z e da n dt h e r e l e v a n tc o n t r o lm e a s u r e sa r ep r o p o s e d ．C o m b i n e dw i t ht h e i rc h a r a c t e r i s t i c sa n dd i f f i c u l t i e s ，t h ea c c i - d e n t sc a nb ec l a s s i f i e db yf i v et y p e s a c c i d e n t sc a u s e db ys t r a t ae x c e s s i v ed e f o r m a t i o n ，s u d d e nc a l a m i - t i e si n d u c e db yt h eb a dg e o l o g yb o d i e s ，u n d e r g r o u n dp i p e l i n e sb e i n gd e s t r o y e db ye x c a v a t i o nd i s t u r 。 b a n c e ，a c c i d e n t sd u et ol a c ko fc o n s t r u c t i o nm a n a g e m e n t ，a sw e l la sa c c i d e n t sc a u s e db yb a dc o n s t r u c 。 t i o ne q u i p m e n ta n df a u l t yo p e r a t i o n ．A c c o r d i n g l y ，p r e v e n t i o na n dc o n t r o lm e a s u r e sa n ds c h e m e sf i tf o r a l lt h e s et y p e sa r es u m m a r i z e da n dp r o p o s e d ，a n dt h e nt h er i s km a n a g e m e n ts y s t e mf o ru r b a ns u b w a y p r o j e c t sc o n s t r u c t i o ni se s t a b l i s h e d ．T h ec o n t r o lm e a s u r e sm e n t i o n e da b o v eh a v eb e e np r o v e dS U C , C e S s f u l i n8 0 m ep r o j e c t so fB e i j i n gs u b w a y ，w h i c hc a nb et a k e na st h ei m p o r t a n tr e f e r e n c et oc o n s t r u c t i o no f t h eu r b a ns u b w a ya n do t h e ru n d e r g r o u n dp r o j e c t si no u rc o u n t r y ． K e yw o r d s u r b a ns u b w a y ；s a f e t ya c c i d e n t ；c a u s e ；m e c h a n i c s ；c o n t r o lm e a s u r e s 城市地铁工程建设是一项复杂的高风险性系统 工程，建设过程中带有很大不确定性，尤其随着地铁 建设进程的推进，新建隧道往往要近邻既有地下基 础设施及地上建 构 筑物施工，必然会对其安全造 收稿日期2 0 0 8 ．1 2 ．2 5 基金项目高等学校博士学科点专项科研基金资助项目 2 0 0 8 0 0 0 4 0 0 0 9 作者简介侯艳娟 1 9 8 2 一 ，女，内蒙赤峰人，博士生．