■趙俊杰

（太原中鐵軌道交通建設(shè)運(yùn)營有限公司，山西 太原 030000）

隨著國家經(jīng)濟(jì)的高質(zhì)量發(fā)展，近年來，我國城市軌道交通工程迎來全面建設(shè)時(shí)期。根據(jù)中國城市軌道交通協(xié)會(huì)發(fā)布《城市軌道交通2022 年度統(tǒng)計(jì)和分析報(bào)告》[1]顯示，截至2022 年底，中國大陸地區(qū)共有55 個(gè)城市開通城市軌道交通，運(yùn)營線路308 條，運(yùn)營線路總長度突破10000 km，達(dá)到10287.45 km。

伴隨著城市軌道交通建設(shè)的蓬勃發(fā)展，軌道交通工程建設(shè)中安全質(zhì)量事故亦頻發(fā)。如何減少或避免群死群傷等重特大安全質(zhì)量事故發(fā)生，加強(qiáng)對安全風(fēng)險(xiǎn)管理的顯得尤為重要。通過統(tǒng)計(jì)建設(shè)過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)事件，并對預(yù)警進(jìn)行分析，總結(jié)出安全風(fēng)險(xiǎn)管控過程中的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)，進(jìn)而有效指導(dǎo)后續(xù)施工，減少事故的發(fā)生。

太原市地下水埋深淺，地層具有區(qū)域差異性和敏感性，土體自穩(wěn)能力介于北京、上海兩者之間。太原地鐵2號線為山西省首條地鐵線路，如何快捷有效地積累安全風(fēng)險(xiǎn)管理經(jīng)驗(yàn)對后續(xù)線路建設(shè)意義重大。

一、工程概況

（一）線路設(shè)計(jì)概況

太原地鐵2 號線，全長23.647 km，南起小店南車輛段，北至西澗河站，共設(shè)車站23 座，區(qū)間23 個(gè)。線路南北向穿越太原市城區(qū)，途經(jīng)小店、迎澤、杏花嶺和尖草坪四個(gè)行政區(qū)。

全線車站主體基坑開挖深度范圍為15.2～27.7 m，主要采用明挖順作法施工，個(gè)別車站受交通導(dǎo)行影響局部采用鋪蓋法施工。人民南路站—龍城大街西站區(qū)段（除嘉節(jié)站）及王村南街站，車站主體基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐，圍護(hù)樁外側(cè)設(shè)置三軸攪拌樁止水帷幕，坑內(nèi)設(shè)疏干降水井；嘉節(jié)站主體基坑，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁，坑外降水，為全線降水試點(diǎn)工點(diǎn)；中心街西站～西澗河區(qū)段（除王村南街站），車站主體基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻+內(nèi)支撐，坑內(nèi)設(shè)疏干降水井。

區(qū)間除出入段線區(qū)間、嘉節(jié)站—龍城大街西站區(qū)間明挖段、鐘樓街站—府西街站區(qū)間明挖段采用明挖順作法施工外，其余區(qū)間隧道均采用盾構(gòu)法施工。隧道埋深范圍為15.2～30.5 m，盾構(gòu)機(jī)均采用土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)。

（二）周邊環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源

太原地鐵2 號線南北向穿越太原市城區(qū)，沿線施工影響范圍內(nèi)主要分布有道路橋梁、河流、溝渠、建（構(gòu)）筑物、各類市政管線等環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源[2]。

雙塔西街站—北大街站區(qū)段周邊環(huán)境尤為復(fù)雜。其中雙塔西街站—大南門站區(qū)間盾構(gòu)下穿太原市公交宿舍家屬樓、迎澤苑小區(qū)7 號樓、南沙河快速路箱涵、玫瑰亭（迎澤公園）、石砌單孔拱橋（迎澤公園）、迎澤湖等13個(gè)Ⅱ級環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源。大南門站—北大街站區(qū)段屬于太原老城片區(qū)，周邊居民住房大多為80 年代修建的磚混結(jié)構(gòu)，這些建筑物結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)形式較差，對施工擾動(dòng)較為敏感。

（三）水文地質(zhì)特點(diǎn)

1.區(qū)域差異性

（1）液化地層：小店南車輛段—畜研所站區(qū)段地層液化性最為顯著，液化地層包含2-3-1 黏質(zhì)粉土層、2-3-2 砂質(zhì)粉土層、2-4 粉細(xì)砂層，液化層連續(xù)片狀分布，液化等級中等-嚴(yán)重，厚度3～10 m，埋深5～19 m。

