基于风险管控的地铁车站施工方案优化技术*

王 刚，孙 冲

(1.中铁七局集团西安铁路工程有限公司，陕西 西安 710032；2.西安热工研究院有限公司，陕西 西安 710054)

0 引言

随着我国经济和科技的快速发展，基础设施建设也随之加快。地铁工程作为现代城市交通设施建设重点的同时，在建造过程中也面临着诸多安全风险[1-2]。地铁车站作为城市轨道交通建设的核心内容，其施工方案的安全性与科学性应作为设计人员、施工人员和安全管理人员的重点关注对象[3-4]。近年来，随着地铁车站建设数量增多及建造环境的复杂程度提高，工程所面临的风险越来越高、越来越大，工程事故时有发生，基坑坍塌更是最常见的地铁工程事故[5]。因此，对地铁车站施工的安全风险管控显得尤为重要，尤其是从施工方案优化的角度出发，可以很大程度上避免诸多潜在风险。

本文对地铁车站建设过程中常见的主要安全风险进行归纳，并提出一系列地铁车站施工的安全管控措施，最后结合工程实例进行以风险管控为导向的施工方案优化，以期对地铁车站施工的安全风险管控提供新的借鉴思路。

1 主要安全风险

地铁车站在施工过程中，诸多潜在的不确定因素会导致工程事故发生[6]。建设地铁车站的施工环境和施工过程十分复杂，过程中涉及诸多安全风险，其中主要的安全风险因素如下。

1.1 施工环境因素

在地铁车站建设过程中，主要的施工环境影响因素有气象条件、水文地质、周边环境及作业条件。

1)气象条件 工程建设过程中，暴雨、大雪、冰雹和洪水等恶劣天气与自然灾害是导致工程安全事故发生的重要原因。水文地质的变化对地铁车站施工的影响极为敏感，而气象条件对水文地质变化会产生重要影响，如暴雨、台风等，会导致地下水位上升，从而影响车站基坑的稳定性。基坑渗漏水等情况一旦发生，将给工程带来极大的安全风险。

2)水文地质 主要包括施工地区的地层岩性、地质构造及地下水条件等。在地下空间工程中，地下施工作业有较强的隐蔽性，复杂的地质条件常常是工程事故发生的重要因素。同时，地铁工程施工周期较长，增大了由于地质水文条件变化导致工程事故发生的潜在风险。

3)周边环境 地铁施工多位于城市繁华地区，其周边环境往往较复杂，主要包括周边建筑、地下既有管线、临近地铁隧道等风险因素。在地铁施工方法的选择上，需特别注意处理拟建地铁与既有建(构)筑物之间的关系，若处理不当，既可能影响拟建地铁施工的安全，又可能对既有设施造成破坏，乃至造成人员伤亡等安全事故。

4)作业条件 地铁车站施工与其他工程相比具有独特的作业特点，作业环境复杂，尤其是在暗挖作业中，会出现如照明条件不佳、地下空间空气流通差、安全设备不完善、施工作业面狭窄等问题。地铁施工中，现场温度、湿度、采光及通风不良，施工场地布置和机械作业防护不合理等都可能给地铁工程施工带来极大的安全风险。

1.2 施工设备和技术因素

地铁车站施工设备和技术风险主要包括施工中由于施工技术或工艺、施工机械与设备等原因所导致的各类安全风险。

1)施工设备因素 设备风险主要是指因机械设备的不安全状态和不安全性能引起的风险，主要包括施工设备的选择和使用不当，施工设备设计不合理或结构不满足使用要求，施工机械质量不合格或存在缺陷等。

2)施工技术因素 地铁车站施工工艺流程一般较复杂，需针对多种复杂的水文地质及周边环境，选择最适当的施工工艺和方法。可能导致工程风险事故发生的部分技术因素主要包括施工组织不合理，选择的施工工艺和施工方法不恰当。

1.3 施工管理因素

地铁施工中的管理风险因素主要是由于施工的安全管理存在缺陷，如对生产安全的管理认识水平不足；安全施工的规程、制度及相关措施的制定与实施未落实到位；施工现场的相关设备机械及作业环境未得到系统全面的管理；施工质量的管理体系不够完善，施工进度及其资源配置不合理等。

1.4 监测预警因素

对地铁工程而言，施工监控预警是安全风险管控工作中十分重要的部分。监控预警风险因素主要包括监控项目的规范性差、监测频次安排不合理、监测设备器材不满足使用要求、监测信息未得到及时反馈和处理等。

2 地铁车站施工安全风险管控

由于地铁车站施工条件复杂，施工工艺、机械设备具有多样性，其涉及的安全风险及相应管控措施也呈现多样化。即便如此，地铁车站施工的安全风险管控措施依然有共同之处。

2.1 施工方案设计及审查

合理设计施工方案对降低地铁车站施工安全风险至关重要。方案设计者应提高自身设计水平，对施工方案进行优化比选，同时在方案实施期间实时了解施工情况与预期设计工况的匹配程度，不匹配时及时调整施工方案，以保证车站施工安全。

建设和监理单位应重点审查施工方案的可行性，超过一定规模、危险性较大的分部分项工程，应由施工总承包单位组织召开专家论证会对专项施工方案进行论证。结合施工单位的现有资源进行审查，对施工现场的资源配备进行重点把控，是事前风险控制的重要组成部分[7]。最后，施工和监理单位应保证施工能严格按施工方案执行，并保证方案执行的规范性，这也是确保地铁施工安全的必要条件之一。

