城市轨道交通工程安全分析及控制对策

城市城市地铁安全分析及控制对策摘要： 中国城市城市地铁的快速发展伴随着频发的各类施工安全事故。基于这一严峻现状，本文结合具体工程事故案例，分析导致城市地铁工程施工事故发生的内在原因、环境原因、技术原因、管理原因及其它原因，并提出一系列的安全控制对策，以防患地铁建设安全事故的发生，确保地铁施工安全、快速，为国家和社会带来一定的经济效益和社会效益。关键词 城市地铁；安全事故；原因；控制对策引言 城市化的进程随着国家经济的持续、快速发展而不断加快。为缓和城市交通拥挤现状，国内诸多大城市都相继开始修建地铁。城市地下空间的开发利用在2020 年中国工程技术发展研究报告中被列为极其重要的课题。在未来的二三十年，中国将进入城市地下空间开发的高峰时期。地铁工程位处城市中心热闹繁华地段之下，有着隐蔽性大、现场周边环境复杂、施工难度大、技术要求高、工期长等特点。城市地铁工程施工于高风险行业 1，建设过程中有很大的不确定性，且随着地铁建设进程的推进，新建隧道与周边环境相互影响、相互制约，必然会对其安全造成不利影响，如果考虑不周、控制不力，很可能成为重大安全事故隐患。近几年，地铁工程施工安全事故在国内各大城市的地铁建设过程中时有发生。例如，2014 年 10月 7 日晚，由广东华隧建设股份有限公司承建的南宁地铁 1 号线 7 标鲁班路站至动物园站区间盾构隧道发生坍塌事故，致 1 人死亡，两人失踪。在地铁工程坍塌事故时有发生，是地铁工程施工安全事故的重要组成部分。要有效第控制了地铁工程安全管理，减少了地铁工程事故的发生，针对地铁工程事故的研究是必要的。本文从研究地铁工程安全事故的产生机理出发，研究地铁工程安全控制的相关对策。1 城市地铁安全事故原因分析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。究其城市地铁建设安全事故的原因，有内在原因，也有其外在原因，归结起来主要有以下几个方面：1.1 内在原因地铁一般都处在地下或高架桥的半封闭空间里，自身结构复杂，具有以下特性：隐蔽性大、作业循环性强、作业空间有限，而且动态施工过程中的力学状态是变化的，围岩的力学物理性质也在变化，作业环境恶劣。而且随着城市发展的需要，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。地下工程，其跨度尺寸均达到 10m 甚至 20m 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。1.2 环境原因1.2.1 地质水文条件复杂地铁工程属于精密岩土工程，其建设安全深受地质水文条件的复杂性和变异性的影响。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、地下空洞及其它不良地质体等在开挖揭示之前很难被精细地判明，且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，且大量的试验统计表明，岩土体的水文地质参数具有离散性、不确定性和很高的空间变异性，这几个复杂因素的存在给城市地下工程建设带来了巨大的风险，也蕴含了导致地铁建设安全事故的深层因素 2 。另外，水囊、空洞等不良地质体的存在也是引起施工过程中突发事故灾害的主要原因。因此，把握好工程所在地的地质水文资料是减少城市地下工程施工安全事故的根本前提。1.2.2 城市地下管线错综复杂城市地下管线的错综复杂是影响地铁工程建设安全的重要原因之一。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，或者在未落实现场管线情况前就盲目施工等都容易引发施工安全隐患。管线的渗漏破裂对周围土层的密实性及稳定性产生了极大影响，促进了不良地质体的形成，且息息相关。一方面，管线长期泄露而在地层中形成水囊，或管线周围土体松散、填埋不实而产生较大空洞，在开挖卸载及水压力等作用下使土体坍塌；另一方面，不良地质体也反作用与管线，恶化其支承条件，增大受力超限，增大变形破坏甚至断裂的安全风险隐患 3。1.2.3 地层变形和围岩失稳地层变形和围岩失稳是城市地铁工程建设环境风险的主要风险因子。主要表现为隧道施工引起地层扰动和失水，从而总成地层颗粒间结构的失稳、引起地层的破坏和变形。当地层变形传递到地中结构周围并与其发生作用，变形量增大更容易造成结构破坏，甚至会出现伴生灾害和事故3。地形变形对地下管线的破坏作用往往会使安全事故更加严重。1.3 技术原因1.3.1 设计理论尚不完善因地质水文条件异常复杂，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。1.3.2 施工单位的施工设备及操作技术水平参差不齐施工企业安全文化缺乏、安全制度不落实、安全监管不利，施工组织结构和隶属关系复杂，大量农民工流入建筑用工市场使一线操作人员安全技术差、安全意识不强、缺乏建筑工地安全环境文化等现象是现在工程建设过程中存在的普遍问题，也是安全管理的重大障碍。在一线操作的民工没有经过系统的安全培训使得施工中安全生产有关的法规、标准只停留在项目管理人员这一层，落实不到施工队伍身上。