城市地铁施工方法及风险分析

PartⅠ城市地铁施工方法1隧道支护设计理念的发展传统矿山法：稳定的岩体有自稳能力，不产生荷载；不稳定的岩体则可能产生坍塌，需要用支护结构予以支撑。新奥法：围岩既是荷载的来源，又与支护结构共同承担荷载。必须选择合理的支护时机和支护刚度对围岩坍塌进行约束。浅埋暗挖法：通过监控量测，采用新型支护结构、多种辅助工法，指导设计和施工。开挖后及时支护，封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系。浅埋暗挖法思想是北京地铁暗挖施工的指导性理念2一.隧道施工基本概念3新奥法新奥法（NewAustriaTunnelingMethod，简称NATM）概念是奥地利学者拉布西维兹教授于二十世纪50年代提出的。它是以既有隧道工程经验和岩体力学的理论为基础，将锚杆和喷射混凝土组合在一起作为主要支护手段的一种施工方法，经奥地利、瑞典、意大利等国的许多实践和理论研究，于60年代取得专利权并正式命名。之后该方法在西欧、北欧、美国和日本等许多地下工程中获得极为迅速的发展，已成为现代隧道工程新技术的标志之一。我国近40年来，在许多铁路隧道修建中成功应用了新奥法，取得了较多经验，积累了大量数据，现已进入推广应用阶段（在公路部门新奥法的应用仅为50%左右）。目前新奥法几乎成为在软弱破碎围岩地段修建隧道的一种基本方法，技术经济效益是明显的。

4新奥法施工要点基本要点可扼要的概括为：“少扰动、早喷锚，勤量测、紧封闭”。两大特点——光面爆破与喷锚支护光面爆破、预裂爆破技术符合隧道开挖轮廓线的设计要求，能减轻对围岩的扰动，同时还能控制超挖。施工安全，工程造价也很低，是隧道采用喷锚支护的一项基本技术，是采用喷锚支护的必备前提。喷射混凝土支护是一种施工速度快、操作简单、可快速形成支护能力的有效手段。当地质条件发生变化时能灵活改变喷射厚度及调整喷射混凝土硬化时间，保证施工安全。喷射混凝土是新奥法施工中的三大支柱之一。锚杆种类很多，根据不同地质条件及应用场合来选用适合的锚杆。通过一定的施工操作，将锚杆安装在遂道或地下工程围岩中，即能承受荷载、阻止围岩的变形，因而锚杆也成为新奥法施工的三大之柱之一。5NewAustrianTunnelingMethod新奥法施工程序6新奥法施工的另一个主要特点是通过多种量测手段，对开挖后隧道围岩进行动态监测，并以此指导隧道支护结构的设计与施工。可以毫不夸张地说，新奥法的推行确实引起了传统矿山法修建技术在开挖方法、施工技术乃至隧道设计思想方面的重大变革。不仅在山岭隧道中，而且在城市松软地层隧道建设中也得到广泛应用。在城市浅埋地铁施工中，由于所采用的不仅仅是锚杆和喷射混凝土，还有地层注浆、格栅、管棚等手段，即用新奥法理念来改进矿山法使之适应地铁隧道的特点。这就是当前城市地铁隧道施工中“浅埋暗挖法”的由来。浅埋隧道的最大特点是埋深浅，施工过程中由于地层损失而引起地面移动明显，对周边环境的影响较大。因此对开挖、支护、衬砌、排水、注浆等方法提出更高要求，施工难度增加。当前，浅埋地下工程的施工方法主要包括明（盖）挖法、暗挖法、盾构法等。7新奥法与传统矿山法的对比采用锚喷支护的新奥法与采用钢木支护的传统矿山法相比，不仅仅是支护手段上的革新，更重要的是工程概念的不同。对比矿山法新奥法开挖方式人力、小型机械化或钻爆开挖；根据围岩稳定情况，在横断面上分部开挖，在纵断面上正台阶或反台阶开挖。强调尽量减少对围岩的扰动，对完全的土质隧道可采用机械或人工挖掘，对石质隧道多采用光面爆破和预裂爆破。支护方式采用圆木、型钢、钢轨等形成支架，对开挖面形成强力支承。采用喷射混凝土和锚杆为衬砌，把衬砌和围岩看作是一个相互作用的整体，既发挥围岩的自承能力，又使锚喷衬砌起到加固围岩的作用。8新奥法与传统矿山法的关键异同点相同：均属于钻爆法。不相同：对围岩的认识和处理上不同。9浅埋地下工程施工方法对比10城市地下工程施工方法——明挖法明挖法是先从地表面向下开挖基坑至设计标高，然后在基坑内的预定位置由下而上修筑衬砌、建造主体结构及其防水措施，最后回填土并恢复路面。施工基本流程：打桩(护坡桩)→路面开挖→埋设支承围护与开挖→地下结构物的施工→回填→拔桩恢复地面(或路面)。东单车站明挖基坑11明挖法特点明挖法关键工序：降低地下水位；边坡支护；土方开挖；结构施工；防水工程等。由于明挖施工技术具有简单、快速、经济、安全的优点，各国地下工程(包括地铁)发展的初期都将其作为首选的施工方法。明挖隧道具有埋深陷、线路短、照明和通风代价小、工程造价和营运费用低、使用效益好等优点，比较符合地质原则、效益原则、技术原则和整体最优原则，但对周围环境扰动和影响较大。关键技术的进步主要表现在：(1)大面积的深基坑降水技术。早期深井泵被潜水泵代替，用于无砂混凝土管井降水，便于施工、减少费用。目前多级轻型井点、喷射井点降水技术在深基坑降水中已普遍应用，电渗、辐射并降水技术也在一些工程中得到应用。成孔机械设备也在不断发展。(2)边坡支护技术发展很快，主要经历以下发展阶段：钢桩（工字钢和止水的钢板桩）横撑→土层锚杆→钢绞线锚索→连续墙加锚杆→土钉墙，目前我国边坡支护技术已达到国际水平。12明挖法明挖法施工中的基坑可分为敞口放坡基坑和有围护结构的基坑两类，又可采用不同的维护基坑边坡稳定的技术措施和围护结构。在选择基坑类型时，应根据隧道所处位置、隧道埋深、工程地质和水文地质条件因地制宜确定。13敞口放坡基坑在城市地下工程采用明挖法施工时，为了防止塌方，保证施工安全，在基坑(槽)开挖深度超过一定限度时，土壁应做成有斜率的边坡，以保证土坡的稳定。工程中常称为放坡。14有围护结构基坑由于地质条件，基坑深度，周围环境的约束，敞口放坡基坑往往不能满足要求，这样就必须采取有围护结构的基坑。目前，城市隧道明挖基坑所采用的围护结构种类很多，其施工方法、工艺和所用的施工机械也各异。因此，应根据基坑深度、工程地质和水文地质条件、地面环境条件等，特别要考虑到城市施工这一特点，经综合比较后确定。地下连续墙施工15明挖法围护结构形式围护结构

