成都地鐵中醫學院站施工安全風險分析

陳海勇，石達強

(北京中鐵隧建筑有限公司，北京 100022)

0 引言

隨著國民經濟的發展和城市化進程的加快，城市交通量急劇增長，城市交通堵塞現象日趨嚴重，發展城市軌道交通已成為必然選擇。地鐵車站作為地鐵設計、施工最重要最復雜的部分，涉及面廣、投資比例大，其安全風險管理對整個地鐵工程來說至關重要;再者，近年來發生的一系列地下工程事故教訓慘重。因此，加強地鐵土建工程，特別是地鐵車站工程的施工風險分析、風險管理是相當有必要的。

以往對地鐵區間及車站施工風險分析及管理已做了大量的研究工作:文獻［1］對北京地鐵五號線崇文門—東單站區間隧道淺埋暗挖施工中風險識別、風險分析和應對措施進行了介紹，對淺埋暗挖工程的風險管理提出了建議;文獻［2］介紹了風險管理在上海軌道交通10號線工程中的應用，并介紹了風險管理的基本步驟及評估方法;文獻［3］分析了北京某盾構擴挖車站施工中風險因素，并提出了風險處理對策;文獻［4］介紹了北京地鐵5號線東單站暗挖隧道施工方案;文獻［5］闡述了北京地鐵勁松車站的結構設計與施工;文獻［6］闡述了暗挖大型換乘地鐵車站施工關鍵技術及對策;文獻［7］介紹了成都地鐵文武路站特殊性分析與設計對策;文獻［8-10］闡述了我國工程風險管理的現狀、存在的問題及建議等。上述文獻對地鐵車站的風險進行了詳細闡述，但這些文獻都沒有涉及“站橋合一”車站的風險分析及應對。本文針對成都地鐵2號線中醫學院站這一特殊的“站橋合一”車站，進行施工風險分析，提出風險應對措施，并對地鐵建設施工階段的風險管理思路提出一些建議。

1 工程概況

1．1 工程簡介

成都地鐵2號線中醫學院站(以下簡稱“本站”)位于成都市主干道蜀都大道與一環路交叉路口處，為2，4，5號線3線換乘車站。2號及4號線“平行、同站臺”換乘，沿清江東路和十二橋路東西向布置，兩端為盾構區間;5號線位于站廳層，沿一環路下穿隧道兩側南北走向布置，本次施工預留與5號線區間接口。車站平面位置見圖1。

圖1 車站平面位置示意圖Fig．1 Plan layout of Metro station

為減少修建車站對交叉路口交通的影響，規劃時采用“站橋合一”設計、“先橋后站”施工:先在站位上方修建跨線橋，以疏解交通，后在橋下修建車站，車站和橋共用鋼管柱。車站西端頭位于摸底河岸邊約8 m，沿一環路有4車道公路下穿隧道，與車站交角為57°，將車站分隔為東、西2個站廳，站臺層頂板緊貼隧道底板?！罢緲蚝弦弧蹦Ｐ鸵妶D2。橋、站、隧道結構節點縱剖面見圖3。

本站為地下兩層(局部三層)四跨(局部二、三、五跨)雙島式站臺車站，總長298．65 m，標準段寬40．9 m，頂板上覆土約3 m，底板埋深約19 m。下穿一環路隧道段(長約33m)暗挖施工，兩端(西67．3 m、東198．35 m)蓋挖順作施工?？偨ㄖ娣e22 095．2 m2，設4個出入口、3組風亭。

本站埋深范圍內地層主要為表層雜填土及下層松散-密實卵石土，卵石粒徑以20～80mm為主，卵石含量60%～80%。地下水主要為卵石層中的孔隙潛水，含水豐富，水位埋深2．5 m。成都平原的卵石經過較長時間的地質作用和上覆土層的壓密，已經很密實，降水后卵石層產生的固結沉降很少。

