陳海勇，石達(dá)強(qiáng)

(北京中鐵隧建筑有限公司，北京 100022)

0 引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，城市交通量急劇增長，城市交通堵塞現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，發(fā)展城市軌道交通已成為必然選擇。地鐵車站作為地鐵設(shè)計、施工最重要最復(fù)雜的部分，涉及面廣、投資比例大，其安全風(fēng)險管理對整個地鐵工程來說至關(guān)重要;再者，近年來發(fā)生的一系列地下工程事故教訓(xùn)慘重。因此，加強(qiáng)地鐵土建工程，特別是地鐵車站工程的施工風(fēng)險分析、風(fēng)險管理是相當(dāng)有必要的。

以往對地鐵區(qū)間及車站施工風(fēng)險分析及管理已做了大量的研究工作:文獻(xiàn)［1］對北京地鐵五號線崇文門—東單站區(qū)間隧道淺埋暗挖施工中風(fēng)險識別、風(fēng)險分析和應(yīng)對措施進(jìn)行了介紹，對淺埋暗挖工程的風(fēng)險管理提出了建議;文獻(xiàn)［2］介紹了風(fēng)險管理在上海軌道交通10號線工程中的應(yīng)用，并介紹了風(fēng)險管理的基本步驟及評估方法;文獻(xiàn)［3］分析了北京某盾構(gòu)擴(kuò)挖車站施工中風(fēng)險因素，并提出了風(fēng)險處理對策;文獻(xiàn)［4］介紹了北京地鐵5號線東單站暗挖隧道施工方案;文獻(xiàn)［5］闡述了北京地鐵勁松車站的結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工;文獻(xiàn)［6］闡述了暗挖大型換乘地鐵車站施工關(guān)鍵技術(shù)及對策;文獻(xiàn)［7］介紹了成都地鐵文武路站特殊性分析與設(shè)計對策;文獻(xiàn)［8-10］闡述了我國工程風(fēng)險管理的現(xiàn)狀、存在的問題及建議等。上述文獻(xiàn)對地鐵車站的風(fēng)險進(jìn)行了詳細(xì)闡述，但這些文獻(xiàn)都沒有涉及“站橋合一”車站的風(fēng)險分析及應(yīng)對。本文針對成都地鐵2號線中醫(yī)學(xué)院站這一特殊的“站橋合一”車站，進(jìn)行施工風(fēng)險分析，提出風(fēng)險應(yīng)對措施，并對地鐵建設(shè)施工階段的風(fēng)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(yī)學(xué)院站(以下簡稱“本站”)位于成都市主干道蜀都大道與一環(huán)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(gòu)區(qū)間;5號線位于站廳層，沿一環(huán)路下穿隧道兩側(cè)南北走向布置，本次施工預(yù)留與5號線區(qū)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(guī)劃時采用“站橋合一”設(shè)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(huán)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(jié)構(gòu)節(jié)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(biāo)準(zhǔn)段寬40．9 m，頂板上覆土約3 m，底板埋深約19 m。下穿一環(huán)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(shè)4個出入口、3組風(fēng)亭。

本站埋深范圍內(nèi)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(jīng)過較長時間的地質(zhì)作用和上覆土層的壓密，已經(jīng)很密實，降水后卵石層產(chǎn)生的固結(jié)沉降很少。

1．2 工程特點及難點

1．2．1 車站結(jié)構(gòu)型式獨(dú)特、規(guī)模大

本站與跨線橋采用“站橋合一”設(shè)計，站、橋共用鋼管柱(見圖4)，鋼管柱采用帶擴(kuò)大端的鋼筋混凝土樁基;車站與一環(huán)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(nèi)實現(xiàn)3線換乘，車站規(guī)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(shè)計、“先橋后站”施工，考慮基坑開挖過程中橋墩的穩(wěn)定，地鐵車站采用蓋挖法施工，以車站頂板約束橋墩位移。跨線橋總長約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(jī)械作業(yè)困難，靠近橋端約50 m兩跨梁體已進(jìn)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(jié)法蘭連接、人工吊裝。

蓋挖基坑內(nèi)受眾多鋼管柱影響，機(jī)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(dāng)大，安全風(fēng)險也大。受鋼管柱及內(nèi)支撐體系的空間限制，土方開挖出渣效率低下，機(jī)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(jīng)蓋挖段頂板預(yù)留口進(jìn)出，倒運(yùn)次數(shù)多，工序相互干擾大。