e m a i l i u a n 8 0 8 2 ．h o u y a h o o ． 张顶立 1 9 6 3 一 ，男，江苏沛县人，教授，博上，博士生导师． 竺 塑堡兰塑竺 墨苎堡竺三茎全 竺坌塑墨堕塑翌茎 5 3 成不利影响，若控制不力则极易造成重大安全事故． 近年来在北京新建地铁工程，包括4 号线、5 号 线、1 0 号线 含奥运支线 及机场线的建设过程中， 就曾发生过多起隧道洞内塌方、地表过度沉陷、地下 管线破坏以及其他各种类型的事故 据不完全统计 4 0 余起 ，造成了严重后果和恶劣影响．这在留给人 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． 为深入分析城市地铁施工安全事故的发生机 理，汲取深刻教训，本文作者根据多方资料，对北京 新建地铁工程建设中已发生的安全事故进行归类总 结，分别针对各类事故特点，采用数值计算、力学分 析和统计分析等方法揭示事故机理，并提出相应的 防治对策． 1 典型事故案例[ 1 】 2 0 0 3 年1 0 月8 日．5 号线崇文门站发生因地梁 钢筋整体倾覆、死伤4 人的重大事故，是一起典型的 由于管理层、作业层人员安全意识不强、执行技术标 准和遵守施工纪律不严格，加上工人违章操作所造 成的重大责任事故． 2 0 0 5 年3 月1 5 日，4 号线与1 0 号线换乘站黄 庄站发生路面塌陷事故．经调查，该区域雨污水管线 较多，因管线施工土体回填不密实及管线长期渗漏 等原因形成较大地下空洞及水囊 图l ，空洞平均深 度约2 ．2n l ，洞内面积约2 1I n 2 ；同时施工降水和地 层扰动破坏了不良地层结构的受力状态及其周围土 体的稳定性，加之路面交通荷载作用，最终导致了大 范围路面塌陷． 水管长期渗漏形成水囊，对土体长期浸泡而严重破 坏土体稳定、降低土体强度，同时包含基坑周边堆载 过量等人为因素的影响． ． 图2 熊猫环岛车站基坑坍塌现场 F i g ．2 F o u n d a t i o np i tl a n d s l i d ei n X 1 0 N GM A 0H U A ND A 0S t a t i o n 2 0 0 6 年1 月3 日，1 0 号线呼家楼站一光华路站 区间左线南侧掌子面突发涌水事故，而后对应地面 发生坍塌，造成东三环路南向北方向部分主辅路塌 陷，形成一个面积达2 0 0m 2 、深约1 7m 的大坑 图 3 ．经分析，在掌子面前上方土体受污水管线长期渗 漏形成水囊及饱和水淤泥层，开挖后由于土体受力 改变造成水囊及淤泥层涌水坍塌，而后污水管断裂， 引发更大面积坍塌． 图3 呼一光区间坍塌事故 F i g ．3C o l l a p s ea c c i d e n ti nH U G U A N G s e c t i o n 2 0 0 7 年3 月2 8 日，1 0 号线苏州街站东南出入 口塌方事故，导致地面发生严重塌陷 图4 ，并造成 6 名工人死亡的惨重后果． 图1 造成黄庄车站严重塌陷事故的地下空洞 F i g ．1 S e l i O I l gs u b s i d e n c ed u et Ou n d e r g r o u n dc a v i t y i l lH U A N GZ H U A N GS t a t i o n 2 0 0 5 年1 1 月3 0 日，1 0 号线熊猫环岛奥运支线 站主体基坑坍塌，由南侧开始迅速发展，最终造成基 图4 苏州街车站东南出入口塌方事故 坑东、南、西侧围护桩均相继倒塌，周边电缆裸露悬 F i g ．4 C a v ea c c i d e n ti nS UZ H O UJ I ES t a t i o n 空，燃气管线外露，自来水管、污水管及多根电信管 以上每起事故后果都非常严重，突出反映了地 线弯曲断裂 图2 ．