工字钢板围护结构钢板桩围护结构钻孔灌注桩围护结构挖孔灌注桩围护结构地下连续墙围护结构特点打桩施工噪声大（一般都在100db以上），当地下水位较高时，必须配合人工降水措施强度高，桩与桩之间的连接紧密，隔水效果好，可多次倒用一般采用机械成孔，噪声低又称人工挖孔桩，应用灵活，无机械噪声和泥浆污染，易调整纠偏和控制精度，对施工场地和机具设备要求不高，造价便宜主要优点：施工时无振动，噪声低，不必进行放坡，不需支模，墙体刚度大于一般挡土墙，能承受较大土压力，可避免地基沉陷与塌方；不足在于：要用专门设备进行施工，单体工程造价略高；如现场管理不善，易造成施工环境泥泞潮湿；钢材不能像钢板桩那样可重复使用适用条件适用于粘性土、砂性土和粒径不大于10cm的砂卵石地层，宜用于郊区距居民点较远的基坑施工地下水位较高的基坑中采用较多；适用范围基本与工字钢相同适于城区施工，广泛用于明挖隧道基坑和高层建筑深基坑施工广泛用于基坑的围护结构和建筑物基础适用于多种地质条件，在基坑深、地质条件差、地下水位高时常配合土层锚杆或横撑一并使用16城市地下工程施工方法——盖挖法盖挖法是“先盖后挖”，即先以临时路面或结构顶板维持地面畅通再向下施工。先用连续墙、钻孔桩等形式做围护结构和中间桩，然后做钢筋混凝土盖板，在盖板、围护墙、中间桩保护下进行土方开挖和结构施工。盖挖法有逆作与顺作两种施工方法。所谓逆作法是指按土方开挖顺序从上层开始往下进行结构施工；而正作法则是指在土方全部开挖完成后，从底板开始做结构。盖挖法的主要优点是安全，占地少，对居民生活干扰小，采取措施合理甚至可做到基本不影响交通，但施工速度比明挖法要低。17盖挖法施工顺序盖挖顺作法盖挖逆作法盖挖半逆作法18盖挖法施工盖挖法顶板施工盖挖法站台层施工（逆作）在路面交通不能长期中断的道路下修建隧道时，可采用盖挖顺作法。若开挖面较大、覆土较浅、周围沿线建筑物过于靠近，为尽量防止因开挖基坑而引起邻近建筑物的沉陷，或需及早恢复路面交通，但又缺乏定型覆盖结构，可采用盖挖逆作法施工。目前以采用盖挖逆作法居多。19南北盖挖逆作法施工应用——动物园车站主体施工步序图20