2.2 施工作业

施工单位应能有效调配相关资源来保证施工方案顺利实施，这一点施工单位在管理中较欠缺。施工单位在地铁车站施工过程中要严格落实安全责任制度，以“安全第一、预防为主、综合治理”方准则，制定工程安全生产管理等各项安全制度，建立健全安全生产保障体系，完善安全管理制度体系[8]。提升施工人员的安全文明施工意识，做好安全教育培训工作，提高员工整体素质。同时，做好安全技术和安全活动交底工作，特殊工种应持相关证件上岗；项目开工后，项目安质部应及时组织有关人员对工程重大安全风险源进行识别、梳理及分析评价，建立危险源清单，在编制施工方案及施工组织设计时，应同时编制对应的安全措施。

2.3 信息化监测

地铁车站的工程事故常常因监测不力无法及时预报险情，或对监测过程数据不够重视，未对可能发生的险情进行及时和有效处理。对地铁车站的施工过程监测既可验证设计方案的正确性，又能及时指导施工，从而有效避免险情发生[9]。因此，在地铁车站工程中，须重视信息化监测。在基坑工程施工前，制订有效的监测方案，合理布置现场监测点，设定各阶段的监测频率及监测报警值。施工过程中，要保护好监测点，避免因施工损坏；实时关注监测信息变化，对监测报表进行评价分析，遇到异常情况或监测报警情况时，须立即采取应急措施，确保施工安全。

2.4 应急预案

针对地铁车站工程施工中可能遇到的各类安全风险，须提前制订完备的应急预案，同时建立风险库，开工前按应急预案要求配备相应物资，组建应急队伍，并定期演练。

3 工程实例分析

3.1 工程概况

广州市轨道交通13号线二期工程(朝阳—鱼珠)车陂站，项目总长(不含围护结构)205.4m，总建筑面积21 109.81m2。此处施工包含左、右线两部分，受地面场地条件限制，左线利用盖板盖挖施工，右线利用管幕超前支护，横向暗挖右线顶板施工完成后，整座车站采用盖挖逆作法施工。预留盾构过站条件，待盾构过站后浇筑轨行区侧墙。

具体施工时，左线盖板上方留出土口及下料孔，利用左线地下2层空间，施作横向管幕，基坑靠近管线一侧及房屋段设旋喷桩隔离保护，顶部横向管幕以φ299@400布置，管幕壁厚10mm，长12.3m。管幕下方顶板施工是整个工程的重难点，本文将针对顶板施工的具体方案进行比选优化。

3.2 工程安全风险

1)工程位于城市闹市区的主干道上，交通流量大，周边建筑群密集，场地受限严重，因此采用盖挖结合管幕进行地铁车站施工。

2)工程地质条件差，周边环境复杂，暗筑顶板施工难度大，工程危险性大。

3)工程周边为商业区、居民区，且拟建地铁车站为换乘站，对环境保护要求高。

3.3 暗筑顶板施工方案

1)横向导洞方案(方案1) 待右线横向管幕顶进施工完成后，进行车站右线横向导洞的暗挖施工。横向暗挖导洞分为A，B 2种尺寸，设置型钢钢架作为导洞内支撑。相邻A，B型横通道之间共用竖向初期支护，依次按顺序分段开挖导洞，并进行暗筑顶板施工。

2)拱形顶板纵向导洞方案(方案2) 先施工右线横通道，再沿车站右线纵向开挖先行导洞，接着进行右线纵向管幕的顶进施工，管幕的横向断面排列为拱形，最后进行横向断面为拱形的暗筑顶板施工。

3)平顶顶板纵向导洞方案(方案3) 先施工右线横通道，再沿车站右线纵向开挖先行导洞，然后进行右线横向管幕的顶进施工，最后完成平顶顶板的暗筑施工。

3.4 基于安全风险管控的方案优选

3种方案的风险对比如表1所示。

表1 暗筑顶板施工方案风险对比

由表1可知，暗筑顶板的3种施工方案中方案1安全风险最小，应用该方案可最大限度保证右线顶板施工的安全性，可将风险控制在可接受范围。同时可以说明，基于风险管控的施工方案优化在很大程度上能减小施工中潜在的安全风险，对保证施工安全具有重要意义。

3.5 施工安全风险管控措施

1)选择经验丰富的施工人员操作顶管机进行横向管幕施工，杜绝因设备质量缺陷和施工人员经验不足等原因造成的工程事故。

2)管理人员分别针对管幕施工过程、导洞暗挖过程及混凝土浇筑过程制订有效的安全管理方案和施工应急预案。

3)整个施工过程中，对周边建筑墙体、地表位移、土体位移及车站结构位移进行实时动态监测，一旦出现不正常数据，及时调整施工，待监测数据正常再进行下一步施工。

4)为防止地下水侵扰，管幕与地下连续墙之间的缝隙用微膨胀混凝土填充密实；导洞开挖时进行间隔跳挖，先A型后B型，同时所有导洞开挖时须分上、下2层开挖；待浇筑的顶板达到设计强度后，拆除临时支撑体系，继续车站剩余工程施工。

4 结语

通过对地铁车站施工过程中常见的安全风险与安全管控措施进行归纳，并结合工程实例进行基于安全风险控制的施工方案优化，得到以下结论。

1)地铁车站主要的施工安全风险因素包括施工环境因素、施工设备和技术因素、施工管理因素及监控预警因素。

2)地铁车站常见的施工安全风险管控措施主要包括施工方案的设计与审查、施工、信息化监测及应急预案等方面。

3)针对具体工程中施工的重难点进行多方案基于风险控制的比选，可有效避免潜在安全风险。