1．2 工程特點及難點

1．2．1 車站結構型式獨特、規模大

本站與跨線橋采用“站橋合一”設計，站、橋共用鋼管柱(見圖4)，鋼管柱采用帶擴大端的鋼筋混凝土樁基;車站與一環路下穿隧道斜交57°，站廳被下穿隧道分隔為東、西2部分(見圖5);雙層車站內實現3線換乘，車站規模較大。

圖2 “站橋合一”模型示意圖Fig．2 Model of combination of Metro station and bridge

1．2．2 橋下“蓋挖+暗挖”施工難度大

“站橋合一”設計、“先橋后站”施工，考慮基坑開挖過程中橋墩的穩定，地鐵車站采用蓋挖法施工，以車站頂板約束橋墩位移?？缇€橋總長約350 m，共11組墩柱，其中9組與車站共用，受橋下凈高(0～6 m)限制，機械作業困難，靠近橋端約50 m兩跨梁體已進入地下，車站土方開挖(見圖6)及鋼管柱吊裝(見圖7)難度極大。頂板以上約6 000 m3土方采用人工開挖，鋼管柱采用分節法蘭連接、人工吊裝。

蓋挖基坑內受眾多鋼管柱影響，機械不易操作，橫向鋼管支撐的安裝、拆除及鋼筋混凝土支撐的拆除難度相當大，安全風險也大。受鋼管柱及內支撐體系的空間限制，土方開挖出渣效率低下，機械傷害事故概率高。

站臺層過下穿隧道段采用暗挖法施工，渣土、材料均須經蓋挖段頂板預留口進出，倒運次數多，工序相互干擾大。

1．2．3 周邊環境復雜，施工安全風險點多、風險高

1)車站頂板與隧道底板密貼。本站下穿一環路隧道時為單層結構(站臺層)，長31．2 m、高約11 m、寬40．9 m，三柱四跨矩形結構，分7個導洞開挖。導洞開挖時隧道底板暴露、懸空，使導洞初期支護結構與隧道底板密貼的施工工藝難度大、風險高。

2)高層建筑緊鄰且其基礎局部緊貼或侵入車站設計輪廓。溫哥華廣場大樓(36層)距車站主體約7 m，地下室深度約11 m，筏板基礎，車站基坑開挖深度約20 m，大于其地下室深度(見圖8)，且車站附屬外掛結構局部利用其地下室原圍護樁作本站圍護結構。豪閣商務酒店(9層，1982年修建，條形臺階式擴大磚基礎深4．3 m)基礎邊線距4號出入口最小距離約1．5 m，距主體基坑約5 m。

3)跨線橋與車站共用鋼管柱，個別橋樁基緊貼車站圍護樁。圍護樁緊貼跨線橋2號承臺及樁基，需破除承臺的部分混凝土方可施工(見圖9)。

圖8 36層溫哥華廣場與車站主體關系剖面圖Fig．8 Profile showing relationship between 36-storey Vancouver Square and Metro station

4)周邊建筑密集，地下管線密布。本站位于城市交通干道交叉口，周邊建筑有醫院、酒店、商務樓、臨街商鋪等，地下管線有雨污水管、給水管、煤氣管、電力、通信、光纜等呈“蛛網狀”分布(見圖10)。

5)緊鄰摸底河。摸底河河寬18 m、深約4 m，距車站西端頭約8 m。原狀砂卵石河底滲水性強，5—10月雨季河水最大深度可達3 m。

1．2．4 工期履約壓力極大

本項目合同工期為28個月(含拆、遷、改、道路恢復)，合同要求第15個月主體站臺層結構全部完工(含暗挖部分)以提供盾構過站條件。無論是關鍵節點還是總工期都比較緊張，尤其是盾構過站節點工期壓力更大。

施工時，車站圍擋始于第4個月，完成管線改遷、降水、圍護結構、鋼管柱及頂板結構歷時7個月，約21萬m3基坑內土方、主體結構施工達到盾構過站條件耗時近9個月，業主調整工期比原合同節點要求后延近5個月。

