浅埋暗挖地铁车站施工安全风险控制

李金武/LI Jin-wu

（中电建南方建设投资有限公司，广东 深圳 518000）

1 工程概况

某市地铁2 号线某车站位于城市繁华路段，周边建筑物密集，沿线车流量、人流量偏大，上方管线分布纵横交错，施工环境极为复杂。该车站总体长192m、宽21.2m、高17.6m，为地下二层岛式暗挖车站。车站开挖采用双侧壁导洞法施工，小里程段分为6 步开挖，如图1（a）所示，大里程段分为9 步开挖，如图1（b）所示，按照逐格分步实施开挖，开挖完成后及时跟进封闭成环。车站初支钢拱架采用122a 工字钢，布设间距为0.75m，初支喷射25cm 厚C25 砼，纵向连接筋∅20mm，二衬采用C45P10 抗渗砼，衬砌厚度为80～150cm。

图1 分步施工示意

2 施工安全风险分析

2.1 水文地质

1）该地铁车站所处地层为粉质黏土、粉细砂、含砾中粗砂以及中风化、强风化岩层，工程地质条件较差，各个地层切换频繁，施工环境复杂，且初支拱部位置多为粉质黏土、粉细砂，地层稳定性较差，支护难度大，对地铁车站施工极为不利。

2）该地铁车站底板埋深约为24m，地下潜水位约为14m，位于车站底板上方，地下水的存在会软化围岩，并对地铁隧道形成一定的膨胀压力，对开挖施工区域内的地层产生不利影响，使得暗挖施工中的安全风险较大。

3）该地铁车站所处区域不良地质条件多，处理难度大，主要包括地质松散层、空洞、水囊。如若空洞与开挖段距离较近，则施工扰动极易导致发生失稳，引发地层变形而造成地层塌陷，尤其是在遇到空洞群时，施工扰动可能会导致其连通形成大型空洞，则发生大面积塌陷的风险更高；水囊的积水因施工扰动会发生失稳，进而形成突涌水，导致发生冒顶、坍塌，给施工带来安全隐患。

2.2 围岩状况

车站主体上方覆土厚度为6.4～8.8m，拱顶围岩等级为Ⅴ～Ⅵ级，属于中风化、强风化围岩，岩层强度较低且抗风化能力较差；其次，围岩强风化带发育深度存在较大差异，最大埋深处为24.5m，且强风化围岩厚度约为19.5m，车站主体所处岩层稳定性极差，如若开挖施工中支护不及时、不到位，就会引发土体塌陷、地表沉降等风险。

2.3 施工环境

1）该车站主体上方管线分布纵横交错，沿车站主体纵向有∅1400mm、∅800mm 以及∅300mm 的给排水管线，∅500mm 与∅400mm的燃气管线以及电力、电信管沟等共48 条，其中重力流管线及有压管线6 条，且部分雨污水管因年久失修存在渗漏，管线周边土层由于长期受水浸泡，出现松软、空洞、富水等异常地质条件，使得在进行车站的暗挖施工时，极易因施工扰动而导致管线出现沉降甚至损坏，增加了施工中的安全风险。

2）车站位于城市繁华路段，沿线车流量大，周边构筑物密集，结合施工中的监控量测数据发现，车站暗挖施工对周边存在较大扰动，地表沉降量较大，如若不采取妥当的风险控制措施减少施工中的反复扰动，将会导致周边建筑物发生开裂及地下管线破坏，直接影响着建筑物及地下管线的安全性。

2.4 施工过程风险

1）受松散层、水囊、空洞的影响，使得暗挖施工面临的不确定因素众多，如若初支施工不及时，极有可能会引发地表沉降甚至坍塌风险。

2）该项目所处地层稳定性差且带水带压管线分布复杂，如若注浆时的浆液配比、注浆量及注浆压力控制不好，就会直接影响注浆加固的效果，而注浆加固效果不好往往会引发地面塌陷、管线破裂等风险。

3）该地铁车站平行下穿给水管、排水管以及雨污水管道较多，部分管道因年限较久可能存在渗漏等，如若暗挖施工前未进行超前探测或渗漏处理不及时，则极易因管线渗漏而引发地面塌陷危及作业人员的人身安全。