坍塌范围之大、造成破坏之严 铁管理及施工人员环境意识薄弱，对周边环境和结 重，在国内地铁工程建设中非常罕见．其主要由于污 构物的影响控制不力的客观事实．而当前，随着各地 鞋兰 室茎望奎竺兰堡竺竺堂 地铁工程的大规模开展，事故频发的现状仍在继续， 这无疑向我国城市地铁安全建设，乃至城市地下工 程的安全建设提出了巨大挑战． 2 事故机理 城市地铁建设中的安全事故，既有外在因素也 有内在因素，既有客观因素也有主观因素[ 2 _ 5 ] ．工程 地质及水文地质条件复杂多变、周边环境复杂，以及 工程结构自身复杂等，均可归结为前者．而工程设计 理论及方案缺陷、建设决策及管理不力，以及操作技 术水平低等则归结为后者．有鉴于此，将安全事故分 为5 大类型 见图5 ，施工管理事故包含施工管理不 力及施工操作过失 ． 图5 主要安全事故类型分布 F i g ．5 D i s t r i b u t i o no fm a i na c c i d e n tt y p e s 2 ．1 地层过量变形引起坍塌事故 地层变形和围岩失稳是城市地下工程环境风险 的主要诱因，主要表现在地层的过度变形、突然变形 和失稳．从细观力学角度看，隧道施工引起的地层扰 动和失水等均可造成地层颗粒间结构的失稳，从而 引起地层的破坏和变形．当地层变形传递到地中结 构周围与其发生作用，变形量的突然增大更容易造 成结构破坏，甚至出现伴生灾害和事故．地层变形对 地下管线的破坏作用往往使得安全事故更为严重、 影响更大．地层过量变形主要由以下原因造成①地 层自身结构松散，强度弱、均匀性差，开挖扰动极易 破坏原有脆弱的稳定状态；②在含水地层中开挖使 地层失水固结，从而产生较大沉降；③施工中各种原 因造成土体颗粒流失，产生明显的土体损失，迫使上 覆地层整体沉降；④制定的地层沉降控制标准不够 合理，实施效果差． 在上述各种风险因素的驱使下，若控制措施不 当、支护结构施作时机不利或刚度不足以阻止地层 发生过量变形，甚至导致支护结构本身亦随之沉降， 则必然会进一步加剧地层沉降规模和发展速率，导 致坍塌的严重后果． 北京地区以砂卵石地层为典型，其结构松散、呈 不均匀颗粒状，且孔隙比较大，粘聚力极低，这使得 隧道围岩的稳定性较差，隧道顶部大块卵石剥落时 更会引起上覆地层的突然沉陷．此时，隧道开挖后首 先在其上方形成冒落拱 有时是松动拱 ，随隧道开 挖范围的增大，冒落拱不断发展，在一定条件下形成 某一稳定结构，即相对稳定的“拱结构”，见图6 ． 图6 松散地层冒落拱形态 F i g ．6S h a p eo fs l u m p i n ga r c hi nl o o s es t r a t u m 浅埋暗挖隧道施工中，在掌子面开挖后、支护结 构达到强度要求前，上覆地层变位可能造成冒落拱 范围扩大，当波及到砂层尤其是含水砂层时极易造 成大范围涌水涌砂，此波及范围和程度取决于砂层 的分布．作为地表沉降量主要来源的拱顶下沉是通 过拱结构来传递的，故压力拱结构的位态在很大程 度上决定了地表沉降状况． 通过建立图7 所示的压力拱模型并对其进行力 学分析，得出如下结论⋯6 ． 通常情况下，冒落拱呈扁平状，其高度随跨度的 增加而增大，因此控制地层沉降的最有效措施即是 限制拱跨度的发展．由于地层结构及强度的差异 性，拱顶下沉向地表的传递过程中可能经历多个“拱 结构”的平衡和失稳过程，失稳直接波及到地表的拱 结构为“主导”拱结构，而维持这种主导拱结构的稳 定性是减小地表沉降的重要措施． 瑁 q Ⅱ口工Ⅱ口工Ⅱ皿 ／ yN n { 嗽．协 ／。 | ．fA． ．1 h 目厶 一L ．J珏 卜圣￡_ 一 图7 压力拱受力分析 F i g ．7 F o r c ea n a l y s i so fp r e s s u r ea r c h 2 ．2 不良地质体突发灾害事故 大量不良地质体的存在是北京浅埋地层的典型 特征，也是北京地铁施工安全的重要风险源．