2 施工安全風險分析及應對

風險具有不確定性，可能導致損失，也可能不會導致損失，但二者均有一個共同點，即有風險源和誘發風險演變為事件的原因(風險因素)。

施工過程是一個通過施工措施維持或預先構建或隨施工過程及時構建的新的穩定和平衡以替代原有穩定、平衡的過程，即維持和構建穩定的過程。施工措施恰當與否關系到施工安全，若措施失當，平衡體系不能維持或及時構建，周邊環境受施工干擾將產生不穩定因素，引發安全風險。如基坑圍護結構不提前實施，基坑開挖則在不安全狀態下實施，就可能產生基坑坍塌等事故，進而可能引發周邊建(構)筑物變形、破壞等安全隱患或事件;基坑挖掘卸載導致地層連續性和圍護結構平衡受力狀態被打破，若內支撐體系架設不及時或不足，可能引發基坑坍塌等事件。

2．1 風險清單

對工程特點和難點進行分析，依風險識辨、分級將本站的主要施工安全風險和對特大、重大危險源進行分析歸納，見表1。

2．2 風險應對措施及效果

針對特大、重大風險源可能發生的不同風險事件，采取相應的設計、施工措施，其效果及措施失當的原因分析見表2。

3 關于安全風險及其應對策略的思考

3．1 風險的階段性

結合本站實例，風險引發的必要條件是風險源和風險因素，而風險源和風險因素出現、存在于工程建設的不同階段。

3．1．1 規劃階段留存的安全風險

地鐵建設在規劃階段的內容主要是考慮選線和站位規劃、總體投資、運營效率、社會效益等問題，是從整體線路的可行性方面進行統籌和全盤考慮，盡量避免更多、更大的風險。線位和站位的不同，直接涉及車站的周邊環境，也決定了個別站點必然存在的不可避免的風險源。如本站在成都地鐵2號線上的位置，就決定其周邊的溫哥華廣場、下穿隧道、摸底河等風險源的必然存在，這些風險源產生于規劃階段，且是不可避免的。

3．1．2 設計階段留存的安全風險

規劃階段留存的風險源已客觀存在，規劃基礎上的設計階段系在滿足結構安全和使用功能的前提下進行比選，以達到消除或減小風險源引發風險事件或風險損失的可能性。設計階段留存的安全風險有規劃階段產生的風險源未得到很好地解決和設計方案或設計措施失當或疏漏引發新的安全風險源或風險因素。

3．1．3 施工階段的安全風險

施工階段的安全風險主要來源于規劃、設計階段留存的風險和施工中的安全風險(高空作業、高大模板、受力體系轉換等)。

建設工程安全風險具有階段性，須以階段性預案和措施應對。

表1 施工安全風險因素與風險事件Table 1 List of safety risks

3．2 風險的應對策略

風險應對應從風險源和風險因素入手，制定階段性預案和應對措施，風險應對成功與否取決于應對措施的選擇。安全風險由客觀環境和應對措施失當引發，不同的措施產生不同的結果。本文側重于施工階段風險的應對思路。

本站安全風險應對有成功之處，也有失當之處。應對失當的風險多來自周邊環境，多系對風險存在的狀態和特點不夠了解或判斷有偏差。

在應對周邊環境安全風險時，須認真客觀地研究風險及環境特點，為應對措施的擬定提供真實依據;本著“維持和構建穩定、平衡”的理念選擇應對措施，效果應具有可驗證性。以往實例不乏有些應對措施看似在糾正和補強，但同時措施本身在打破另一種平衡和穩定，基于某些隱蔽工程的不可重復、無法或不易驗證、量化檢驗困難等特點，致使應對措施的效果無法準確判定，其結果可能得不償失或得等于失，應對措施實施的意義不大。