（2）雜填土厚：雙塔西街站—緝虎營站區(qū)段處于太原市老城區(qū)，雜填土層厚2.9～13.0 m，平均厚度約6 m。雜填土層結(jié)構(gòu)松散，疏密程度不一，主要由磚塊、灰渣、爐渣、煤渣、白灰、混凝土塊、碎石塊等建筑垃圾組成，充填粘性土，土均勻性差，強(qiáng)度較低。

2.敏感性

（1）填土層的敏感性：主要由雜填土組成，一般層厚約3.0～16.2 m，以腐殖土、粉土、粉質(zhì)黏土為主，夾少量塊石，塊石粒徑一般為10～30 cm。人工填土結(jié)構(gòu)松散，均勻性差，欠固結(jié)，有較強(qiáng)的透水性，厚度較大的填土層分布段在施工基坑時(shí)容易產(chǎn)生地面變形及不均勻沉降，影響鄰近管線、建筑物及道路安全。

（2）砂層的敏感性：全線區(qū)間掘進(jìn)地層包含2-2 粉質(zhì)黏土層、2-3 黏質(zhì)粉土層、2-4 細(xì)砂層、2-5 中砂層，以2-4 粉細(xì)砂為主。盾構(gòu)在飽和粉細(xì)砂地層中掘進(jìn)時(shí)，在往復(fù)剪切作用下，會(huì)發(fā)生瞬間滑移破壞，孔隙體積減小，趨于振密，而不可壓縮的孔隙水不能及時(shí)排出，導(dǎo)致孔隙水壓力上升，上升到等于上覆壓力時(shí)，抗剪強(qiáng)度喪失，粉細(xì)砂轉(zhuǎn)變?yōu)榱黧w狀態(tài)，產(chǎn)生振動(dòng)液化流動(dòng)現(xiàn)象。盾構(gòu)掘進(jìn)施工中對渣土改良、刀盤轉(zhuǎn)速、開挖面土壓力及盾尾回填注漿壓力等參數(shù)控制要求較高，極易出現(xiàn)開挖掌子面坍塌、盾尾和螺旋輸送機(jī)后艙門涌水涌砂等風(fēng)險(xiǎn)事件，導(dǎo)致地層損失，地面沉陷甚至坍塌。

3.高水位

太原市區(qū)普遍存在高水位的特點(diǎn)，2 號線一期工程沿線涉及地下水主要為潛水（局部區(qū)段具弱承壓性），水位埋深1～9 m，平均埋深3～4 m；沿線地層水位較高，水是地下工程施工安全的主要影響因素，地下水的疏干工作一直都是工程難題，工程的無水作業(yè)是安全施工的重要保障之一。

二、國內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)管理經(jīng)驗(yàn)簡述

（一）北京

北京地區(qū)針對同一區(qū)間不同區(qū)段的地層特點(diǎn)和施工環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)情況，提出將盾構(gòu)隧道劃分為不同的組段，然后確定各個(gè)組段內(nèi)的主要盾構(gòu)施工參數(shù)的控制范圍，從而控制盾構(gòu)施工過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)的方法。根據(jù)北京地區(qū)地層和盾構(gòu)施工環(huán)境的特點(diǎn)將北京地鐵盾構(gòu)隧道劃分為18 種安全風(fēng)險(xiǎn)組段，北京地鐵任何一個(gè)盾構(gòu)隧道都是由這18 種組段中的一種或幾種組段組合而成，并在實(shí)踐過程中取得良好效果[3]。

（二）杭州

杭州地層具有高水位和承壓性，城區(qū)北側(cè)為高靈敏性淤泥質(zhì)土，錢塘江和貼沙河附近主要為流砂層。通過杭州地鐵1 號線的施工實(shí)踐，總結(jié)出應(yīng)對上述問題的風(fēng)險(xiǎn)控制措施和管理經(jīng)驗(yàn)。例如，一是采用冷凍法加固方式來減小盾構(gòu)進(jìn)出洞風(fēng)險(xiǎn)；二是根據(jù)區(qū)間水位地質(zhì)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)情況制定針對盾構(gòu)機(jī)結(jié)構(gòu)本身的防水和防噴涌措施，以及盾構(gòu)隧道管片接縫的防水措施；三是，針對深基坑工程提出了地下連續(xù)墻懸掛止水帷幕與注漿帷幕豎向搭接形成全封閉止水帷幕的復(fù)合減壓降水技術(shù)[4-5]。