施工中 已揭露的不良地质体包括空洞、水囊、暗河、建筑垃 圾及其他不明构筑物，其中以空洞、水囊更为普遍和 典型，其成因也较为复杂．空洞形成的原因主要有 ①地层原为防空洞，或是一些废弃的管道，在用土进 墨 塑堡兰塑竺 墨兰竺塑三窒全兰竺坌堑圣堕望翌竺 5 5 行回填后未回填密实而形成空洞；②管道渗漏水，在 长期冲刷作用下管道周围 特别是砂层中 形成空 洞；③地下工程施工回填不密实形成空洞；④地层本 身 砂层为主 受外界扰动，经长期作用压密固结而 在周围形成空洞． 既有施工实践表明，空洞对地层稳定及隧道施 工的影响通常可分为以下几种模式，并相应具有不 同作用机理． 1 对于离地铁隧道有一定距离的单一空洞，若 在地铁施工过程中保持相对稳定或是自身规模较 小，则一般不会造成太大影响． 2 若空洞距离隧道较近，在施工中由于地层被 扰动而导致其显著扩展，当扩展到一定程度时则会 丧失稳定性，进而引起地层变形突增，大大增加地铁 隧道施工风险． 3 当地层中存在空洞群时，施工扰动使其连通 而重新成为一个大型空洞，这对地层变形和地铁施 工的影响会非常大，一旦造成事故往往后果很严重． 4 有相当一部分空洞是由于管线施工回填不密 实、管线渗漏水等因素造成的，所以对于附近存在管 线的地层空洞，其失稳必然会对管线的安全构成威 胁，破坏性不容忽视． 以北京地铁4 号线黄庄站为例，通过数值模拟 预测空洞的不同位置、大小和形状对地表沉降的影 响．图8 中l 、2 、3 号空洞均为直径2m 的圆形，分别 位于隧道正上方、斜上方4 5 0 和正右侧且距隧道结 构均为2 ．5m ．计算结果见图9 至图1 2 ． 图8 模型图 F i g ．8 M o d e l m e s h 由以上计算分析可得到以下规律①空洞的存 在对原有地层的沉降影响较为明显，随空洞从隧道 顶部到侧方的位置变化，地表沉降逐渐增大，模型中 3 号空洞对应的地表沉降最大；②空洞距离隧道越 远对地层和隧道的影响越小，而在同一位置处，随洞 径增大，地表沉降明显增大，当洞径增至4m 时，地 表沉降已处于失控状态 达到1 2 0m m ，这极有可 能是由于施工扰动使原有空洞群连通为大型空洞、 或已致使隧道坍塌发生，可见空洞大小对周边稳定 影响极大；③相对而言，空洞的形状对于地表沉降的 影响不大，大体为扁平形状比竖长形状更有利． 1 0 g O { ．1 0 氆- 2 0 懈．3 0 霉枷 - 5 0 图9 不同位置单一空洞地表沉降图 S u r f a c es e t t l e m e n tc h a r to fd i f f e r e n ts i n ．g l ec a v i t y 图1 0 不同大小空洞地表沉降图 以洞2 为例 F i g ．1 0 S u r f a c es e t t l e m e n tc h a r to fd i f f e r e n tc a v i t ys i z e s 图1 1 不同距离空洞地表沉降图 以洞2 为例 F i g ．11 S u r f a c es e t t l e m e n tc h a r to f d i f f e r e n tc a v i t yd i s t a n c e s 0 ．5 - l O 一1 5 ．2 0 - 2 5 ．3 0 ．3 5 - 3 0 - 2 01 001 02 03 0 距隧道中心距离／m 图1 2 不同形状空洞地表沉降图 以洞1 为例 F i g ．1 2 S u r f a c es e t t l e m e n tc h R r to fd i f f e r e n tc a v i t yf o r m s 综上，与一般地层情况相比，有空洞存在时，隧 道施工风险更为突出，究其本质是空洞破坏了地层 结构的均匀性，弱化了地层自身强度和抗变形能力． 在隧道开挖时其自身变形或失稳坍塌与地层应有沉 降的叠加，是最终导致隧道施工事故急剧恶化的根 本原因． “加。