3 浅埋暗挖地铁车站施工安全风险控制

3.1 施工安全风险控制思路

暗挖地铁车站施工安全风险控制应贯穿于整个施工过程中，包括施工前评估、施工中控制以及施工后修复，具体控制思路如下。

1）既有结构现状分析与安全性评估。对施工影响范围内各个工况条件下结构的强度进行安全性分析，确定结构最大承载性能，并对多种影响因素予以综合考虑后制定安全控制措施。

2）施工影响预测与安全方案选择。以可行的方案为基础对施工影响进行预测，明确施工影响最小的方案。对于施工附加影响无法满足安全控制要求时，应对既有结构与施工地层采取注浆加固等超前处理措施，以确保施工附加影响能够满足既有结构的安全控制要求。

3）施工安全控制措施制定与实施。对既定作业方案下施工沉降或应力控制目标予以分解，确定各个阶段施工的安全控制目标，并从理论分析、类似项目经验以及工程地质特点等多个方面确定各个阶段控制措施。

4）施工监控量测与安全信息反馈。根据工程施工特点与安全控制重点，选择关键工序或部位作为关键控制指标进行全过程监控量测，对于监测得到的数据予以及时处理与反馈，并根据监控量测结果对暗挖车站施工的安全性进行评估与判断，必要时启动安全应急预案。

5）施工后评估及结构现状修复。地下空间开挖施工中，不可避免地会对既有结构的安全性或功能性产生影响，因此，务须要对开挖施工造成的影响程度进行评估，根据被破坏程度对修复的必要性、可行性以及合理性进行分析，并以此为依据制定相应的恢复方案及措施。

3.2 施工安全风险控制举措

由于该项目地铁车站所处地质条件差、埋深较浅以及施工环境复杂的特性，使得地铁车站开挖施工中面临的风险众多。因此，必须要结合地铁车站项目实际，分析施工中可能面临的风险因素，结合地铁施工“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤测量”的十八字方针，采用“弱爆破”减少施工对围岩的扰动，并通过及时跟进封闭支护，以控制地表、地下管线以及周边构筑物的沉降。

3.2.1 超前地质预报

不良的地质条件极易引发坍方、突泥、涌水等风险，不仅在技术上给地铁车站施工带来极大的困难，也常常因突发事故导致人身伤亡、设备损失、工期延误，从而造成巨大的经济损失。因此，通过开展超前地质预报，预测车站掘进方向的地质状况，提早、及时地使用有效的开挖与支护方式就显得非常重要。

1）TSP 超前探测 对地铁车站暗挖段进行超前探测，尤其要做好富水地层、软弱地层、断层破碎带、裂隙发育带、不同岩性交界面等地段予以重点探测，以保证暗挖通过时的安全性、稳定性。

2）超前地质钻孔 在进行每循环开挖施工中，应通过超前地质钻孔对断层破碎带、裂隙发育带以及松散层、富水层等进行探测，以免施工中发生突涌水、坍塌等风险。

3）地质雷达探测 采用雷达探测仪向开挖地层发射宽带宽、高频率的电磁波，并对接收到的反射波信号进行分析处理，通过测量反射波来回的时间，探测地铁车站周围环境的变化，并获得施工需要的各种地质资料。

3.2.2 超前支护措施

1）超前管棚支护 为防止车站主体结构开挖施工造成地表沉降，有效保证施工周边环境以及地下管线的安全，结合地铁车站施工地质条件及工程实际，并根据施工工期、安全等要求，沿开挖轮廓线在钢架上钻设管棚孔，钻孔时应由高孔位依次向低孔位进行，且外插角不得侵入隧道开挖轮廓线，钻孔直径比管棚钢管管径大约2～3cm，通过超前管棚加强支护，能够有效保证开挖掌子面围岩的稳定性，防止出现地表下沉、围岩松动等安全风险。

2）超前小导管支护 在车站主体经过松散地层、断层破碎带等不良地质段时，可通过超前小导管等超前支护手段，对开挖掌子面前方扰动土层予以超前注浆加固，以减少施工过程中松散土体的变形。施工时，在地铁车站开挖轮廓线以上按照环向间距30～50cm，外插角10°～15°插入小导管，孔位及外插角偏差应满足相关规范要求：其中，深层注浆孔偏差≤5cm，角度偏差≤2°；分裂注浆与压密注浆的注浆孔偏差≤10cm，角度偏差≤3°，对于检查发现小导管偏差超标时应及时予以修复并重新注浆。