（三）天津

天津地區(qū)水資源豐富，地下水位較高，地層較為敏感；通過對天津地鐵1 號線建設(shè)過程的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得出，從天津的地質(zhì)條件、施工環(huán)境和當(dāng)前的技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)條件看，地鐵車站采用地下連續(xù)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)的深基坑明挖法，區(qū)間采用泥水平衡的盾構(gòu)法施工，是天津地區(qū)地鐵建設(shè)最佳的施工方法[6-7]。

三、風(fēng)險(xiǎn)事件統(tǒng)計(jì)分析

（一）風(fēng)險(xiǎn)事件統(tǒng)計(jì)

太原市軌道交通2 號線一期工程土建施工階段安全風(fēng)險(xiǎn)管理整體可控，未發(fā)生安全質(zhì)量事故；由于2 號線一期工程是太原市建設(shè)的首條地鐵線路，加之太原地層特點(diǎn)的復(fù)雜性，在施工過程中不可避免地發(fā)生一些風(fēng)險(xiǎn)事件，多數(shù)風(fēng)險(xiǎn)事件均在發(fā)生之初得到有效控制，未造成嚴(yán)重?fù)p失。全線土建施工過程中共計(jì)發(fā)生安全風(fēng)險(xiǎn)事件79 起，安全風(fēng)險(xiǎn)事件類型見圖1，各工點(diǎn)分布數(shù)量見圖2。

圖1 風(fēng)險(xiǎn)事件類型分布圖

圖2 工點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)事件分布圖

（二）風(fēng)險(xiǎn)事件原因分析

由圖2 可知，全線風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生頻次較高的幾類風(fēng)險(xiǎn)為基坑側(cè)壁涌水涌砂、基底涌水涌砂、盾構(gòu)施工引起周邊環(huán)境變形、基坑周邊環(huán)境變形、盾構(gòu)始發(fā)/接收端涌水涌砂。

通過對風(fēng)險(xiǎn)事件類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合現(xiàn)場安全風(fēng)險(xiǎn)管理經(jīng)驗(yàn)，得出導(dǎo)致安全風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的主要原因如下。

1.明挖基坑工程

（1）基坑側(cè)壁涌水涌砂：①地下水位埋深淺，平均埋深3～4 m，基坑內(nèi)外具有一定水頭差；②基坑深度10 m左右至基底范圍內(nèi)普遍存在富水砂層，圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工過程中由于護(hù)壁泥漿比重、垂直度控制不佳，導(dǎo)致地連墻接縫部位夾泥夾渣或出現(xiàn)連墻劈叉現(xiàn)象。

（2）基底涌水涌砂：①全線范圍內(nèi)發(fā)生基底涌水涌砂風(fēng)險(xiǎn)事件的基坑，止水帷幕插入比在1∶0.55 左右，均未完全進(jìn)入不透水層或弱透水層，屬于懸掛式止水帷幕；②地下水位埋深埋深淺，基坑內(nèi)外存在水頭差，且個(gè)別工點(diǎn)地下水均有微承壓性；③部分車站坑內(nèi)降水井布設(shè)間距偏大（雙排梅花形布置，同排井間距≥12 m），降水井成井質(zhì)量不佳及基坑開挖過程中降水井保護(hù)不到位，導(dǎo)致疏干降水效果不佳。

（3）基坑周邊環(huán)境變形過大：①基坑側(cè)壁、基底涌水涌砂導(dǎo)致周邊地層土體損失；②基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)插入比不足，基坑開挖過程中，基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)自身向基坑內(nèi)變形導(dǎo)致周邊環(huán)境變形；③基坑開挖施工不規(guī)范，如鋼支撐架設(shè)不及時(shí)、土方開挖方式不合理等。

2.盾構(gòu)區(qū)間工程

（1）盾構(gòu)施工引起周邊環(huán)境變形：①區(qū)間上方的雜填土層及富水粉細(xì)砂層（局部區(qū)段具有液化性）等高敏感性地層；②掘進(jìn)施工過程中未根據(jù)掘進(jìn)地層變化情況及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)參數(shù)，如進(jìn)入富水砂層段掘進(jìn)時(shí)，未及時(shí)調(diào)整渣土改良等參數(shù)，出現(xiàn)螺旋機(jī)噴涌導(dǎo)致隧道上方地層瞬時(shí)地面出現(xiàn)沉陷。

（2）盾構(gòu)始發(fā)/接收端涌水涌砂：①盾構(gòu)始發(fā)/接收端頭降水效果不佳，未完全將地下水位降至隧道底板以下；②部分工點(diǎn)采用旋噴樁端頭加固方式，旋噴樁在深度超過15m的富水粉細(xì)砂層中施工時(shí)，成樁效果難以保證。

