于加新

（上海三維工程建設(shè)咨詢有限公司，上海 200060）

0 引 言

在我國，隨著國民經(jīng)濟現(xiàn)代水平提高，城市人口不斷增長，機動車輛與非機動車輛數(shù)量迅速增加，很多大城市為解決交通緊張狀況紛紛建設(shè)地鐵。在地鐵施工過程中，由于對地質(zhì)災(zāi)害危險性重視不足或防治不當(dāng)，工程建設(shè)遭受或引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的安全重大事故屢有發(fā)生。例如，2003年 7月 1日凌晨 6：00，上海軌道交通 4號線旁通道工程施工作業(yè)面內(nèi)，因大量水及流砂涌入，引起隧道部分結(jié)構(gòu)損壞及周邊地區(qū)地面沉降，造成三棟建筑物嚴重傾斜，防汛墻局部塌陷，導(dǎo)致防汛墻圍堰管涌，直接經(jīng)濟損失初步估算為1.5 億元人民幣左右。2007年 3月 28日，北京地鐵 10號線蘇州橋標段出入口處突發(fā)坍塌，6名工人被埋身亡。2008年 11月 15日，杭州地鐵 1號線湘湖站因突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生基坑坍塌事故，造成 17人死亡，4人失蹤，24人受傷的重特大安全生產(chǎn)事故，是目前中國地鐵修建史上最慘重的安全事故?？梢姷刭|(zhì)災(zāi)害的危害性是非常大的，如何防治地質(zhì)災(zāi)害，將地質(zhì)災(zāi)害危險性風(fēng)險控制在安全范圍內(nèi)，是擺在地鐵建設(shè)者面前的一個嚴竣課題

1 地鐵施工中地質(zhì)災(zāi)害類型及其危害

地質(zhì)災(zāi)害是巖石圈表部在自然地質(zhì)作用和人為地質(zhì)作用的影響下，給人類或物質(zhì)財富帶來的嚴重災(zāi)害事件。地質(zhì)災(zāi)害主要包括：地震、地裂縫、軟土變形、滑坡、地面沉降、水土流失、砂土液化、崩塌等，下面將幾個主要影響地鐵施工的地質(zhì)災(zāi)害簡要介紹如下。

1.1 活動性斷裂的地震效應(yīng)

活動性斷裂是指近期正在活動，今后 100年可能繼續(xù)活動的斷裂?；顒有詳嗔训牡卣鹦?yīng)產(chǎn)生的斷裂錯位、地裂縫等地質(zhì)災(zāi)害對地鐵建設(shè)的影響是長期的，同時地鐵隧道通過斷裂帶的圍巖穩(wěn)定性差，支護措施如不到位，容易發(fā)生塌方?；顒有詳嗔岩鸬牡刭|(zhì)災(zāi)害危害結(jié)果：地鐵隧道沉降、塌方、透水等。

1.2 地面沉降與地面塌陷

地面沉降是指某一區(qū)域由于各種原因?qū)е碌牡乇頊\部的壓實加密引起的地面標高下降的現(xiàn)象。地面沉降又稱地面下沉或地陷。我國目前已有 20多個城市發(fā)生了地面沉降，其中上海、天津、臺北、太原等最大累計地面沉降已超過 2 m。地面沉降是地鐵建設(shè)最常見的地質(zhì)災(zāi)害，北京、上海、深圳、廣州、杭州等在地鐵建設(shè)過程中均發(fā)生過不同程度的地面坍塌事故。危害結(jié)果：地鐵建筑不均勻下沉，地鐵盾構(gòu)斷裂，鐵軌扭曲，地鐵隧道透水，基坑與路面坍塌等。

1.3 流砂、管涌

流砂和管涌是滲透變形的兩種形式，均屬于地下水的不良作用。流砂多發(fā)生在顆粒級配均勻而細的粉、細砂中，其表現(xiàn)形式是所有顆粒同時從似于管狀通道被滲透水沖走。管涌是指在滲流作用下土體中的細顆粒在粗顆粒形成的孔隙孔道中發(fā)生移動并被帶出，逐漸形成管形通道，從而掏空地基或壩體。流砂和管涌主要發(fā)生在地鐵車站深基坑施工中。如防治不當(dāng)，流砂和管涌易造成地鐵車站基坑支護變形失穩(wěn)坍塌，基坑進水，基礎(chǔ)發(fā)生滑移或不均勻下沉，基礎(chǔ)懸浮等，以及地鐵隧道透水。