珈枷枷瑚啪啪m F目m，进好锵冒 I、逝蟮群霉 5 五 室茎望奎兰兰塑竺 堂 对于地层中的水囊，一般有两种类型一种是由 富水松散地层因地下水长期积存而形成，另一种则 与空洞密切相关当地层中既有空洞因邻近管线渗 漏、地下水汇聚、地表绿化带灌溉或降雨入渗等原因 充填一定量的水时则形成水囊．水囊的存在较之空 洞会给地铁施工带来更大安全隐患，主要导致隧道 内并发坍塌和涌水灾害． 2 ．3 施工引发地下管线破坏事故 2 ．3 ．1 事故原因 城市地层中各种管线交错密集、分布复杂，不可 避免受到地铁施工影响．以北京地铁4 号和l O 号线 交叉站黄庄站为例，车站结构施工范围内有5 6 条管 线，且分属单位近2 0 家之多，其施工复杂程度可见 一斑．北京地铁新建工程建设中频频遭遇地下管线 问题，管线破坏或断裂的安全事故时有发生，其原因 主要有以下方面①隧道施工前对管线准确位置、自 身状况等具体信息调查不详、资料欠缺；②现行的管 线管理及保护制度和措施尚存在很多缺陷。甚至出 现过在未准确落实现场管线情况前就盲目施工的情 况；③大量不明管线存在于密布复杂的地下管网中， 部分年久失修甚至洇渗严重，对周围土层的密实性 及稳定性产生了极大影响，这类问题对地铁施工的 破坏程度尤其严重． 因此，地铁施工期间对管线的安全控制非常重 要，然而这一问题一直是多年来城市地铁施工中的 难题．对于历史较久的地下管线，其周围环境的侵蚀 及多年的使用损害都会造成其力学性能劣化，但劣 化程度很难准确确定，进而当前力学性状难以准确 描述．尤其管线节头处泄漏现象非常普遍，长久的漏 水浸泡不仅对管线本身安全产生严重影响，更将相 应造成其周围地层条件恶化，加大地铁施工难度及 风险．已有多起事故表明，管线渗水常常导致已被扰 动地层形成流砂，造成地下空洞、致使路面塌陷，而 这又加剧了老化管道的破裂，最终造成管线破坏和 隧道施工塌方的双重安全事故． 2 ．3 ．2 管线受力机理 隧道开挖时，土体的卸荷作用导致周边地层向 隧道内位移，进而带动邻近地下管线的位移，显然， 管线位移与周围土体变形一样具有明显的时效性． 由于各种管线对沉降影响的敏感性和耐受力因其材 质、连接方式、接口材料，以及施工质量、使用年限不 同而有较大的差异，因而隧道施工对管线可能造成 不同形态的破坏，见图1 3 ． 地下管线可分为刚性和柔性两种．通常，刚性管 线在土体移动不大时可正常使用，土体移动幅度超 过一定限度时则会发生断裂破坏；柔性管道受力后 接头可产生近于自由转动的角度，该角度及管节中 的应力小于允许值时，管道可正常使用，否则也将产 生断裂或泄露． c 夏≯ i } 吗户 梁式断裂 c 辽卫 Ⅱ盎 3 拉断 剪断 推断 撬断 图1 3 隧道施工造成地下管线破坏形态 F i g ．1 3 D i f f e r e n td a m a g e so fp i p e l i n e sd u et ot u n n e l i n g 管线与隧道可能存在复杂的空间位置关系，选 取隧道与管线垂直和平行两种典型情况“ J ，对盾构 隧道施工引起的管线沉降变形进行计算，并分别研 究刚性管线和柔性管线破坏标准及评价方法．以文 献[ 8 ] 中完好的煤气铸铁管线为例分析在地层变位 影响下管线的受力机理 图1 4 ． 图1 4 管线受力分析示意图 F i g ．1 4 S t r e s sa n a l y s i so fp i p e l i n e 在正常情况下，埋入地下的煤气管道所受的主 要负荷为内压力P l 工作压力和实验压力 、外压力 尸2 垂直土荷载、水平土荷载和地面活荷载 ，这里 以S 1 、．s 2 、S 3 分别表示埋设管线单元体的径向应 力、纵向应力和环向应力．通过对3 种应力的理论分 析认为 1 若管线位于隧道开挖影响范围内，管周土体 ．将受到扰动而引起管基变位下沉 通常可认为埋设 管线的地基是均匀的，管线可作为连续均匀地基上 的连续梁来考虑，外压不会产生纵向应力 ，此时管 道产生纵向弯曲效应，这种弯曲应力达到一定值将 有可将管线或承口拉裂． 