城市地下工程施工方法——暗挖法城市地下工程浅埋暗挖法是一种综合施工技术，应用岩体力学理论，对隧道围岩变形的量测、监控，采用新型支护结构，采用多种辅助施工措施加固围岩，尽量利用围岩自承能力指导设计和施工；开挖后即时支护，封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系，有效抑制围岩过大变形。浅埋暗挖法沿用了新奥法的基本原理，可具体归纳为：（1）采用复合衬砌，初期支护承担全部基本荷载，二衬作为安全储备，初支、二衬共同承担特殊荷载；（2）采用多种辅助工法，超前支护，改善加固围岩，调动部分围岩自承能力；（3）采用不同开挖方法及时支护封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系；（4）采用信息化设计与施工。21整个工艺流程从地质调查开始，包括设计、施工、监测反馈等过程，与新奥法的总原则相似，不过更强调地层的预支护和预加固。因为浅埋地下隧道在城区施工较多，对地表沉降的控制要求比较严格。与一般深埋隧道新奥法施工不同的是，浅埋暗挖法支护衬砌的结构刚度比较大，初期支护允许变形且比较小。这对保护周围地层的自承作用和减少对地层的扰动是必须的。

浅埋暗挖法施工工艺流程22浅埋暗挖法施工特点浅埋暗挖法施工主要特点：（1）围岩变形波及地表，通常须严格控制地中及地表的沉陷变形；（2）要求刚性支护或地层改良；（3）必要时通过试验段来指导设计及施工。浅埋暗挖法主要是针对埋置深度较浅、松散不稳定的土层和软弱破碎岩层施工而提出来的。对于含水的厚层粉细砂、流塑状或软塑状淤泥质粘土层应慎重选用。关于隧道施工方法和辅助施工方法隧道施工方法包括隧道开挖方法、支护方法和支护方案等；辅助施工方法，可以说隧道施工的配套方案，包括地层改良方法等，如管棚、连续墙、注浆加固及基坑维护结构等，旨在保持地层结构的稳定性。23常用施工方法标准区间断面常见的施工方法是正台阶法，适用于特殊地层条件或特殊断面的其他施工方法有全断面法、双侧壁导坑法（眼镜工法）、中隔墙法（CD法）、交叉中隔墙法（CRD法）。车站大断面施工常采用中洞法、侧洞法、柱洞法等，尤其适用于不同情况下的北京地铁地下车站施工。24暗挖法标准断面区间标准断面车站标准断面25台阶法开挖2627上下两部分步开挖法多部分步开挖留核心土28核心土工字钢临时工作平台29CD工法（CenterDiaphragm）30CRD工法（CrossDiaphragm）IIIIIIIV

