城轨交通附属工程安全风险统计分析及管控对策

夏成华，吕培印

（北京安捷工程咨询有限公司，北京 100037）

城市轨道交通运输具有安全快捷、 节能环保、占地少、运量大、全天候等特点，属绿色环保交通体系，符合可持续发展的原则，特别适用于大中城市[1]。截至2017年末，中国内地共56座城市开工建设城轨交通，在建线路254条，线路长度达6 246.3 km，城市轨道交通工程建设进入快速发展时期[2-3]。

城市轨道交通项目管理方式较多，如自建、代建、工程总承包、BOT、BT、PPP等，当前PPP模式及地铁建设热潮已“踩刹车”。2018年以来，城市轨道交通工程建设已发生风险事件/安全事故20余起，且有多起3人以上死亡事故，而附属工程事故较多见且为近3年来常见，这将引起新一轮专项督查风暴。

城市轨道交通附属工程主要包括出入口及通道、风井及风道、竖井或斜井、横通道(旁通道)、联络通道及泵房、其他辅助用房或设备用房等临时或永久性的结构[4]。与主体工程相比，附属工程具有地层受扰动次数多、施工空间狭小且分布相对分散、受重视程度低等不利特点，工程施工易出现围岩变形、渗漏、坍塌及周边环境沉降变形等风险，安全风险管控难度大。这就要求我们不应仅仅把工作重点放在主体工程施工风险管控方面，对于附属工程施工过程中的安全风险问题也应引起足够的重视。

1 附属工程事故统计分析

近年来，附属工程事故数量总体上呈现轻微增长趋势。据不完全统计的2003年以来20余座轨道交通建设城市的56起事故，分析发现：1) 事故发生部位(见图1)最多的是出入口及通道，其次为竖井及通道、联络通道及泵房，风井、风亭及通道的事故比例最少；2) 发生事故类型(见图2)以各类坍塌为主，涌水涌砂及渗漏水次之，其余事故如开裂及变形超限、物体打击及周边环境受损等后果影响相对较小的问题所占比例较小；3) 事故发生年份(见图 3)以 2014年居多，2015年次之，2011—2016年处于高位；4) 暗挖施工工法事故占比约 62.5%，明挖施工工法事故占比约 37.5%。这与城市轨道交通附属工程建设规模、空间结构、工程体量及安全管理水平有关。

图1 附属工程事故发生部位分布Fig.1 Site distribution of the accidents

图2 附属工程事故类别分布Fig.2 Distribution of the accident categories

图3 附属工程事故年份分布Fig.3 Years of the accidents

2 附属工程事故原因

附属工程安全事故的发生，除与地下工程自身施工工法的多样性、所处工程水文地质条件的复杂性等影响因素有关外，还受到场所受限、周边环境影响、场地分散等主客观因素的影响。

图4 联络通道平面布置图Fig.4 Connecting passage layout chart

2.1 场地受限

附属工程场地受限，客观上增加了施工难度和风险。城市轨道交通沿线建筑物往往非常密集，这给车站站位的选择带来很大困难。站位选择优先考虑主体车站位置，导致出入口及通道位置的选择具有局限性，有时不得不选择在并不十分理想的场地，使出入口及通道施工空间非常狭窄，难以进行设计施工方案的最优化选择，甚至出现因大型施工机具无法入场施工或因场地不能提供施工条件而不得不采用安全性较差的施工工法的情况，这都在无形中增大了附属工程施工难度和风险。

某盾构区间设置一个联络通道，该联络通道位于地下水位以下，拱顶上部为2.28 m厚流塑状高压缩性土(见图5)。施工前对联络通道地层采用洞内WSS(无收缩双液)注浆加固，加固范围为左右线隧道中心线及洞身上下各3 m。

图5 联络通道处地质剖面Fig.5 Geological profile of the connecting passage

该联络通道在由左线进洞开挖过程中，上台阶工作面左上方突发涌水涌泥事故，涌泥量约 60 m3。流塑状涌泥在隧道内的淤积高度达3 m，并将洞口停放的一台小型挖掘机淹埋，洞口管片发生了约2 cm错台(见图 6、7)。

图6 现场涌泥Fig.6 In-situ mud-outburst

经分析，受地面交通难以导改以及横通道上方横跨多条管线的影响，原设计采用的地面旋喷桩加固难以实施，遂将地面加固方案更改为洞内 WSS注浆加固方案，WSS注浆法加固地层效果不佳是本次事故的一个主要原因。