2 当管径比较小且埋深较浅时，纵向应力是造 成管线破坏的主要因素，可只考虑由管基不均匀沉 降而引起的管线纵向弯曲应力或接头开裂应力． 3 地下水管及煤气管对其轴向水平变形也非常 敏感，在拉伸变形作用下，可造成管接头漏水漏气， 甚至脱开；压缩变形可使接头压入而漏损，严重时压 箜 塑堡塑塑竺 塞兰堡塑三茎竺皇竺坌堑墨堕塑翌竺5 2 坏接头或使管道产生裂缝． 总体上，隧道施工引起的地层变位对管线的损 害仍可归纳为倾斜损害、曲率损害和水平变形损害 等形式，与建筑物的情况基本类似． 2 ．3 ．3 不良地质体的影响 管线出现渗漏破裂和不良地质体 主要为水囊、 空洞 的形成往往是密不可分的．一方面，常因管线 长期渗漏而在地层中形成水囊，或管周土体松散、填 埋不实而产生较大空洞，在开挖卸载及水压力等作 用下发生坍塌．另一方面，这些不良地质体也反作用 于管线，使其支承条件进一步恶化，增大受力超限、 发生变形破坏甚至断裂的安全风险． 2 ．4 工程施工管理不力事故 城市地铁工程与其他工程项目相比，会遇到更 多更复杂的决策、管理和组织问题，安全事故隐患在 施工现场几乎无处不在．而施工管理工作涉及到地 铁施工的方方面面，若没有完善的管理制度、强大的 监管力度，再加上施工人员疏忽麻痹则极易突发事 故．目前地铁施工管理方面涉及到的深层问题主要 表现在两方面 1 管理人员经验不足，北京地铁空前的大规模 建设使得施工经验丰富的技术人员相对紧缺，从根 本上造成了管理上的很多盲区． 2 项目管理层及施工人员时有侥幸心理，在判 断不准的情况下，通常是削弱而不是加强技术措施， 甚至发生很多常规施工不应有的事故． 2 ．5 施工设备及操作过失事故 由于地铁建设队伍众多，施工设备及技术水平 难免参差不齐，施工设备差、操作技术水平低的队伍 在施工中更容易发生安全事故，这在北京地铁施工 中是较为普遍的． 城市地铁工程赋存于高风险的地质条件和城市 环境中，其致险因子多而复杂，一旦其中某个环节出 现问题，就有可能引发各类事故．上述5 种事故原因 几乎涵盖了城市地铁施工安全事故的各种类型，但 实际中很多事故无法单纯归因于某一种，往往是多 种因素共同作用的结果． 北京地铁施工方法及工程结构自身复杂、施工 难度大，这也是事故多发的重要原因．由于全面采用 明挖、暗挖和盾构等多种不同方法施工，所发生事故 的特点和类型也随之不同，其中暗挖施工受地层条 件和周边环境的影响更为突出、风险更大． 3 事故防治对策 从以上对安全事故的原因机理分析看出，只要 针对各类事故制定有效的防治对策，就可为工程建 设各个阶段、各个方面的安全提供保障． 3 ．1 防控地层过量变形 主要措施包括①在勘察阶段详细把握工程地 质及水文地质资料，是减少安全事故的前提；②在设 计阶段对围岩稳定性准确判释、合理加强支护措施， 是降低事故发生的有效保证；③在施工阶段谨慎选 择施工方法、重视加强初支力度，以满足围岩稳定的 要求，这对软弱围岩隧道施工尤为重要；④结合现场 施工安全措施的完善和施工管理的有效落实，将地 层过量变形以及围岩坍塌的发生率降到最低． 有关地层变形控制的几个重要问题值得探讨 1 制定科学合理的地层变形控制标准已迫在眉 睫．目前，对于浅埋暗挖地铁施工地表沉降3 0m m 的单一控制标准已不能满足施工要求，在一定程度 上制约了工程建设的发展．通过对北京新建地铁1 2 个浅埋暗挖区间、7 个浅埋暗挖车站地表沉降值的 调研及统计分析，结果表明，需要对原有标准进行适 当调整和修正，使之更加科学合理． 图1 5 、图1 6 表明，大多数暗挖区间隧道的地表 图1 5 暗挖地铁区间隧道地表沉降分布频率图 F i g ．1 5F r e q u e n c ys t a t i s t i c a lc h a r to fg r o u n d s e t t l e m e n ti ns h a l l o wt u n n e lc o n s t r u c t i o n 2 9 ．