CRD法施工国家计委地下停车场工程

31双侧壁导坑法32大量的施工实例资料的统计结果表明，CRD法优于CD法（CRD法比CD法减少地面沉降近50%），而眼镜工法对控制地表沉降更为有利。但是CRD工法施工工序复杂，隔墙拆除困难，成本较高，进度较慢，一般在第四纪地层中修建大段面地下结构物（如停车场），且地面沉降要求严格时才使用。每步的台阶长度都应控制，一般为5~7m。在市区软弱、松散的地层中，仅从控制地层位移的角度考虑，前述隧道浅埋暗挖施工方法择优的顺序为CRD工法→眼睛工法→CD工法→上半断面临时闭合法→正台阶法。而从进度和经济角度考虑，由于各工法的工序和临时支护不同，其顺序恰恰相反。33特大断面施工方法(1)中洞法施工核心思想：变大断面为中小断面，提高施工安全度。34中洞法35(2)柱洞法施工(3)侧洞法施工36柱洞法37侧洞法38(4)桩柱法施工39暗挖法施工各种工法比较40城市地下工程施工方法——盾构法盾构是在有水地层、软弱不稳定围岩中修建地铁区间隧道和其它地下工程时进行开挖支护和衬砌的一种专用机械设备，盾构选型与地层条件密切相关，种类很多：全开敞式盾构：手掘式盾构、半机械式盾构、机械式盾构半开敞式盾构：挤压式盾构闭胸式盾构：土压平衡盾构、泥水加压平衡盾构——国内施工应用较多辐条式盾构面板式盾构41盾构法管片衬砌管片开口面板式刀盘辐条式刀盘42盾构法施工盾构法施工：在盾构机钢壳体的保护下，依据其前部的刀盘切削土体进行掘进，并在盾构机壳体内完成出土、管片拼装以及同步注浆等作业。施工要点为:由盾构作为临时支护形成开挖工作面，根据不同地层采用不同的刀具及水土平衡方式，在盾尾处拼装衬砌管片形成支护及防渗结构，自动挖掘、传送带或管道出料，为机械化连续作业。施工进度2－10m/d。优点:埋深大，纵向洞线平直；施工方法先进，机械化程度高；无需施工降水、地下水位可保持；施工进度快、作业安全、噪音小；管片精度高、衬砌质量可靠、防水性能好；特别是引起的地表沉降小、不影响城市交通、对环境几乎无不良影响。缺点：平面布置不能保证规划路由；围岩为砂卵石，为适应地质条件需设计先进的大型设备；设备一次性使用，因工期限制，设备潜力存在较大浪费；施工工艺要求较高、断面形式变化不灵活。43地铁施工工法的选择与穿越的地层条件存在着重要关系，通常需综合考虑地层条件、水文地质条件、隧道埋深、场地因素、覆土厚度等因素的影响。（1）选择明挖法施工的主要影响因素是场地、地下水及覆盖土层厚度，一般在隧道埋深较浅、施工场地相对较为开阔或仅为一般民房、绿地等时采用。（2）浅埋暗挖法施工时的主要问题是对场地土稳定性的影响，其中地下水对施工的影响最大，对于场地土稳定性较好、地下水相对简单、且地表环境复杂的情况，一般采用浅埋暗挖法。在城市地铁施工中，浅埋暗挖法与明挖法（盖挖法）相比，具有拆迁占地少、不扰民、不干扰交通、节省大量拆迁投资等优点；与盾构法相比，具有简单易行、勿需太多专用设备、灵活多变的优点，适用不同地层、不同跨度以及多种断面形式，可节约设备投资，适合我国国情。但同时也存在缺点，如施工速度慢，施工工艺受施工队伍的技术水平限制，施工中喷射混凝土带来的粉尘较多不利于身体健康、高水位地层结构防水困难等，有待改进。（3）在隧道埋深较深、地下水情况较复杂、且地面建筑物及构筑物多，或拟建线路位于城市主干道下的情况，宜采用盾构法施工。小结44PartⅡ城市地铁施工风险因素分析45地铁工程风险机理分析地铁工程施工安全事故是由多种原因引起的，既有内在因素也有外在因素，涉及很多方面：工程结构自身条件和特点工程建设的地质、水文等自然条件的复杂性工程周边环境（建筑物、道路和地下管线）的复杂性工程设计中的不足或遗漏工程建设的决策、管理和组织方案不到位或存在缺陷施工中机械设备质量、技术方案制定及施工操作水平同时，在某些情况下，小的事故若处理不当，还可能引起更大范围、更加恶劣的安全事故。这也是工程管理中尤其应当引起重视的问题。46地铁结构自身特点和特殊性地铁施工过程中的风险主要包括工程本身的安全风险（结构安全）和周围环境的安全风险，而对于城市地铁工程而言，施工环境等的特殊性决定了地铁施工给城市环境带来的风险问题将更为人们所关注。以北京市为例，当前地铁建设规模之大、工期之紧、条件之复杂以及难度之高在世界地铁修建史上都是罕见的。车站工程规模大（其中暗挖车站断面面积可达300-400m2，且很多为双层结构）；车站修建方法复杂，涵盖了明挖、盖挖、暗挖及明暗结合等施工方法，而暗挖大断面又采用了多种工法；车站施工包括全暗挖和两端明挖中间局部暗挖等多种形式，相应的附属工程施工难度大。47地质、水文等自然条件的复杂性工程所在区域的水文地质条件是经过漫长的地质年代形成的，经历了各种各样的自然和人为因素作用，其介质特性表现出很大的随机变异性。地层条件方面，体现在地层分布情况、不同岩土介质材料的物理力学性质与参数、岩土介质在切削搅拌后的流动性、粘性和变形参数以及各种不良地质情况（如潜在有害气体的侵入）等。水文条件方面，主要包括：岩土的渗透性、含水量、流向与流速；水位、水压和水的冲刷力；水的腐蚀性；水的补给来源等。此外地层中的一些障碍物，如废弃构筑物、孤立物（孤石或江底沉船）等的存在也加大了施工风险。48工程周边环境的复杂性地面建（构）筑物的使用年限、结构类型（框架结构、砖混结构、砖结构）、基础类型（如条形基础、桩基等）和文物价值等；周边道路、邻近建（构）筑物与地铁工程的空间位置关系，地下管线的类别、年限、材料及施工方法等；地层中原有空洞和松散区的分布状况；周边生态环境状况和社会群体等。49工程设计中的不足或遗漏设计规范、准则和标准的不足导致的风险设计方案不足或遗漏导致施工中的风险（包括对第三者）力学计算模型和模拟、判断方法与实际施工的差异性导致的风险50工程建设决策、管理和组织方案的问题如何选择合理的工程建设地址、技术方案，如何减少工程对周围环境的影响，如何评估工程建设的经济效益和社会效益，如何保持整个工程建设的“绿色”、“生态”或“可持续”？……每一个问题的决策与执行都需要进行风险与效益的综合决策。51机械设备质量、技术方案及施工操作水平地铁工程建设中，施工方案、建设队伍、机械设备、施工操作技术水平、人员过失等对工程的建设风险都有直接的影响。由于工程施工技术方案与工艺流程复杂，不同工法又有不同的适用条件，不经慎重评选而贸然采取某种方案、技术和设备势必会产生风险。整个工程的建设周期长、施工环境条件差，这些对施工单位人员的健康和安全都很容易产生不良影响，容易导致出现各种意外风险事故。52安全事故地铁结构本身相关人员地下管线社会群体地面建(构)筑物路面系统自然环境其它相关设施工程结构事故人员安全事故环境安全事故社会影响事故生态环境事故值得注意的是，即使是对于同一个地铁工程，采用的施工方法不同，其存在的风险及导致的事故后果也不相同。因此，有必要对地铁施工中不同施工工法的风险特点及其对施工安全的影响特点进行分析，得到针对不同施工工法条件的事故防控措施。地铁施工可能出现的安全事故53广州地铁三号线滑坡事故(2004年4月)某地铁隧道推进引起地表发生塌陷破坏国内部分城市地铁工程事故实例54台湾某地铁工程施工事故及新闻报道55PartⅢ不同施工方法对施工安全的影响56地铁安全事故的原因类型与所在工程采用的施工方法对事故的影响问题是交叉存在的，换言之，引起地铁安全事故的原因与工程采用的施工方法密切相关，后者在很大程度上决定了事故发生的特点。在城市地铁施工中，采用不同施工方法所发生事故各有特点。因此，应分析不同工法下潜在事故的风险大小、事故的特点和后果等，从而得出不同施工方法条件下事故相应的防控措施。