图7 管片破裂Fig.7 Rupture of the tube

2.2 周边环境影响

未查清地质条件或未探明周边环境条件，为施工安全埋下了巨大的隐患。1) 开挖范围内未探明的不良地质或特殊岩土，将给附属工程明挖、暗挖施工带来不利影响，可能出现坍塌、涌水涌砂风险。2) 未探明的地下管线、地下构筑物或水体如未及时迁改或采取有效保护措施，将给附属工程施工带来难以估量的风险：一方面工程施工可能引起地下管线、地下构筑物沉降变形，甚至渗漏或泄露；另一方面，已经出现渗漏或泄露的地下管线或水体，可能引起工作面涌水涌砂甚至爆炸的风险。

某暗挖车站附属结构1号风道断面高度20.4 m，采用CRD(交叉中隔墙法)开挖，分为5层导洞开挖，初期支护拱部设置超前管棚(见图8、9)。3月12日凌晨1:00左右，施工管理人员发现3号导洞端墙有浑水流出，于是立即上报并采取堵水措施，并对周边环境进行仔细排查，初步判断为地面交叉路口东北角 N400 mm自来水管出现渗漏。由于该管线旁有一根DN300 mm燃气管线，遂立即封闭道路。2:30分左右发生燃气管泄漏，现场人员撤离过程中发生燃气闪爆，导致 1号风道端墙的3号、4号导洞初支结构局部损坏，土体涌入风道(见图10)。地面道路面层及管道检查井盖被爆出地面，并形成约10 m露天坑(见图11)。2根燃气管、2根自来水管、通信管及检查井破坏。

经分析，引发本次事故的N400 mm自来水管与DN300 mm燃气管在施工前均未事先探明且未采取有效的保护措施。自来水管泄漏造成附近水土流失形成空洞，使上方燃气管因不均匀沉降、开裂而产生泄漏，在封闭的空间内发生爆炸。

图8 风道平面Fig.8 Air passage layout chart

图9 风道剖面Fig.9 Air passage cross-section

图10 风道端墙坍塌Fig.10 Collapse of end wall of air passage

2.3 现场管理混乱

受重视程度相对低，现场管理混乱，擅自改变设计施工方案。附属工程施工处于工程建设后期或收尾阶段，进度压力往往没有主体结构大，工程建设投入相对较小，精兵强将也常常被调离至其他更受重视的地方，而留守的现场作业人员和施工管理人员的技术水平不能满足要求，这给现场安全管理带来很大的难度。同时，零星的、间断性的施工容易让施工及管理人员产生麻痹大意的思想，使得现场安全管理出现混乱，甚至出现擅自改变设计方案的现象，这都给附属工程施工带来了不利影响。

图11 地面形成深坑Fig.11 Deep pit on the ground

某盾构区间联络通道采用冷冻法辅助施工。6月28日联络通道开挖后，隧道下行线小型制冷机发生故障，停止供冷7.5 h。施工人员发现下行线隧道一直有压力水漏出，于是采用木板封堵工作面等措施，但效果不佳。6月29日凌晨，水阀处测出的水压接近外部第七层承压水水压，险情初露征兆，但现场没有任何人将这一情况向上级汇报。7月1日凌晨6时，隧道内发出异响，施工人员撤出现场，随后大量流砂涌入，导致隧道上下行线严重积水，地表开始出现严重裂缝、沉降，地面建筑物发生明显变形、墙面开裂倾斜(见图 12、13)。

图12 地面沉陷Fig.12 Ground subsidence

经分析，造成本次事故的直接原因是施工现场擅自改变了开挖顺序。区间旁通道上方一个大的竖井开挖完毕后，在大竖井底板下距离隧道4～5 m处，还需开挖2个小竖井才能与隧道相通。按照施工惯例，应该先挖旁通道，再挖竖井，但是施工现场改变了开挖顺序，这样极容易造成坍塌。同时，施工单位现场项目管理人员管理失控，事故期间质检员未按规定到工作面进行检查。

图13 地表建筑物沉降、倾斜Fig.13 Subsidence and tilt of surface buildings

2.4 施工场地分布相对分散

出入口及通道、风亭及风道大部分位于车站的不同区域，而联络通道或施工竖/斜井则位于区间隧道范围，这些附属工程往往分布比较分散且建设规模相对较小，给施工管理带来一定的困难。