2 9 ％ 莲3 0 2 5 蚕2 0 妪1 5 鄯 蜉0 ／ ／ 1 7 ．6 7 ％ ／ 1 66 7 ％ ／ ．E 1 01 ％9 ．0 9 ％ ／ 丑n 描箍拦 ／ 1 6 0 地表沉降／n u n 圈1 6 暗挖地铁车站地表沉降分布频率圈 F i g ．1 6F r e q u e n c ys t a t i s t i c a lc h a r to fg r o u n ds e t t l e m e n t i ns u b w a yc o n s t r u c t i o n 沉降值在2 0 ～6 0m m 范围内，5 5 ％以上的地表沉降 值超过了3 0m m ；大多数暗挖车站地表沉降值在3 0 1 0 0m m 之间；总体地表沉降值共约有9 6 ．7 ％以 上的比例超过了3 0m m 的控制标准．在此统计结果 基础上，王梦恕、张顶立等通过研究，提出在一般情 5 8苎室茎望奎兰兰垫竺 堂 况下，将地铁暗挖车站和区间的地表沉降控制标准 分别调整为6 0m m 和4 0m m ，这在满足施工和周边 环境要求的前提下反映了目前我国各种工程条件和 现有施工能力的平均水平，较为经济合理．当然，地 表沉降控制标准不能一概而论，对于特殊地质条件 和特殊工程环境下，应根据地铁及施工环境 建筑 物、管线等 状态进行专项分析，以最大程度确保地 表和周边建 构 筑物安全． 2 不同地层变形模式存在较大差异，相应的控 制原则和技术措施也不同．在具备合理控制标准基 础上，结合具体地层条件和施工方案采取相应控制 措施． 3 地表及深部地层变形，以及施工影响范围内 的结构如地下管线、地表建 构 筑物等的变形是密 切相关的，彼此之间存在着复杂的相互作用关系，这 一问题仍须深入研究． 4 即使在已经出现地层过大变形的情况下，只 要施工及有关监管各方措施及管理执行到位，坍塌 事故可以在一定程度上加以规避或减轻． 3 ．2 积极有效应对不良地质体 如前所述，不良地质体的分布具有随机性和隐 蔽性，不易预知和探明，往往在事故发生后才得以揭 露．而且由于其不可预见性，施工中突然遭遇不良地 质体往往猝不及防，从而造成更为严重的破坏后果． 应对不良地质体的一般原则①将不良地质体 的预报作为超前预报的重点，在交通繁忙的闹市区 对地层中水体水带分布、空洞及异常区进行重点探 测，以事先杜绝风险源；②对地质异常区派专人定期 巡查，以便及时发现问题及时处理；③暗挖施工前尤 其要对结构上方空洞及地质异常区进行处理，保证 暗挖施工安全；④加强监控量测对施工的指导作用， 使量测数据发挥实效；⑤出现险情后及时疏导并迅 速启动应急预案，最大限度地降低事故损失． 对工前探测得到的不良地质体及早处理，对于 可能成为地铁施工安全隐患的空洞、水囊要排水后 进行回填和注浆，对于一些特殊地质体结构 如具有 文物价值的4 号线西四元大都下水道 则要特殊对 待．对于一些临时遭遇的不良地质体，应尽快准确判 断其性质和规模，根据地铁施工的实际情况采取有 效措施及时治理． 3 ．3 加强地下管线的调查及变形控制 针对地铁施工中管线事故，防治的关键在于首 先根据地下管线与新建地铁工程的相对位置，深入 分析其与地层的相互作用，进而评估地铁施工与地 下管线之间的相互影响． 1 施工前对施工场地周围邻近管线进行调查， 主要包括管线使用功能、与隧道相对位置、埋深、管 径、埋设年代、构造、材质、接头形式等． 2 对管线因施工产生的变形进行预测，定量掌 握施工影响程度．通常采用结构模型分析法或耦合 模型分析法，确定使地层变位达到最小时的最佳施 工方法，同时对隧道开挖过程中管线地基变位机理 和形态的正确预测． 3 以管线的安全为目标，制定科学合理的管线 控制标准，目前主要有管线变形控制标准、管节受弯 应力控制标准和管接缝张开值控制标准等．实际中 应根据各管网线路的材质及可变性情况，结合地表 沉陷槽分布规律进行综合考虑，尤其要对管线“递进 式”的破坏模式进行深入分析，相应提出分级破坏标 准，并在此基础上提出工前加固方案． 