3.2.3 不良地质处理

1）松散区处理 该地铁车站所处松散区域多位于回填土以及杂填土层，埋深较浅，施工中极易对地表产生扰动而造成坍塌、沉降，因此，在进行松散及稳定性较差区域的处理时，可通过地面打孔埋设注浆管进行注浆加固，以提升土体密实性与围岩稳定性，防止施工中土层扰动而出现沉降或坍塌等安全风险。

2）富水区处理 在进行富水地段的处理时，须先探明富水区域有无水源补给，确定止水区域周边管线情况，若为雨污水管线发生渗漏，则应对雨污水管线进行清污、防水处理，若为市政给水管道发生渗漏，则应采取措施进行堵漏处理，渗漏处理后继续打孔至砂层，埋设好注浆管，将围岩中的滞留水通过注浆管引流至砂层，将浅埋层水分进行疏干，降低施工中围岩的变形概率，同时，对于暗挖车站上方因管线渗漏造成软化的土体，可通过导洞内定位注浆予以加固处理，以提升围岩稳定性，改良不良地质条件，进而减少与避免地层、管线的沉降。

3）空洞区处理 对发现地质条件较差的空洞区域，应采用水泥浆予以填充密实，并对空洞周围区域通过小导管进行注浆加固。同时，为避免注浆时空洞周围区域浆液量扩散面积过大，可在边缘位置采用水泥-水玻璃双浆液进行注浆加固，控制好注浆质量，保证空洞区域注浆的密实性。

针对施工中遇到的不良地质条件，该项目通过及时探测与分析处理，及时获得场地不良地质分布情况，对探测到的松散层、富水区以及空洞区及时采取加固处理予以改良加固，有效保证了不良地段围岩的稳定性，消除了车站暗挖施工的安全隐患。

3.2.4 施工过程控制

为保证车站暗挖施工中地下管线及周边构筑物的安全，该项目从地层预处理、过程恢复对地层及管线进行抬升，控制地层、管线的沉降。

1）为降低车站暗挖施工中的安全风险，车站大里程段分为9 步、小里程段分为6 步，采用小药卷药量分格爆破进行开挖，并根据试爆效果对爆破参数予以优化调整。例如，根据围岩软硬、裂隙发育以及爆破后石碴块度等，调整炮眼间距、装药量、周边眼等参数，根据监测的爆破震速，调整雷管分段数、单响药量，以保证岩层爆破效果，避免爆破时扰动过大造成坍塌风险。

2）该车站所处地质条件复杂，在暗挖施工中应按要求做好地质补勘，并结合施工地质资料，制定切合实际的浅埋暗挖及支护控制措施。且由于该地铁车站所处区间各个地层切换频繁，因此，开挖时应对竖井钢格栅间预制短格栅的设置予以严格控制，并根据马头门结构形式，分部破除竖井马头门井壁砼，保证开挖过程围岩的稳定性。

3）地铁车站采用6 步法开挖时，在1 步与2步，3 步与4 步以及5 步开挖完成后，及时跟进对边墙及拱部位置进行支护，在初支施工与封闭的同时，通过注浆将初支与周围土体间空隙填充密实，保证车站结构成环后再进行第6 步开挖，通过分段分导洞衬砌有效保证了车站结构施工的稳定性，降低了地层的沉降风险。

4）车站暗挖施工中，对经过的地表与埋设监测点的沉降情况进行监测，同时，在开挖及临时支撑拆除位置对拱顶沉降、净空收敛情况等进行监测，并对监测数据进行收集与分析，如若发现沉降、收敛等数据存在异常，须立即停工并采取措施对沉降、收敛进行控制，保证车站主体结构的安全性。由表1 的沉降观测数据可知，地表、管线以及拱顶沉降较为稳定，均在预警值以内，为安全施工提供了切实保证。

表1 沉降监测数据

4 结语

相较于明挖地铁车站或是其他工程项目而言，浅埋暗挖地铁车站施工难度更大、危险系数更高、影响因素更多、更易发生安全事故，因此其安全管理更为关键。为减少与遏制安全事故发生，应于项目施工前依据现场实际，对潜在危险源与施工安全风险等予以全面分析，制定针对性防范、应对举措，并在后续施工中切实做好相应沉降监测，落实规范施工，及时跟进做好支护，从而促使车站暗挖施工安全、顺利、优质完成。