2.5 安全施工与环境保护之间协调难度大

附属工程尤其是位于主城区的附属工程，往往处于周边环境复杂的区域，周边环境与工程施工相互影响，如何有效协调周边环境保护与安全施工之间的关系，是一个现实的难题。一方面，部分周边建构筑物或地下管线离工作面非常近，有的甚至只有1～2 m，轻微的扰动就可能导致建构筑物或地下管线出现沉降超限或管线渗(泄)漏； 另一方面，邻近建构筑物也给工程施工带来了更高的要求和更大的挑战；此外，主体结构施工期间，将开挖影响范围内的地下管线外迁至主体基坑以外但却难以完全迁改至附属工程以外，结果导致出入口及通道施工受地下管线影响反而加剧。

3 附属工程安全风险控制对策

3.1 加强开工前环境核查，减少不确定性因素影响

附属工程场地影响范围内的开工前环境核查(如岩土工程补勘、周边环境核查)工作成果的准确与否对设计施工管理尤为重要。比如对于地下管线而言，大部分发生事故的都是那些未探明的地下管线。

附属工程施工前，需要彻底摸查清楚工程所在地的工程和水文地质特点，以及周边环境(建构筑物或地下管线等)情况，杜绝出现勘察调查不详细甚至不勘察、不调查的情况。周边环境调查的内容应包括邻近建构筑物的种类、规模、修建年代、结构形式、材质、质量现状、安全状况、工作状态、与附属工程的位置关系等，对工程影响范围内的重要建构筑物进行现状评估，对既有建构筑物的现状安全性和剩余承载能力或剩余变形能力做出评价。

3.2 优化附属工程设计与施工专项方案，从源头上规避风险[5-6]

设计单位应组织设计人员进行附属工程现场踏勘，对岩土工程勘察报告与工程周边环境调查报告的准确性或完整性进行核查，并结合现场实际情况进行设计方案优化并进行设计交底。对于不符合要求或不详细的勘察或环境调查资料，不得据以进行设计。

对于邻近重要建构筑物的附属工程，应进行环境安全专项设计，并单独成册。环境安全专项设计应包括：工程环境现状评估、附属工程施工对环境的影响预测、工程环境变形控制标准(含阶段变形控制标准)、环境安全风险控制的工程技术措施设计、环境安全保护措施设计、环境安全专项监控量测设计、专项预案设计及环境安全风险控制的其他有关设计内容。

根据环境特点、设计文件和有关技术标准、规范规程以及既往施工经验，施工单位应针对不同的环境危险源分别编制环境安全专项施工方案，并进行专项安全标识及风险技术交底。环境安全专项施工方案的审查应严格执行建设部《危险性较大工程安全专项方案及专家论证审查办法》等有关规定。

3.3 重视附属工程施工阶段的安全风险管理[7-8]

从以往的经验来看，附属工程施工、工程进出场以及节假日期间是安全风险事故多发期，多个事故案例都在一定程度上说明了工程特殊阶段风险管理的重要性。安全生产以结果论成败，在任何一个时期都丝毫不能松懈，安全风险管理是全过程、全覆盖的管理。参建各方需要高度重视附属工程在施工阶段的安全风险管理，保证附属工程建设期安全人员及资源的合理配置。

3.4 利用信息化管理手段

辅以安全管理信息化系统，充分利用其风险信息互联互通、安全管理工作留痕等特点，可以有效落实参建各方安全管理职责，实现对参建单位安全管理日常工作过程记录，能够第一时间发现问题、第一时间协商会诊与辅助决策、第一时间处置安全隐患与突发事件，在一定程度上减少附属工程施工风险大、施工场地分散、现场管理混乱等带来的不利影响。

3.5 完善安全技术保障体系

为掌握附属工程施工对工程自身以及周边环境的影响程度，及时发现和消除安全隐患，需要从完善新安全保障技术体系、物联网与大数据的应用、智能故障预警技术和基于BIM+GIS技术的应用等方面逐步完善安全技术保障措施[9-10]。

4 结语

城市轨道交通附属工程是安全风险事故易发部位，而现场安全风险管控也存在周边环境调查不清楚、设计施工方案不合理等诸多薄弱环节，只有通过加强岩土工程勘察与周边环境调查，优化设计施工方案，实施安全风险全过程管控，完善安全技术保障体系，才能有效规避和减少城市轨道交通附属工程的施工风险。