不同施工方法对施工安全的影响57各种工法的风险比较分析基坑事故主要表现为侧壁坍塌，既有施工条件及环境等客观原因，也有因管理不到位、操作不当等人为因素造成的事故。暗挖施工受掌子面周边土层状况的影响最大，地层条件的好坏对暗挖施工是否安全进行起到决定性作用，这其中包括土质本身条件及稳定性如何，是否存在各类管线、管线数量多少及如何分布，尤其是否存在不明空洞及水囊等各种不良地质体。这些因素决定了暗挖施工的风险性较大，个别突发事件难于防控；而且由于施工机械化程度不高，一旦出现事故极易造成人员伤亡的严重后果。盾构法施工出现重大事故的可能性要小一些，事故的可控性较好，后果也相对较轻。58明（盖）挖法支护结构失稳，造成基坑壁塌方、基坑外围地面沉降，危及周围道路、建筑物、通讯设施、地下管网的安全；止水围幕失效，挡不往基坑外地下水。一旦基坑内地下水抽降，内外形成水位差，即易在基坑壁和基坑底部发生渗漏、流砂、管涌等工程病害，并伴有围护结构外侧的土体塌陷，影响邻近道路、建筑物和通讯设施的安全。序号安全事故类型1基坑侧壁渗漏2支撑系统失稳3坑底隆起破坏4围护结构整体失稳5坑底管涌、流砂6坑内滑坡7围护结构折断或大变形8周围建（构）筑物损伤或破坏9路面破坏10人员伤亡及财产损失59基坑侧壁土体的过大变形可能引起周围建（构）筑物、路面及地下管线的破坏，在北京地铁基坑工程中已发生数起基坑坍塌事故，其中以熊猫环岛站基坑坍塌最为严重，造成了巨大的经济损失和严重的社会影响。