1.4 滑坡與泥石流

滑坡是指那些構(gòu)成斜坡體的巖土在重力作用下失穩(wěn)，坡體內(nèi)部的一個或幾個軟弱結(jié)構(gòu)面(帶)作整體性下滑的地質(zhì)現(xiàn)象。泥石流為山地突然爆發(fā)的飽含大量泥沙、石塊的洪流。按成因泥石流分為自然泥石和人為流泥石流，如山西尾砂礦潰壩特大安全事故就是人為泥石流。滑坡與泥石流均具有突然性與破壞力大的特點，滑坡與泥石流主要對地鐵車站施工造成威脅。

1.5 溶洞的突水突泥

溶洞的突水突泥指在地鐵隧道施工開挖作業(yè)面前方或隧道輪廓外側(cè)的特大巖溶洞洞壁突然破裂，造成溶洞內(nèi)的泥水突然大量涌入隧道。這種地質(zhì)災(zāi)害由于突發(fā)性強，往往造成重大人員傷亡和經(jīng)濟損失。礦坑突水涌水，這是最常見的礦山災(zāi)害，突發(fā)性強、規(guī)模大，后果嚴重。生產(chǎn)過程中常因?qū)ΦV坑涌水量估計不足，采掘過程中打穿老窿，貫穿透水?dāng)鄬?，驟遇蓄水溶洞或暗河，導(dǎo)致地下水或地面水大量涌入。

上述地質(zhì)災(zāi)害往往由人類的地鐵工程活動所引發(fā)，或是和人類工程活動有關(guān)，是人類工程活動誘發(fā)的次生地質(zhì)災(zāi)害。比如，滑坡、崩塌、泥石流等災(zāi)害除與大氣降水有關(guān)外，與人類的開挖、堆填和用水有極大關(guān)系；地面沉降、地裂縫、河(湖)水入侵等災(zāi)害主要是過量抽取地下液體所致；瓦斯突出、隧道突水以及開挖區(qū)地面沉降等是由人類施工開挖活動所致等等?？傊祟惞こ袒顒幼鳛橐环N強大的營力，不僅正在日益強烈地改變著和破壞著地殼表層地質(zhì)環(huán)境及其演化規(guī)律和演化速率，而且還經(jīng)常觸發(fā)和誘發(fā)大量的人為地質(zhì)災(zāi)害。地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生、發(fā)展進程，有的是逐漸完成的，有的則具有很強的突發(fā)性。據(jù)此，又可將地質(zhì)災(zāi)害概分為漸變性地質(zhì)災(zāi)害和突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害兩大類。前者如地面沉降、水土流失、水土污染等；后者如地震、崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地下工程災(zāi)害等。漸變性地質(zhì)災(zāi)害常有明顯前兆，對其防治有較從容的時間，可有預(yù)見地進行，其成災(zāi)后果一般只造成經(jīng)濟損失，不會出現(xiàn)人員傷亡。突發(fā)性地質(zhì)災(zāi)害突然，可預(yù)見性差，其防治工作常是被動式的應(yīng)急進行。其成災(zāi)后果，不光是經(jīng)濟損失，也常造成人員傷亡。故是地質(zhì)災(zāi)害防治的重點對象。不同類型的地質(zhì)災(zāi)害有時不是單一發(fā)生的，它們往往相互作用，同時發(fā)生。例如杭州地鐵塌陷事故具專家分析就是有自然因素(復(fù)雜的地質(zhì)條件、地下水的不良作用、周邊環(huán)境惡劣)和人為因素(基坑西側(cè)圍護壩作為一條交通主干道來使用，來往車流量大，給基坑的承重墻帶來太大沖擊)共同造成的。

2 地鐵施工中地質(zhì)災(zāi)害安全管理對策

每年世界因地質(zhì)災(zāi)害引起的災(zāi)難性事故成千上萬，為此1999年世界地球日(4月 22日)的主題是“地質(zhì)災(zāi)害防治”。國內(nèi)地鐵隧道具統(tǒng)計因地質(zhì)災(zāi)害引起的安全事故達 75% 以上，故如何防治地質(zhì)災(zāi)害是十分重要的。這就警示我們，地鐵建設(shè)，安全風(fēng)險極大，必須慎之又慎，若相應(yīng)的安全技術(shù)、管理水平不能及時跟上、配套，切忌盲目草率行事，否則勢必代價高昂和沉痛，得不償失