由圖3 可知，全線風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的區(qū)域主要集中在出入段線—嘉節(jié)站區(qū)段和雙塔西街站—北大街站區(qū)段。其中，出入段線—嘉節(jié)站區(qū)段，地層液化性突出，在小店沉降區(qū)范圍內(nèi)；雙塔西街站—北大街站區(qū)段，雜填土層厚，區(qū)間掘進(jìn)地層主要為粉細(xì)砂層，施工影響范圍內(nèi)老舊建筑較多。

圖3 全線紅色監(jiān)測預(yù)警分布圖

四、預(yù)警統(tǒng)計(jì)分析

（一）監(jiān)測預(yù)警

根據(jù)太原市軌道交通工程安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控與管理信息系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)第三監(jiān)測和施工監(jiān)測在全線工點(diǎn)施工期間累計(jì)發(fā)布紅監(jiān)測預(yù)警975 項(xiàng)、橙色監(jiān)測預(yù)警4715 項(xiàng)（其中累計(jì)變形超控制指標(biāo)橙色監(jiān)測預(yù)警3628 項(xiàng)）、黃色監(jiān)測預(yù)警2446 項(xiàng)，全線各工點(diǎn)紅色監(jiān)測預(yù)警分布情況，見圖3，紅色監(jiān)測預(yù)警按照監(jiān)測項(xiàng)目類型組成所占比例見圖4。

圖4 紅色監(jiān)測預(yù)警項(xiàng)目類型餅狀圖

由圖3 可知，全線紅色監(jiān)測預(yù)警主要集中在出入斷線—畜研所站區(qū)段和雙大區(qū)間—礦機(jī)站區(qū)段，分別對應(yīng)地層特點(diǎn)為液化地層段和雜填土層段對應(yīng)，且基本與圖3 吻合。太原地鐵施工受地質(zhì)條件影響較大，施工期風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)和風(fēng)險(xiǎn)管理過程中，應(yīng)重點(diǎn)考慮地質(zhì)條件帶來的施工風(fēng)險(xiǎn)。

全線總計(jì)監(jiān)測預(yù)警8136 項(xiàng)，累計(jì)變形超控制值4603 項(xiàng)，占比56.58%。由圖4 可知紅色監(jiān)測預(yù)警項(xiàng)目主要為地表沉降、管線沉降、樁/墻體測斜。建議在加強(qiáng)基坑支護(hù)體系自身穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的同時(shí)，可考慮在大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，對個(gè)別監(jiān)測項(xiàng)目的控制值予以調(diào)整。

其中，雙大區(qū)間累計(jì)紅色監(jiān)測預(yù)警136 項(xiàng)，88%監(jiān)測點(diǎn)累計(jì)沉降變形超過控制值，雙大區(qū)間下穿迎澤湖等13 個(gè)Ⅱ級環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源。建筑物累計(jì)沉降紅色監(jiān)測預(yù)警主要集中在雙大區(qū)間-礦機(jī)站區(qū)段，該段老舊建筑物較多，建筑多為磚混結(jié)構(gòu)且基礎(chǔ)形式簡單。

（二）巡視預(yù)警

目前太原軌道交通安全風(fēng)險(xiǎn)管理模式為“三維一體”，即“安全風(fēng)險(xiǎn)管理體系”“現(xiàn)場安全風(fēng)險(xiǎn)管理”“安全風(fēng)險(xiǎn)管理信息系統(tǒng)”。將施工過程中工程風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警分為監(jiān)測預(yù)警、巡視預(yù)警和綜合預(yù)警三類，其中巡視預(yù)警為施工過程中通過巡查，發(fā)現(xiàn)安全隱患或不安全狀態(tài)而進(jìn)行的預(yù)警。按嚴(yán)重程度由小到大分為三級，黃色巡視預(yù)警、橙色巡視預(yù)警和紅色巡視預(yù)警[8-9]。

土建施工階段各參建單位累計(jì)發(fā)布巡視預(yù)警126項(xiàng)。巡視預(yù)警類別、數(shù)量、所占比例，見圖5。

圖5 巡視預(yù)警發(fā)布內(nèi)容餅狀圖

由圖5 可知，巡視預(yù)警中鋼支撐架設(shè)滯后、土方開挖方式不合理、樁間網(wǎng)噴滯后等常規(guī)風(fēng)險(xiǎn)所占比例達(dá)46%。同時(shí)，僅鋼支撐體系架設(shè)及時(shí)性及規(guī)范性所占比例達(dá)44%。因此，后續(xù)施工安全風(fēng)險(xiǎn)管理管中應(yīng)加強(qiáng)常規(guī)風(fēng)險(xiǎn)的管理，及鋼支撐架設(shè)分項(xiàng)工程的重點(diǎn)管理。