熊猫环岛站基坑坍塌天竺苗圃明挖区间基坑滑坡60安全控制的具体措施有：（1）充分考虑基坑开挖过程中的时空效应，坚持“分层开挖、先撑后挖、快挖快撑、减少无支撑暴露时间”原则；（2）加强基坑围护结构支撑的质量控制；（3）控制好基坑开挖纵向入坡的坡度；（4）做好深基坑内的排水工作，及时封堵围护墙渗漏点；（5）合理确定结构施工段长度，减少基坑暴露时间，从根本上控制基坑变形；（6）严禁在基坑周边堆放、瞬时增加荷载；（7）加强对基坑开挖施工全过程的监控。基坑开挖方案应结合工程的具体特点确定具体风险点，制定相应的技术措施或应急预案，还应加强现场管理，充分利用监测信息，不断优化施工参数，同时处理好周边环境特别是地下管线与施工的关系，将施工风险降到最低。明挖基坑施工风险控制方案61浅埋暗挖法鉴于浅埋暗挖法的施工特点，施工中不确定性因素较多，施工风险大，因而出现安全事故的可能性很大。事故风险主要有：（1）因地质条件恶化、尤其是遇到不良地质（如空洞、气囊、水囊等），或设计不当、施工技术不到位和管理不力等出现塌方事故；（2）涌水或渗水（突水）；（3）隧道变形；（4）周围建（构）筑物、路面及地下管线的破坏。62浅埋暗挖法施工风险控制方案（1）严格遵循十八字施工方针，控制地层沉降。（2）有效实施前期降水，保证在无水环境中作业。（3）采取可靠的地层预加固和支护技术控制地层沉降。（4）进行施工方案的优化，合理确定开挖面参数。（5）喷射混凝土施工时应预留注浆管。（6）不良地质地段必须采取特殊的施工技术措施。（7）加强地面建（构）筑物的监控量测。63盾构法盾构法施工是在盾构机壳体的保护下进行的，施工安全性好；由于开挖、装渣、支护全部为机械化作业，机械化程度高，施工质量更易控制和保证，且防水效果比较好。因此从总体上，盾构法施工风险相对较小，但由于施工中各种不确定性因素的存在，仍可能发生某一类型的安全事故。施工阶段可能存在的风险或事故盾构进出洞阶段工作井塌方盾构进出洞漏水漏浆盾构进出洞时机械故障盾构进洞时轴线偏离过大盾构推进阶段土仓压力设置不当盾构正前方工作面失稳盾构前方地层出现空洞盾构遭遇障碍物注浆参数控制不当运输车脱轨、碰撞盾构推进中轴线控制不佳盾尾密封失效管片接头漏水漏浆管片拼装时碰撞、就位不准盾构机及其辅助设备故障64盾构法施工风险控制方案（1）防止盾尾漏浆：提高同步注浆的质量与管理，加强盾尾舱的管理（2）防止隧道上浮：加强隧道监测，对盾构机和管片进行姿态控制（3）穿越邻近建筑物时，重点做好以下几方面安全控制：合理设置土压力值，保持正面平衡，防止超挖和欠挖；穿越时降低推进速度，控制总推力，减少土层扰动；穿越前调整好盾构姿态，穿越时减少纠偏次数及纠偏量，减少土体的扰动；在穿越邻近建筑物地段，保证一次穿过，不能中途换刀。65PartⅣ城市地铁施工典型事故案例66城市地铁的建设过程不可能总如所期望的那样一帆风顺，施工条件复杂多变甚至难以预测、施工环境陡然恶化都会大大增加地铁施工难度，给地铁施工带来非常棘手的困难和问题，对这些问题的处理稍有不慎甚至就极易引发工程事故，可能导致严重后果。除不可避免地会造成经济损失之外，同时由于城市地理环境的特殊性和复杂性，尤其对于大城市和城市中心的繁华地区，地铁事故一旦发生必将产生尤为严重的社会影响。近年来，国内外诸多国家和地区的城市地铁建设，施工事故屡见不鲜，仅在施工过程中就发生了多起安全事故，如新加坡、我国的北京、上海、广州、深圳、南京及台湾等地的事故数量及事故后果都是不可小视的。以下对一些较为重大和典型事故的经过及原因进行重点阐述分析，以期对地铁施工安全起到警示作用。城市地铁施工典型事故案例67新加坡地铁隧道坍塌事故2004年4月20日下午，新加坡地铁环线一期工程发生大坍塌，造成1死3伤3失踪的严重后果，这是新加坡有史以来最严重的地铁工程事故。68事故原因：现场土质松软，地底支撑墙强度不足，承受不住压力而导致地下墙围护结构倒坍。地表下30m位置的第九道钢支撑的围护破坏引起支撑失效，并最终造成公路大面积坍塌。四人死亡110m长度坍方新加坡有史以来最深的明挖基坑工程69上海轨道交通四号线施工事故2001年8月20日，鲁班路车站深基坑施工过程中突发土方滑坡，4人被埋死亡。70上海轨道交通四号线施工事故2003年7月1日，越江隧道区间旁通道重大施工事故，地面数栋建筑物严重倾斜，黄浦江防汛墙局部塌陷并引发管涌，是建国以来上海市区第一次发生的江堤倒塌事故。71上海轨道交通四号线施工事故专家意见：《冻结法施工方案调整》存在缺陷，施工中冻土结构局部区域存在薄弱环节，且忽视了承压水对工程施工中的危害，导致承压水突涌是事故发生的直接原因。72广州地铁施工事故自2004年至今，广州地铁在施工过程中发生了十余起事故，较为严重的有：（1）2004年3月17日三号线番禺大石站塌方土质膨胀松动引起土壁滑坡，致1人死亡；（2）2005年11月3日四号线新造站物体打击隧道壁上电缆组突然坠落，致2人死亡至少4人重伤；（3）2006年8月2日三号线支线段石牌桥站塌方软弱土体突然意外塌落，致1死2伤。73广州地铁其它施工事故05年1月24日三号线施工致番禺区厦滘村地面严重塌陷开裂04年4月1日三号线沥滘站连续墙倒塌74北京地铁施工事故北京地铁新建线路施工事故原因主要有四类：（1）管线问题——隧道开挖引起地下管线破坏或断裂从而诱发安全事故。（2）不良地质体问题——北京城历史久远，地下遗留的多种不明构筑物加之各种原因形成的不良地质体通常是诱发安全事故的重要因素。（3）地层变形问题——因地层的过度变形或开挖面围岩失稳而造成安全事故。（4）施工管理问题——施工组织管理不到位、施工人员麻痹大意或操作失误等可能会造成严重的恶性事故。除新建线路外，北京地铁复-八线在施工过程中曾发生数起安全事故，多为隧道施工过程中掌子面前方或拱部突发涌水涌砂，以致地层塌陷、地表出现孔洞，其中个别事故造成地下管线断裂的严重后果。鉴于目前北京地铁施工建设特点，以下仅以北京地铁新建线路为例，对不同类型的事故分别介绍。75管线破裂事故05-8-3干杨树站雨污水合流管断裂06-1-4呼-光区间污水管断裂05-10-19北-芍区间上水管断裂05-11-30熊猫环岛站管线断裂76熊猫环岛站基坑坍塌事故事故原因：（1）污水管长期渗漏，在车站基坑南端形成水囊，周围大范围土体稳定性降低；（2）管线施工中回填了大量的松散土，在水的长期浸泡下土体产生一定的塑性流动趋势，使基坑围护结构所受压力大大增加；（3）围护结构的喷射混凝土厚度仅为8cm，难以抵挡较大的水压力及流动性土体的侧压力，因而首先出现裂缝，水从渗出很快发展到涌出，并夹带着大量稀泥向基坑内突涌，最后在桩体背后形成较大空洞及松散区域。在东西两侧土体压力的共同作用下基坑支护体系失稳，东、南、西侧围护桩相继倒塌。7778事故处理