1．2．3 周邊環(huán)境復(fù)雜，施工安全風(fēng)險點多、風(fēng)險高

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

2)高層建筑緊鄰且其基礎(chǔ)局部緊貼或侵入車站設(shè)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(chǔ)，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(jié)構(gòu)局部利用其地下室原圍護(hù)樁作本站圍護(hù)結(jié)構(gòu)。豪閣商務(wù)酒店(9層，1982年修建，條形臺階式擴(kuò)大磚基礎(chǔ)深4．3 m)基礎(chǔ)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(hù)樁。圍護(hù)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(guān)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(yī)院、酒店、商務(wù)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(wǎng)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(qiáng)，5—10月雨季河水最大深度可達(dá)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(fù))，合同要求第15個月主體站臺層結(jié)構(gòu)全部完工(含暗挖部分)以提供盾構(gòu)過站條件。無論是關(guān)鍵節(jié)點還是總工期都比較緊張，尤其是盾構(gòu)過站節(jié)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(hù)結(jié)構(gòu)、鋼管柱及頂板結(jié)構(gòu)歷時7個月，約21萬m3基坑內(nèi)土方、主體結(jié)構(gòu)施工達(dá)到盾構(gòu)過站條件耗時近9個月，業(yè)主調(diào)整工期比原合同節(jié)點要求后延近5個月。

2 施工安全風(fēng)險分析及應(yīng)對

風(fēng)險具有不確定性，可能導(dǎo)致?lián)p失，也可能不會導(dǎo)致?lián)p失，但二者均有一個共同點，即有風(fēng)險源和誘發(fā)風(fēng)險演變?yōu)槭录脑?風(fēng)險因素)。

施工過程是一個通過施工措施維持或預(yù)先構(gòu)建或隨施工過程及時構(gòu)建的新的穩(wěn)定和平衡以替代原有穩(wěn)定、平衡的過程，即維持和構(gòu)建穩(wěn)定的過程。施工措施恰當(dāng)與否關(guān)系到施工安全，若措施失當(dāng)，平衡體系不能維持或及時構(gòu)建，周邊環(huán)境受施工干擾將產(chǎn)生不穩(wěn)定因素，引發(fā)安全風(fēng)險。如基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)不提前實施，基坑開挖則在不安全狀態(tài)下實施，就可能產(chǎn)生基坑坍塌等事故，進(jìn)而可能引發(fā)周邊建(構(gòu))筑物變形、破壞等安全隱患或事件;基坑挖掘卸載導(dǎo)致地層連續(xù)性和圍護(hù)結(jié)構(gòu)平衡受力狀態(tài)被打破，若內(nèi)支撐體系架設(shè)不及時或不足，可能引發(fā)基坑坍塌等事件。

2．1 風(fēng)險清單

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

2．2 風(fēng)險應(yīng)對措施及效果

針對特大、重大風(fēng)險源可能發(fā)生的不同風(fēng)險事件，采取相應(yīng)的設(shè)計、施工措施，其效果及措施失當(dāng)?shù)脑蚍治鲆姳?。

3 關(guān)于安全風(fēng)險及其應(yīng)對策略的思考

3．1 風(fēng)險的階段性

結(jié)合本站實例，風(fēng)險引發(fā)的必要條件是風(fēng)險源和風(fēng)險因素，而風(fēng)險源和風(fēng)險因素出現(xiàn)、存在于工程建設(shè)的不同階段。

3．1．1 規(guī)劃階段留存的安全風(fēng)險

地鐵建設(shè)在規(guī)劃階段的內(nèi)容主要是考慮選線和站位規(guī)劃、總體投資、運(yùn)營效率、社會效益等問題，是從整體線路的可行性方面進(jìn)行統(tǒng)籌和全盤考慮，盡量避免更多、更大的風(fēng)險。線位和站位的不同，直接涉及車站的周邊環(huán)境，也決定了個別站點必然存在的不可避免的風(fēng)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(fēng)險源的必然存在，這些風(fēng)險源產(chǎn)生于規(guī)劃階段，且是不可避免的。