操作人员不了解或不熟悉安全规范和操作规程，又因缺乏管理，违章作业现象不能得到及时的纠正和制止，事故隐患未能及时发现和整改是造成事故发成的重要原因。地铁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的发生。1.4 管理原因1.4.1 施工管理水平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、组织问题，安全事故隐患在施工现场几乎无处不在。施工管理工作设计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，再加上施工人员的疏忽麻痹则极易引起突发事故。目前，地铁施工管理涉及到的深层问题主要表现在大规模的建设使得施工经验丰富的技术人员相对紧缺而聘用经验不足的管理人员，从而引起管理上的盲区和项目管理层及施工人员存有侥幸心理。1.4.2 第三方的安全监督管理在目前的安全监督工作中，仍不可避免的存在着某些形式主义。某些安全监督人员只着重于外在的一些安全表象，但是在实际的安全监督过程中，安监部门不但要对施工现场的安全状况进行检查，还应与安全管理的资料相对照，这样才能更深入地了解施工现场的安全情况。而且，应该强调的是，安全监督部门在施工过程的跟踪检查与管理过程中，应重视隐患治理，否则就无法达到预先诊断、超前控制的目的。1.5 其它原因1.5.1 低价中标对施工的不良影响在建筑市场竞争日益激烈的情况下，承包商为了求生存，图发展，迫不得以千方百计压低标价甚至于采取低于成本价方式竞标以赢得工程项目。中标企业为了追求利润，不惜偷工减料以降低工程成本，或以更低的价格进行分包，而分包单位又再次将工程分包给技术水平差的施工队伍。分包后，中标企业只管协调、收费和整理资料以便交工使用，施工由分包单位自行组织。分包单位为了抢工期和节约资金，便一切从简，工程项目即使有施工组织设计也只是为了投标而编制的，不是用于指导施工的。其它的安全制度，也是能免则免，不能免的也只是走走形式1。当前，工程项目不论具有多高资质的施工企业中标，基本都是由在劳务市场上招聘来的民工施工。最终工程的直接建设者多为无专业知识和操作技能、施工水平低下、安全意识薄弱的民工，使安全施工没有保障。1.5.2 挂靠施工的影响“挂靠”工程的承包商多以追求最大利益为目的，把一切非法的、不合理的费用从建设工程当中扣回，唯一的办法就是降低工程成本、偷工减料、使用次材、降低质量标准，而这些都有可能成为安全隐患，一旦发生事故将严重损害了国家、集体和人民群众的财产利益及生命安全。1.5.3 投资、工期等的影响地铁建设单位资金不能按时到账也会一定程度的影响施工安全。盲目的缩短工期是引起施工事故的凶手。2 城市地铁安全事故控制对策地铁工程施工由于其独特的施工环境，高标准的施工要求，事故发生的严重连带危害性，要求施工现场有科学的安全事故预测手段、易于接受的安全风险源识别系统、贯穿全过程的检测和安全监督体系和必要的事故应急减灾措施。按照风险识别、风险预防、风险转移的风险处理策略，可以建立如下的控制对策系统：2.1 建立危险源识别系统危险源是潜在的导致事故发生的不安全因素。地铁施工现场的危险源识别可以利用以下途径：识别地铁施工过程中各工序的危险源；根据法规和其它要求逆推危险源；根据原来或正在使用的风险控制措施来反推危险源；通过类似工程（铁路工程、矿山工程等）施工活动中的危险源来判定；通过多以往施工安全事故的调查分析及反馈意见来识别危源。危险源的危险程度可以粗略的通过以往施工安全事故的调查分析来反馈。2.2 建立安全事故防范系统安全事故防范系统是一种采用技术手段减少或消除风险威胁的一种事故预防措施，包括以下 3 方面：安全视觉识别系统、施工监测与第三方监测并重的双重监测体系、资料的信息化管理系统。2.2.1 建立施工现场安全视觉识别系统安全视觉识别系统是基于视觉识别系统提出来的，是企业安全理念、安全信息的视觉体现。在地铁施工现场可通过安全标志、警示、标语、标牌、招贴、现场环境、交通工具、服装等向施工作业员工传递有关安全的文化、方针、行为准则、观念等，设计上力求针对不同对象、不同场所、不同情况描述信息准确、言简意赅、透过色彩特有的知觉刺激与心理反应，让人过目难忘，具有警惕作用。2.2.2 建立施工监测与第三方监测并重的双重监测体系施工监测的目的是通过监测了解施工中围岩与结构的受力变形情况，以便及时采取有效的措施控制围岩的稳定性，指导日常施工。通过监测了解工程施工对地下管线、周边建筑物等周围环境条件的影响程度，以便及时采取有效措施确保周边环境的安全。第三方监测的目的是在土建施工工程中对周边环境和工程自身关键部位实施独立、公正的监测，基本掌握周边环境、围护结构体系和围岩的动态，验证施工方的监测数据，为建设单位、监理单位、设计单位、施工单位提供参考依据。尽管施工监测和第三方监测的目的有所区别，但其目标都是一致的，都是为了保证工程质量和安全等，在施工过程中，两个单位的数据需要互相对比印证，作为施工的重要参考依据。建立施工监测与第三方监测并重的双重监测体系，能更好的指导施工、保证工程质量、确保周边环境安全。2.2.3 建立资料的信息化管理系工程资料的信息化管理系统是信息技术在工程建设中应用的基本形式。