（a）架设临时立柱

（d）进行周边交通导流（c）打设地锚加固边缘危桩（b）抽排1.6m上水管中残余水（e）及时施做主体结构（f）施做地锚，钢丝绳拉住危桩79呼家楼站~光华路站区间坍塌事故掌子面在喷混凝土作业过程中左侧边墙突然涌水而造成掌子面拱部坍塌。结构上方的一条内径1750mm的污水管线（与结构平行）断裂向洞内涌水，管底距结构顶5.57ｍ，为三环污水主管道，另一条内径1400mm自来水管线悬空。事故原因：在掌子面前上方土体受污水管线长期渗漏形成水囊或饱和水淤泥层，开挖之后，由于土体受力改变造成水囊或淤泥层涌水进而坍塌，造成污水管径断裂，引发大面积严重坍塌。隧道结构与管线位置关系图80事故现场照片81事故处理地面抢险洞内抽水、清淤加固段开挖作业，恢复生产前进式注浆施工进行坍塌处理82北京是一个历史悠久的大都市，自然和人为因素的长期作用使得北京地层条件异常复杂。在北京地铁建设过程中已经发现了多种不良地质体，主要包括空洞、水囊、暗河、建筑垃圾及不明构筑物等。北京地层中的不良地质体存在于无法直接触及的地下，且分布具有一定的随机性，不易预知和探明，往往在事故已经发生后才得出不良地质体的根源。这种情况已经成为事故发生的重要诱因，因此，在施工过程中必须重视不良地质体的探查和治理工作，提前发现，事先处理，以有效避免事故发生。不良地质体问题83双～黄区间隧道涌水、地面空洞事故2005年9月16日上午10：25分，双榆树-黄庄区间左线（K19+760.5）上台阶（图中所示断面）进行格栅安装作业时，拱顶部位突然发生大量涌水，总涌水量约20m3。84事故原因及处理隧道结构上方粉细粘土作为隔水层的上部产生一定的积水，逐渐形成水囊；且该处正位于道路绿化带的下方，水源补给比较充分；加之雨污水管线长期渗漏使该水囊积水越来越多，压力也逐渐增大，当隧道开挖至水囊下方时水囊水渗透至掌子面导致涌水事故。

施作地表加固探槽注浆施工钢板覆盖路面恢复交通下管（φ89钢管）85黄庄站黄庄路口地面沉陷事故2005年3月15日上午10：30左右，黄庄路口南侧、中关村大街快车道中间铁护栏北端头处路面发生明显沉降，沉降面积1.63㎡，最大沉降值达25㎝。由于路面下方地层中空洞或水囊的存在，同时施工降水和地层扰动使不良地层结构的受力状态及其周围土体的稳定性发生了变化，加上春季的地层冻融也促进了地层的变化，导致在路面交通荷载的作用下出现了大范围的地层沉降。

地面沉降区分布86导洞沉降槽及各洞开挖里程对照图造成事故的空洞空洞内管线悬空87事故处理向空洞内回填砂子在空洞范围及周边打设注浆导管浇注止浆盘混凝土注浆加固回填地层88地层变形问题地铁隧道暗挖施工不可避免地会引起地层产生变形。若地层变形过大，不但会引起地铁隧道围岩失稳、侵入限界、结构失效等一系列问题，同时还可能导致施工影响范围内既有管线设施、地表建（构）筑物和道路的破坏，可以说，地层的过大变形是诱发施工周边环境灾害的根源。从北京新建地铁施工中的安全事故来看，因地层变形过大和围岩失稳所产生的事故占有很大比例。因此，为确保地铁结构本身和周边环境的安全，地铁工程施工时要对地层和围岩的变形进行严格控制。89苏黄区间隧道塌方死2人事故