3．1．2 設(shè)計階段留存的安全風(fēng)險

規(guī)劃階段留存的風(fēng)險源已客觀存在，規(guī)劃基礎(chǔ)上的設(shè)計階段系在滿足結(jié)構(gòu)安全和使用功能的前提下進(jìn)行比選，以達(dá)到消除或減小風(fēng)險源引發(fā)風(fēng)險事件或風(fēng)險損失的可能性。設(shè)計階段留存的安全風(fēng)險有規(guī)劃階段產(chǎn)生的風(fēng)險源未得到很好地解決和設(shè)計方案或設(shè)計措施失當(dāng)或疏漏引發(fā)新的安全風(fēng)險源或風(fēng)險因素。

3．1．3 施工階段的安全風(fēng)險

施工階段的安全風(fēng)險主要來源于規(guī)劃、設(shè)計階段留存的風(fēng)險和施工中的安全風(fēng)險(高空作業(yè)、高大模板、受力體系轉(zhuǎn)換等)。

建設(shè)工程安全風(fēng)險具有階段性，須以階段性預(yù)案和措施應(yīng)對。

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

3．2 風(fēng)險的應(yīng)對策略

風(fēng)險應(yīng)對應(yīng)從風(fēng)險源和風(fēng)險因素入手，制定階段性預(yù)案和應(yīng)對措施，風(fēng)險應(yīng)對成功與否取決于應(yīng)對措施的選擇。安全風(fēng)險由客觀環(huán)境和應(yīng)對措施失當(dāng)引發(fā)，不同的措施產(chǎn)生不同的結(jié)果。本文側(cè)重于施工階段風(fēng)險的應(yīng)對思路。

本站安全風(fēng)險應(yīng)對有成功之處，也有失當(dāng)之處。應(yīng)對失當(dāng)?shù)娘L(fēng)險多來自周邊環(huán)境，多系對風(fēng)險存在的狀態(tài)和特點不夠了解或判斷有偏差。

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

表2 安全風(fēng)險應(yīng)對措施及效果Table 2 Countermeasures for safety risks and their effects

4 結(jié)論與建議

4．1 結(jié)論

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

2)工程建設(shè)是分階段完成的，對于階段性風(fēng)險有相應(yīng)的預(yù)案和處理措施，但若前階段的風(fēng)險未處理或處理不當(dāng)，將增加施工階段的風(fēng)險。

3)部分風(fēng)險是客觀存在的，風(fēng)險應(yīng)對的目標(biāo)是消除或減小風(fēng)險的影響程度，應(yīng)對措施選擇的不同將產(chǎn)生不同的結(jié)果。

4)施工階段對風(fēng)險源和風(fēng)險因素的辨識及應(yīng)對消除是風(fēng)險管理的主要內(nèi)容。

4．2 意見及建議

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

1)應(yīng)確立安全風(fēng)險管理目標(biāo)。施工過程中的各項安全工作圍繞風(fēng)險管理目標(biāo)開展。

2)應(yīng)確立安全風(fēng)險管理的地域范圍。

3)明確風(fēng)險源。結(jié)合周邊環(huán)境、施工措施、施工資源(人員、機(jī)械等)確定，再進(jìn)行風(fēng)險源辨識、分級和風(fēng)險因素分析，并建立臺賬。

4)根據(jù)風(fēng)險源和風(fēng)險因素情況，制定針對性預(yù)案和措施。

5)實施應(yīng)對措施，并動態(tài)管理安全風(fēng)險(過程記錄、臺賬、分析總結(jié)等)。

［1］ 王振飛．地鐵淺埋暗挖工程施工中的風(fēng)險管理［J］．隧道建設(shè)，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(fēng)險管理在上海軌道交通10號線工程中的應(yīng)用［J］．隧道建設(shè)，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(qū)間大盾構(gòu)先行淺埋暗挖法擴(kuò)挖車站致險因素與對策［J］．隧道建設(shè)，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(shè)，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(jié)構(gòu)設(shè)計與施工［J］．隧道建設(shè)，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(guān)鍵技術(shù)及對策［J］．隧道建設(shè)，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(shè)計對策［J］．隧道建設(shè)，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(fēng)險管理的現(xiàn)狀、問題及相關(guān)建議［J］．巖石力學(xué)與工程學(xué)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(fēng)險管理研究與實務(wù)［M］．北京:中國鐵道出版社，2010:25，76．

［10］ 孫華山．安全生產(chǎn)風(fēng)險管理［M］．北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006:5．