工程资料的信息化管理系统利用计算机数据存储技术，集中存储管理与项目有关的信息，并随时进行查询和更新。准确、及时地完成工程项目管理所需要信息的处理，比如大量的工程量核算以及网络进度图的分析和计算；能方便快速地生成大量的控制报表，提供高质量的决策信息支持。工程资料的信息化管理系统不仅提高了信息处理的效率，更重要的是它可以使管理工作流程更加趋于规范，增强监理工程师的工作效率和监理工程师目标控制工作有效性。资料的信息管理系统，在决策问题时，能根据最新动态给出最明确的指导，能很好的指导动态施工。2.3 积极有效应对不良地质体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: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;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;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;加强监控量测对施工的指导作用,使量测数据发挥实效; 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。2.4 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。2.5 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。2.6 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 .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:岩土工程勘察和环境调查;环境安全分级;邻近建(构)筑物的现状评估;环境影响预测和安全控制标准的制定;环境安全的专项设计;专项施工方案的编制;风险管理专家决策系统.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, 在上海、广州、青岛和南宁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。结语（1）以南宁地铁为例, 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麻建华.地铁工程施工安全技术管理分析J.安防科技,2009,5:60-63.2王梦恕,张成平.城市地下工程建设的事故分析及控制对策J.建筑科学与工程学报,2008,25(2):1-6.3 侯艳娟,张顶立,李鹏飞.北京地铁施工安全事故分析及防治对策J.北京交通大学学报,2009,33(3):52-59.引言 城市化的进程随着国家经济的持续、快速发展而不断加快。为缓和城市交通拥挤现状，国内诸多大城市都相继开始修建地铁。城市地下空间的开发利用在2020 年中国工程技术发展研究报告中被列为极其重要的课题。在未来的二三十年，中国将进入城市地下空间开发的高峰时期。地铁工程位处城市中心热闹繁华地段之下，有着隐蔽性大、现场周边环境复杂、施工难度大、技术要求高、工期长等特点。城市地铁工程施工于高风险行业 1，建设过程中有很大的不确定性，且随着地铁建设进程的推进，新建隧道与周边环境相互影响、相互制约，必然会对其安全造成不利影响，如果考虑不周、控制不力，很可能成为重大安全事故隐患。近几年，地铁工程施工安全事故在国内各大城市的地铁建设过程中时有发生。例如，2014 年 10月 7 日晚，由广东华隧建设股份有限公司承建的南宁地铁 1 号线 7 标鲁班路站至动物园站区间盾构隧道发生坍塌事故，致 1 人死亡，两人失踪。在地铁工程坍塌事故时有发生，是地铁工程施工安全事故的重要组成部分。要有效第控制了地铁工程安全管理，减少了地铁工程事故的发生，针对地铁工程事故的研究是必要的。本文从研究地铁工程安全事故的产生机理出发，研究地铁工程安全控制的相关对策。1 城市地铁安全事故原因分析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。究其城市地铁建设安全事故的原因，有内在原因，也有其外在原因，归结起来主要有以下几个方面：1.1 内在原因地铁一般都处在地下或高架桥的半封闭空间里，自身结构复杂，具有以下特性：隐蔽性大、作业循环性强、作业空间有限，而且动态施工过程中的力学状态是变化的，围岩的力学物理性质也在变化，作业环境恶劣。而且随着城市发展的需要，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。地下工程，其跨度尺寸均达到 10m 甚至 20m 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。1.2 环境原因1.2.1 地质水文条件复杂地铁工程属于精密岩土工程，其建设安全深受地质水文条件的复杂性和变异性的影响。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、地下空洞及其它不良地质体等在开挖揭示