2006年6月27日凌晨，1#竖井双连拱断面侧洞（K1+613.7处）上导坑下台阶初支施工过程中，大量砂土突然从上下台阶交接处涌出，上方土体坍塌造成上台阶已完成的初支出现滑移，将下方作业的两名工人埋入土中致其身亡。塌方处塌方处剖面图

90事故原因及处理洞内塌方近景洞内加固处理地面处理探测到的空洞根本原因是地质复杂，地层条件极差，降水施工造成隧道周边粉细砂层失水后处于松散状态，形成较大空洞。加之相关管理人员经验不足、现场管理及作业人员思想麻痹大意，也是事故发生不可忽视的原因。91动物园站1#风道坍塌事故2005年8月9日24时左右，在1#风道3#导洞暗挖作业施工时，开挖下台阶侧墙部位架好格栅后，忽然发生拱顶坍塌，面积1.5m×4m，深度约3-5m，计约20m3。事故原因：土质为中砂卵加少量细砂及细卵石，土质持力强度不够。92天竺苗圃明挖区间基坑边坡滑坡事故2006年5月10日凌晨2：30左右，基坑东侧土钉墙30m范围发生塌陷，此处土钉深度10m。坡面板体及后背部分土体向下坠陷，摆脱土钉束缚，堆裂塌落。事故原因：（1）塌陷部位土质为松散土，强度低、自稳性差。（2）基坑东侧为苗圃灌溉区，地层受水的长期浸泡，处于饱和状态，土钉面所预留泄水管一直在滴水。（3）基坑东侧外2m处原有一条苗圃排水沟（管涵），渗漏水现象严重。（4）基坑东侧30m处有一打井作业，采用冲击（乌卡丝）工艺，对边坡产生振动影响。（5）上次局部沉降有扰动影响。93施工管理方面当前北京地铁正在进行大规模建设，风险之高是不言而喻的，有关施工管理的问题主要体现在管理层的施工组织管理和一线施工人员的操作细节两个方面。由于北京地铁工程建设工期紧、施工难度大，往往在安全管理上存在很大疏漏，施工人员工作强度普遍较大，施工中极易因安全意识上的问题而酿成惨重事故。具体可能导致的事故类型有：施工机械故障或倾覆伤人、物体高处坠落伤人、地下管线（主要为电缆）遭施工破坏以及其它种种因施工现场疏于管理、不当施工、机械故障，或工人违规操作、麻痹大意、安全意识差等原因造成的类似事故，导致施工工期延误，财力物力的浪费，甚至是人员伤亡这种无法弥补的损失。因此只有进行有效的施工组织和管理才能最大限度地减少和避免安全事故的发生。

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崇文门站钢筋整体倾覆砸死3人伤1人2003年10月8日晚7时50分，西北风道小导洞南侧洞地梁钢筋向洞口方向倾倒，钢筋倾倒后有4名工人被压在钢筋下面，其中3人死亡，另外1人轻伤。事故原因：直接原因——工人严重违章操作间接原因——监管不力（1）钢筋安装人员未经项目技术部门批准擅自拆除钢管支架中四根扫地杆和一根顶层横杆，导致钢管支架受力状态发生变化，严重削弱了结构抗倾覆能力。加之箍筋安装中难以避免的晃动，导致钢管支架局部集中受力、变形、失稳，致使其整体纵向倾覆；（2）项目部技术部门对承重钢管支架未参考国家相关技术标准进行设计，其安全可靠性无科学根据，缺少防倾覆的备用安全技术方案；（3）项目部对地梁钢筋施工中的安全管理重视不够，监控不严，对交底执行情况和搭接质量检查不细；（4）规定的措施没有完全执行到位，对钢管支架搭设过程中的质量检查不严格，搭设后没有进行验收。95太~麦区间砸死3人2006年2月27日在折返线4#导洞施工中，吊斗装好后进行起吊，当快到平移位置准备平移时，钢丝绳突然断裂，吊斗坠落将正在洞口清理吊斗周围土碴的3名工人当场砸死。事故原因：直接原因——工人违规作业、机械故障间接原因——监管不严、安全意识淡薄96具体原因（1）龙门吊出现限位器失灵的机械故障，起重滑轮边缘局部破损，在吊斗上起时钢丝绳滑出滑轮轨道，在重力作用下滑轮将钢丝绳剪断造成吊斗突然坠落；恰巧3名作业人员在起吊作业过程中违反了“起吊作业区域不得进入”的规定；（2）操作司机在操作时未能及时发现机械有异常情况并采取有效措施、现场带班人员及专职安全员在龙门吊起吊时未能跟班作业、检修人员对设备状况不了解并未及时通知操作司机以及龙门吊导绳器、限位器未安装导致钢丝绳排列混乱；（3）项目部值班人员擅离职守、施工队长未