2.1 地鐵建設(shè)前期地質(zhì)災(zāi)害安全管理對策

地鐵建設(shè)前期地質(zhì)災(zāi)害防治應(yīng)執(zhí)行“預(yù)防為主、避讓與治理相結(jié)合，全面規(guī)劃、突出重點”的原則。國土資源部《地質(zhì)災(zāi)害防治管理辦法》第 15條規(guī)定，城市建設(shè)、有可能導(dǎo)致地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的工程項目建設(shè)和在地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)區(qū)內(nèi)進行的工程建設(shè)，在申請建設(shè)用地之前必須進行地質(zhì)災(zāi)害危險性評估。因此，地鐵建設(shè)前期在地鐵建設(shè)區(qū)域首先要進行地質(zhì)災(zāi)害危險性評估，評估報告內(nèi)容應(yīng)對建設(shè)區(qū)域的地質(zhì)環(huán)境條件、地質(zhì)災(zāi)害危險性現(xiàn)狀、地質(zhì)災(zāi)害危險性預(yù)測、地質(zhì)災(zāi)害危險性防治措施等作詳細敘述。對已查明為活動性斷裂發(fā)育區(qū)，大型滑坡、泥石流溝谷、巖洞群、一般情況下地鐵建設(shè)工程在選線路時(特別是地鐵車站)均宜加以避讓。當(dāng)必須進行建設(shè)時，應(yīng)制定詳細的防治對策，經(jīng)專家技術(shù)經(jīng)濟論證對比后，慎重取舍建設(shè)場地?？辈靻挝粦?yīng)采用遙感圖像地質(zhì)解譯、地質(zhì)調(diào)繪、綜合物探和鉆探的綜合勘探方法，對易發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害區(qū)域要提高勘察精度，加密勘察，對復(fù)雜的地質(zhì)條件和周邊環(huán)境可能造成對工程的地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)作出重點說明。設(shè)計單位應(yīng)精心設(shè)計，對復(fù)雜的地質(zhì)條件和周邊環(huán)境可能發(fā)生的地質(zhì)災(zāi)害工程，尤其對隧道出入口、車站深基坑等要在設(shè)計方案中作專門的安全防護考慮。如合理確定支護措施和參數(shù)，制定特殊不良地質(zhì)風(fēng)險預(yù)案，選擇安全可靠的施工方法等。建設(shè)單位在招投標時應(yīng)將防治地質(zhì)災(zāi)害安全措施費用納入工程費用，同時在工期要求上要實事求是，科學(xué)合理。

2.2 地鐵施工階段地質(zhì)災(zāi)害安全管理對策

地鐵建設(shè)時，應(yīng)執(zhí)行“自然因素造成的地質(zhì)災(zāi)害，由各級人民政府負責(zé)治理；人為因素引發(fā)的地質(zhì)災(zāi)害，誰引發(fā)、誰治理”的原則；建設(shè)單位負責(zé)牽頭成立地質(zhì)災(zāi)害防治小組，小組成員包括建設(shè)、勘察、設(shè)計、施工、監(jiān)理、監(jiān)測等單位人員以及地質(zhì)、結(jié)構(gòu)專家等，統(tǒng)一管理，分工協(xié)作。杭州地鐵坍塌事故發(fā)生后，廣州、上海、杭州相繼成立地質(zhì)災(zāi)害防治小組，這是對地質(zhì)災(zāi)害防治的高度重視。地質(zhì)災(zāi)害防治小組切不可走形式，它的職責(zé)非常重要，每天要將工地的地質(zhì)變化情況匯總加以分析研究，定期巡視檢查，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害隱患應(yīng)及時會診，指導(dǎo)排除。施工單位應(yīng)精心施工，根據(jù)地質(zhì)勘察報告及城建檔案等資料摸清工程地質(zhì)條件及周邊環(huán)境等情況，是否有暗浜、流砂、承壓水層等不良地質(zhì)。須查清基坑周邊環(huán)境：建(構(gòu))筑物的結(jié)構(gòu)類型、層數(shù)、基礎(chǔ)、埋深及上部結(jié)構(gòu)形狀；地下管線的管類、規(guī)格、分布；暗浜和廢棄人防及管線的距離和大??；道路的距離和車流；地表水的匯流和排疏情況等對基坑開挖有影響的情況。對危險性較大的隧道和深基坑工程要有針對性地編制專項施工方案，對施工中遇到的地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)有相應(yīng)的預(yù)控防治搶險措施。施工時應(yīng)嚴格執(zhí)行作業(yè)程序，加強安全管理，落實安全措施，合理安排工期。除設(shè)立專職安全員外，現(xiàn)場還應(yīng)配備經(jīng)驗豐富的專業(yè)地質(zhì)工程師，及時發(fā)現(xiàn)開挖作業(yè)面的地質(zhì)地質(zhì)災(zāi)害隱患。當(dāng)施工現(xiàn)場地質(zhì)條件與原設(shè)計不符時，應(yīng)及時會同設(shè)計、監(jiān)理等進行變更設(shè)計，哪怕是一個細節(jié)都不能放過。監(jiān)理單位嚴格審查專項施工方案內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害隱患應(yīng)督促施工單位進行防治，當(dāng)情況危急時應(yīng)立即下達停工指令，對施工單位搶險所發(fā)生的費用應(yīng)事后與建設(shè)單位簽字認可。監(jiān)測單位在工程建設(shè)中應(yīng)做好地面沉降監(jiān)測，設(shè)置監(jiān)測點，作好監(jiān)測記錄與分析工作，發(fā)現(xiàn)隱患及時報警，避免或減輕地質(zhì)災(zāi)害對施工、地面建筑及居民人身安全的危害。同時還應(yīng)做到信息化施工。