五、風(fēng)險(xiǎn)管理經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

（一）技術(shù)方面

1.環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級評定：鑒于太原城區(qū)地層特點(diǎn)的敏感性，宜對結(jié)構(gòu)及基礎(chǔ)形式簡單的建筑物在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評級時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)等級上調(diào)一級。

2.盾構(gòu)選型：對于盾構(gòu)掘進(jìn)穿越地層為粉細(xì)砂層，上覆土層敏感性強(qiáng)且長距離下穿重要環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源源時(shí)，在盾構(gòu)機(jī)選型時(shí)，可考慮采用泥水平衡盾構(gòu)機(jī)。

3.施工圖設(shè)計(jì)：（1）車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)加大止水帷幕插入深度，宜插入不透水層或弱透水層；若采用懸掛式止水帷幕，坑內(nèi)降水設(shè)計(jì)應(yīng)滿足作業(yè)條件，同時(shí)保證基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)自身變形滿足設(shè)計(jì)要求；（2）盾構(gòu)始發(fā)/接收端加固方式宜采用三軸攪拌樁、冷凍法等加固效果可靠的加固方式，或采用鋼套筒接收，不宜單獨(dú)采用旋噴樁加固方式始發(fā)/接收。

4.監(jiān)測控制值：太原市軌道交通工程監(jiān)測應(yīng)結(jié)合圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案、太原地層區(qū)域性特點(diǎn)及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)源自身特點(diǎn)，針對不同的工況確定不同的監(jiān)測項(xiàng)目控制值。

（二）管理方面

1.常規(guī)風(fēng)險(xiǎn)的層級管理、閉環(huán)管理

（1）針對施工階段現(xiàn)場存在的常規(guī)風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)根據(jù)參建各方現(xiàn)場巡查頻率進(jìn)行預(yù)警管理，原則上巡視預(yù)警以監(jiān)理單位→第三方監(jiān)測單位→風(fēng)險(xiǎn)巡視單位→軌道公司現(xiàn)場主管部門為順序進(jìn)行發(fā)布。

（2）針對施工階段現(xiàn)場存在的風(fēng)險(xiǎn)問題，無論大小均應(yīng)實(shí)現(xiàn)閉環(huán)管理。

2.提高風(fēng)險(xiǎn)管理意識(shí)

將風(fēng)險(xiǎn)隱患當(dāng)事故抓，實(shí)行風(fēng)險(xiǎn)事件閉環(huán)管理，把風(fēng)險(xiǎn)控制在隱患形成之前、把隱患消滅在事故前面。

3.風(fēng)險(xiǎn)管理標(biāo)準(zhǔn)化的制定

為進(jìn)一步加強(qiáng)土建施工階段現(xiàn)場安全風(fēng)險(xiǎn)管控，實(shí)時(shí)現(xiàn)場安全風(fēng)險(xiǎn)管理的標(biāo)準(zhǔn)化，后續(xù)將結(jié)合太原2 號線一期施工管理經(jīng)驗(yàn)，制定《鋼支撐架設(shè)標(biāo)準(zhǔn)手冊》《施工/監(jiān)理單位風(fēng)險(xiǎn)管理資料標(biāo)準(zhǔn)化手冊》《現(xiàn)場監(jiān)控量測工作指南》《重大風(fēng)險(xiǎn)源工序施工標(biāo)準(zhǔn)》等標(biāo)準(zhǔn)化管理規(guī)定。

六、結(jié)論

太原地鐵2 號線為太原市建設(shè)的首條線路，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，具有較強(qiáng)的區(qū)域差異性、敏感性和高水位特性，這些是太原地鐵建設(shè)安全風(fēng)險(xiǎn)管理所面臨的挑戰(zhàn)。只有在太原地鐵2 號建設(shè)安全風(fēng)險(xiǎn)管理經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上不斷地分析和總結(jié)，制定出適宜的設(shè)計(jì)、施工方案，并總結(jié)制定出一整套安全風(fēng)險(xiǎn)控制制度、措施，才能確保后續(xù)線路施工安全風(fēng)險(xiǎn)可控。