城市地铁施工地质风险源分析及对策

【提 要】地铁是城轨交通的重要组成部分，对城市的发展，交通疏解和交通安全起着其它交通形式不可替代的作用。由于地铁地下工程所占比例大，穿行地面道路和地面建筑时，影响波及所经范围内的单位、商居、道路、建筑、各类管线等，关系到施工者和地面建筑的安全，开展地质施工风险源分析并制定相应对策尤为重要。

【主题词】地铁施工 风险源 分析 对策

目前，我国城市轨道交通建设进入一个高速发展的阶段，城市轨道交通受城市既有建筑和道路的影响，一般在市区采用地铁形式，地铁由于地下工程所占比例大，对地面建筑，道路影响明显，风险性高，施工难度也大。国内地铁施工的主要方法有明挖法、矿山法、盾构法和TBM法，本文针对不同工法施工易出现的地质风险源加以分析，提出应对措施如下：

一、明挖法施工

明挖法施工地质风险源主要源自下述几个方面：

1、地勘资料不足，相关数据失准，设计参数不当，基坑边坡防护措施选用不当，或设计防护措施薄弱；

2、基坑施工防护不及时、或未按正常施工工序操作，造成支撑失稳，坑壁坍塌、路面及地表建筑开裂；

3、基坑积水排放不及时，造成基坑浸泡，地基松软，影响基底承载力；

4、明挖施工采用大型机械操作，易造成各类管线的损毁（电力、通讯、给排水、天然气等），给周边企业、居民生活带来影响，天然气及其他易燃气体的泄露，还会导致火灾和中毒现象；

5、明挖地段地下水的突降易形成地下水沉降漏斗，促发周围地表和建筑物的沉降，引发次生地质灾害。

二、矿山法施工

矿山法亦指钻爆法，城市地铁多位于地下20～40m的深度范围内，采用钻爆法施工，对地面及既有建筑有较大的危害。

1、地铁通行周边建筑林立，道路纵横，车流密集，行人众多，施工爆破投药量和爆破时间选择，是风险源之一，采用矿山法施工用药量须严格控制，爆破时间应有选择，宜避开市区人流和车流的高峰期，以避免对市区正常生活的干扰；

2、地铁属于浅埋隧道，如洞身位于松散土层，或洞身虽位于基岩，但洞顶岩体较薄，易造成洞身坍塌，对地表建筑影响巨大。采用矿山法施工的地铁洞身支护、衬砌须及时，施工期间须做好监测，及时采取防护措施；

3、地下断层、隐蔽建筑、隐伏沟谷、地下水发育地段，采用矿山法施工，易突发坍塌、掉块、涌水、涌砂等工程事故，引起地面及地表建筑物开裂、沉降和各类管线的损毁，施工前须认真研究分析勘察报告，重点做好这些地段的监测、预报和防护；

4、地铁勘察期间受各种因素影响，或因设计变更（如线位、站位变动过大，线路抬落坡调整过大地段）勘探孔间距不能满足设计需要的地段，施工往往出现地质与实际情况不符的现象。前期不具备勘探条件的地段，围挡施工前，应补充必要的勘探，完善地质资料；

5、隧道洞身岩体风化不均，地表车流过大引起的震动传递，地表建筑引起的地应力变化和荷载不均匀传递，洞顶完整岩体厚度不均等，也是影响洞身稳定的不利因素。施工应认真对待围岩分级，加强对洞身岩体的观测，必要时须采取应急强化的工程措施；

6、洞身地下水的排放和阻断，洞身的防渗漏施工质量也是常见的风险源，地下水处理不当，对机车运营，电力、通讯管线的铺设都有影响。

三、盾构、TBM法施工

采用盾构、TBM法施工是近年地下工程引入的逐渐成熟的一种施工工艺。盾构、TBM原理基本近似，具有快速、优质、高效、安全、环保、自动化程度高等优点，是一种集机、电、液压、传感、信息技术于一体的隧道施工成套设备，可以实现连续掘进，能同时完成破岩、出碴 、支护等作业，使地铁的施工过程实现了工厂化。