2.3 地鐵運行階段地質(zhì)災(zāi)害安全管理對策

地質(zhì)災(zāi)害對地鐵建設(shè)的影響是長期的，特別是一些活動性斷裂，容易造成地鐵隧道沉降、斷裂、滲水和軌基不均勻沉降等。我國有許多地鐵城市有活動性斷裂，如南京市湖熟—浦口斷裂，從江寧區(qū)湖熟鎮(zhèn)經(jīng)市中心鼓樓斜穿整個主城區(qū)，過長江至浦口區(qū)。該斷裂為主體隱伏活動性斷裂，主城區(qū)內(nèi)該斷裂通過的部位地質(zhì)災(zāi)害常有發(fā)生，修建不久的鼓樓隧道、定淮門大橋等已發(fā)生過多次坍塌、沉降事故。同時已建成的地鐵隧道改變了原有的地質(zhì)環(huán)境，又會產(chǎn)生新的地質(zhì)災(zāi)害。尤其目前國內(nèi)大城市地鐵線較多，在地鐵上方及附近基坑開挖對投入運行的地鐵影響極大。例如，在上海的一些地鐵上方基坑開挖過程中，土體卸載必然引起基坑底部土體回彈，土體的回彈使地鐵隧道產(chǎn)生豎向直徑增大的圓環(huán)變形。同時，基坑土體卸載在時間上和空間上的不均勻性，又使隧道沿縱向產(chǎn)生不均勻的曲線變化。在未加固的軟塑性粘土中，基坑土體卸載引起的坑底土體回彈約為0.5%H～1%H(H 為開挖深度)。因此，為減小基坑開挖對地鐵隧道的影響，確保地鐵隧道安全，通常采用高壓旋噴樁對基坑底部進行土體加固處理，同時對地鐵上部基坑進行分段開挖，并及時對已澆筑完的底板進行加載，將施工引起的地鐵隧道回彈量控制在 20 mm。工程建成后，對地鐵隧道通過地質(zhì)條件復(fù)雜的地段地面、隧道和軌基應(yīng)設(shè)長期沉降監(jiān)測點。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)，對地質(zhì)災(zāi)害引起的不均勻沉降及時進行處理。同時，通過日本 3·19 特大地震警示，對沿海地鐵站應(yīng)有防地震、防海嘯等防災(zāi)預(yù)案，確保地鐵運營中的安全。

3 結(jié) 語

“加快重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”已成為目前國家建設(shè)的重中之重。各主要大城市又開始新的地鐵建設(shè)熱潮，各地城市決策者應(yīng)以發(fā)生過的地質(zhì)災(zāi)害安全事故為鏡鑒，對地質(zhì)災(zāi)害應(yīng)高度重視。建設(shè)前期做好地質(zhì)災(zāi)害危險性評估論證和安全防護設(shè)計；建設(shè)過程中應(yīng)精心組織施工，加強安全監(jiān)理，做好監(jiān)測預(yù)警和地質(zhì)災(zāi)害超前預(yù)報，實施信息化施工，將地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險控制在安全范圍內(nèi)。地質(zhì)災(zāi)害防治工程是一項長期的工作，任重而道遠。隨著新技術(shù)、新方法、新材料在地質(zhì)災(zāi)害防治工程中應(yīng)用，地質(zhì)災(zāi)害防治措施和施工技術(shù)必將邁向新的臺階。

[1]羅云.建設(shè)工程應(yīng)急預(yù)案編制與范例[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[2]常士驃，張?zhí)K民.地質(zhì)工程手冊[M]，第四版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[3]GB 50021—2001，巖土工程勘察規(guī)范[S].

[4]黃俊，張頂立，虞辰杰.地鐵隧道開挖引起地表塌陷分析[J].中國地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報，2004(01).