表2 安全風險應對措施及效果Table 2 Countermeasures for safety risks and their effects

4 結論與建議

4．1 結論

1)充分理解地下工程的施工過程實際上是“維持和(或)構建穩定、平衡的過程”，這對風險應對策略及措施的選擇有很好的指導意義。

2)工程建設是分階段完成的，對于階段性風險有相應的預案和處理措施，但若前階段的風險未處理或處理不當，將增加施工階段的風險。

3)部分風險是客觀存在的，風險應對的目標是消除或減小風險的影響程度，應對措施選擇的不同將產生不同的結果。

4)施工階段對風險源和風險因素的辨識及應對消除是風險管理的主要內容。

4．2 意見及建議

地鐵工程是“百年大計”，其建設過程的各項工作也圍繞“確保施工和運營安全、不留遺憾工程”開展，建設過程中的風險管理至關重要。由上述分析可知，風險的存在和應對具有階段性。對地鐵工程施工階段的安全風險管理，建議如下:

1)應確立安全風險管理目標。施工過程中的各項安全工作圍繞風險管理目標開展。

2)應確立安全風險管理的地域范圍。

3)明確風險源。結合周邊環境、施工措施、施工資源(人員、機械等)確定，再進行風險源辨識、分級和風險因素分析，并建立臺賬。

4)根據風險源和風險因素情況，制定針對性預案和措施。

5)實施應對措施，并動態管理安全風險(過程記錄、臺賬、分析總結等)。

［1］ 王振飛．地鐵淺埋暗挖工程施工中的風險管理［J］．隧道建設，2006，26(5):102-105．(WANG Zhenfei．Risk management of Metro works constructed by method of undercutting under shallow overburden［J］．Tunnel Construction，2006，26(5):102-105．(in Chinese))

［2］ 白云，湯競，毛建民．風險管理在上海軌道交通10號線工程中的應用［J］．隧道建設，2007，27(S2):578-582．(BAI Yun，TANG Jing，MAO Jianmin．Application of risk management on Metro Line No．10 in Shanghai［J］．Tunnel Construction，2007，27(S2):578-582．(in Chinese))

［3］ 高愛林，金淮．北京地鐵區間大盾構先行淺埋暗挖法擴挖車站致險因素與對策［J］．隧道建設，2010，30(5):25-29．(GAO Ailin，JIN Huai．Risk factors and countermeasures for Metro stations constructed by enlarging shield-bored tunnels［J］．Tunnel Construction，2010，30(5):25-29．(in Chinese))

［4］ 胡曦波．北京地鐵五號線東單站暗挖隧道施工方案［J］．隧道建設，2006，26(1):49-53．(HU Xibo．Construction scheme of mined tunnels of dongdan station of Line 5 of Beijing Metro［J］．Tunnel Construction，2006 ，26(1):49-53．(in Chinese))

［5］ 楊國柱，王海祥，張智斌．北京地鐵勁松車站結構設計與施工［J］．隧道建設，2007，27(S2):394-398．(YANG Guozhu，WANG Haixiang，ZHANG Zhibin．Design and construction of Jingsong station in Beijing Metro［J］．Tunnel Construction，2007，27(S2):394-398．(in Chinese))

［6］ 陳濤，董小龍．暗挖大型換乘地鐵車站施工關鍵技術及對策［J］．隧道建設，2007，27(3):77-80，97．(CHEN Tao，DONG Xiaolong．Key construction technologies and countermeasures for large-scale mined interchange Metro stations［J］．Tunnel Construction，2007，27(3):77-80，97．(in Chinese))

［7］ 曾慶誼，何振華．成都地鐵文武路站特殊性分析與設計對策［J］．隧道建設，2007，27(5):51-54．(ZENG Qingyi，HE Zhenhua．Particularity analysis and design countermeasure for Wenwu Road Station of Chengdu Metro［J］．Tunnel Construction，2007，27(5):51-54．(in Chinese))

［8］ 錢七虎，戎曉力．中國地下工程安全風險管理的現狀、問題及相關建議［J］．巖石力學與工程學報，2008，27(4):6-12．(QIAN Qihu，RONG Xiaoli．State，issues and relevant recommendations for security risk management of China’s underground engineering［J］．Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2008，27(4):6-12．(in Chinese))

［9］ 吳波．隧道施工安全風險管理研究與實務［M］．北京:中國鐵道出版社，2010:25，76．

［10］ 孫華山．安全生產風險管理［M］．北京:化學工業出版社，2006:5．