虽然盾构、TBM施工具有显著的优点，但其施工也存在一定的风险源：

1、盾构和TBM施工，机头掘进后管片能否及时跟进，片后能否及时注浆，地层破碎、富含水、有地下建筑和古沟谷地段，风险集中，稍有疏忽即可造成涌水涌沙，施工过程必需紧扣环节；

2、盾构、TBM机的部件相对较重，个别达60 t左右，一般吊装采用250 t履带吊（自重200 t左右），其对地面压力较大，吊装区域需对地基承载力检算。

3、地铁施工过程中出现的一些地下障碍物，如既有楼群的桩基、地质勘察遗留的钻杆、地下建筑的条石、立柱等等，影响施工，甚至给施工造成巨大损失。

4、盾构、TBM掘进过程中，由于地层的不确定性，当出现上软下硬或软硬相间地层，孤石，厚砂层，塑性黏土，地下洞室，地面特殊状况（地面上有建（构）筑物或对沉降要求严格的地段）时，常因掘进控制难造成地面沉降超限，引起地面沉降或建筑物开裂。

5、施工过程中，由于洞身通风不好，遇有不明气体（如甲烷、瓦斯等），可导致温度上升，空气污浊、人员缺氧，或引发火灾等，需安装特殊的气体检测仪器定期检测，严格控制洞身的空气质量。

6、盾构到达时，为了确保洞门尽量多出土，晚破坏，确保盾构掘进的方向，一般都减小推力、减慢推进速度，这些有可能导致最后幾环管片由于推力不足对止水条挤压不足产生漏水、隧道失圆、盾构方向不好控制等问题。

盾构、TBM施工过程是一个标准化、工厂化、反复循环的施工过程，前期的施工规划、筹备至关重要，直接决定着项目的成败，需要对盾构、TBM施工过程中的每道工序存在的风险有个全面、清晰的了解，做到有的放矢，将盾构施工过程的风险控制在一定范围内。

四、地铁施工地质风险源分析的重要性及应对措施

地铁属于暗挖工程，地下地质条件变化多端，因地质条件变化引发的施工突发事件也较多。在北京、上海、杭州、武汉、广州、南京等地的地铁施工过程中，地面塌陷、道路损毁，高楼倾覆屡见不鲜，最近的一次，广州康王路一座2层楼瞬间沉降，埋入地下，都说明了地铁施工进行地质风险源分析，制定相应对策的重要性和迫切性。

地质风险源的应对措施：

1、施工前应仔细研读地质勘察报告，了解施工中可能遇见的地质问题，重点地段、地质条件复杂、风险较大的地段应做好风险预警和监测工作；

2、地铁洞身穿行于地下洞室、建筑桩基之下，孕育较大的风险，施工应密切关注这些地段的施工安全和地面房屋的稳定，洞身穿越地下洞室时，需从顶板安全稳定性出发，采取超前防护措施，提高防护标准：

3、明挖施工应根据现有管线分布资料，核实各类管线的位置、深度，一般3.5m以上（管线埋置深度）不宜采用大型机械开挖，天然气管线处开挖，须严格禁烟、禁火。

4、明挖施工受周边道路及建筑的影响，不可能实现放坡施工，而基坑坑壁的稳定直接关系到既有道路和周边建筑的稳定和安全，施工单位应熟悉掌握地勘资料，深刻理解设计意图，通过施工核实地层和地下岩土体的物理力学性质，拟定科学、安全、合理、可行的施工方案。

5、盾构和TBM施工需首先选择试验段，确认场地是否适合盾构和TBM掘进，机头不同位置的钻进参数能否调整，洞身偏移是否可控，掘进过程对周边环境有无影响，TBM则要验证钻头的硬度是否达标，能否实施正常掘进。试验段取得一定的经验和参数，对后续段落的掘进具有指导意义；

6、施工单位对施工中出现的问题，需从注重实际，化解风险出发，认真分析，客观评价，与设计、咨询、勘察、监理紧密配合，提出调整意见，对调整的设计方案及时改进，及时应用。

【参考文献】

[1]刘世武 地铁施工过程中隧道施工的关键 今日科苑 2008.7

[2]田华军 郑州地铁施工技术探讨 建筑机械化 2008.10

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