4 实施管线安全的动态控制，按照施工过程力 学理论，采用变位分配原理，在既定的施工方案下。 将沉降或应力控制目标进行分解，明确到每个阶段． 5 施工过程中采取切实有效的监测方法，选择 关键部位的重点控制指标，实施全过程监测，对监测 数据实时处理并及时反馈． 3 ．4 规范施工管理及提高现场施工技术 加强地铁施工过程管理对高质量完成地铁工程 建设具有特殊的重要意义，主要从以下4 个方面加 强措施 1 管理制度的完善和落实是各项施工安全的有 力保证和基本前提，各级安全生产责任人和现场施 工人员都应以树立安全生产意识为先． 2 施工现场的整顿清理和安全防护，及时发现 和纠正存在的安全问题，尽可能消除事故隐患，鉴于 北京地铁施工中曾发生数起因外界交通违规造成施 工人员伤亡的惨重事故，因此必须加强施工现场的 安全防范． 3 对施工机械设备进行必要的安全检查及故障 排除，杜绝事故隐患．在施工中严格执行机械设备的 管理与使用制度． 4 重视施工人员的安全教育和技术培训． 3 ．5 建立城市地铁建设安全风险管理体系 就城市地铁建设这一领域，相对于结构本身而 言，周边环境面临的安全风险更为显著⋯9 ．因此，建 立城市地铁建设安全风险管理体系非常重要，主要 有以下几个方面的工作①岩土工程勘察和环境调 查；②环境安全分级；③邻近建 构 筑物的现状评 估；④环境影响预测和安全控制标准的制定；⑤环境 安全的专项设计；⑥专项施工方案的编制；⑦风险管 第3 期侯艳娟等北京地铁施工安全事故分析及防治对策 气。 理专家决策系统． 在构建科学合理的安全风险体系的基础上，开 展安全风险管理工作，以最大程度规避各类安全事 故．目前，在北京、上海和广州等城市地铁工程建设 中，已逐步引入了风险管理的理念和模式，取得了良 好效果【1 0 J ． 4 结语 1 以北京地铁为例，按事故诱因对城市地铁施 工安全事故进行科学分类，主要包括地层过量变形 引起坍塌事故、不良地质体突发灾害事故、施工引发 地下管线破坏事故、工程施工管理不力事故及施工 设备及操作过失事故． 2 针对各类事故提出相应防治措施制定科学 合理的控制标准、重视施工环境的调查评估、积极应 对异常情况、加强施工管理、提高施工技术水平，是 北京地铁乃至城市地下工程事故防控的根本． 3 规范的施工技术和严格的施工管理是杜绝事 故和保证安全施工的关键．实际中事故原因往往是 极其复杂的，但都与施工过程中的具体环节息息相 关，可以说，在各方管理、操作以及施工措施都不遗 余力地严格执行到位的前提下，很多事故是完全可 以避免或大大削弱的． 4 今后我国城市地铁施工仍将面临多种复杂的 情况，建立健全城市地铁建设的安全风险管理制度， 探索出适合于地铁建设的风险管理模式，并推广应 用于各地城市地铁建设中是当前的迫切需要． 参考文献 [ 1 ] 北京市轨道交通建设管理有限公司，北京交通大学隧道 及地下工程试验研究中心．北京地铁施工事故案例分析 [ R ] ．北京北京市轨道交通建设管理有限公司，北京交 通大学隧道及地下工程试验研究中心，2 0 0 6 ． B e i j i n gM T RC o n s t r u c t i o nA d m i n i s t r a t i o n C o r p o r a t i o n ， T u n n e la n dU n d e r g r o u n dE n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t e ro f E d u c a t i o nM i n i s t r y ，B e r i n gJ i n o t o n gU n i v e r s i t y ．C a s e s A n a l y s i so fS a f e t yA c c i d e n t si nB e i j i