1、第一节第一节 我国城市地下空间开发利用我国城市地下空间开发利用现状现状第二节第二节 城市地铁施工方法城市地铁施工方法第三节第三节 不同施工风险因素分析不同施工风险因素分析第四节第四节 城市地铁施工事故案例城市地铁施工事故案例第1页/共44页第2页/共44页进入21世纪以后，中国城市地下空间的开发数量快速增长，体系不断完善，特大城市地下空间开发利用的总体规模和发展速度已居世界同类城市的先进前列。中国已经成为世界城市地下空间开发利用的大国，正在得到各级政府和专家的普遍重视。第3页/共44页城市地下物流系统正在研究； 特大城市和大城市地下空间专项规划已经和正在普遍开展。第4页/共44页 地下空间的综
2、合利用效益尚得需改进； 市政综合管廊（共同沟）建设刚刚起步； 深层地下空间开发利用还基本处于空白； 在法律、政策、运作管理以及自主产权的核心技术的地下施工装备等方面和发达国家仍有一定的差距。 第5页/共44页 城市地下空间开发利用已经成为提高城市容量、缓解城市交通、改善城市环境的重要手段，正在成为建设资源节约型、环境友好型城市的重要途径 以北京为例，目前北京地下空间建成面积已达3000万平方米；全市地下空间今后平均每年将增加建筑面积约300万平方米，占总建筑面积的10第6页/共44页 当前，中国城市轨道交通建设速度已居世界首位，2010年前，中国将开通运营的城市地下轨道交通线路将达到1200k
3、m以上，今后每年平均建成的线路为180km。城市地下空间规划得到普遍重视。到目前为止，已有北京、上海、重庆、南京、杭州、青岛等20多个城市编制了城市地下空间专项规划，有效地规范了城市地下空间开发利用第7页/共44页 最近几年，中国城市轨道交通进入了空前发展的时期，截止2006年上半年，大陆已有地铁的城市有6个： 北京 113km 天津 7.4km 上海 123km 广州 36.6 km 深圳 21.8km 南京 16.9km 线路总长 318km在建设或获准建设地铁的城市有武汉、成都、沈阳、杭州、重庆、哈尔滨等8个城市17条线路，线路总长360km。第8页/共44页厦门翔安海底隧道全长8.69
4、5 km（海底段长 6.05 km），跨越海域宽约4.2km，按双向六车道高等级公路标准设计，是国内第一条海底隧道，工程概算31.97亿，工期4年。 第9页/共44页第10页/共44页东单车站明挖基坑东单车站明挖基坑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)。第11页/共44页明挖法关键工序：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
5、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
6、护技术已达到国际水平。 第12页/共44页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。盖挖法顶板施工第13页/共44页盖挖法是“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
7、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。第14页/共44页暗挖法中台阶法开挖暗挖法中台阶法开挖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。第15页/共44页u受工程地质和水文地质条件的影响较大；u工作条件差、工作面少而狭窄、工作环境差;u暗挖法施工对地面影响较小,但埋
8、置较浅时可能导致地面沉陷；u有大量废土、碎石须妥善处理第16页/共44页辐条式盾构辐条式盾构盾构是在有水地层、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第17页/共44页埋深大，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。平面布
9、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第18页/共44页第19页/共44页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工程建设的决策、管理和组织
10、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。第20页/共44页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
11、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。第21页/共44页 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。
12、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。第22页/共44页 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。第23页/共44页 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第24页/共44页如何选择合理的工程建设地址、技术方
13、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。第25页/共44页 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。第26页/共44页第27页/共44页地铁安全事故
14、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。第28页/共44页支护结构失稳，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
15、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。第29页/共44页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。第30页/共44页鉴于浅埋暗挖法的施工特点，施工中不确定性因素
16、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。第31页/共44页 严格遵循十八字施工方针，控制地层沉降。 有效实施前期降水，保证在无水环境中作业。 采取可靠的地层预加固和支护技术控制地层沉降。 进行施工方案的优化，合理确定开挖面参数。 喷射混凝土施工时应预留注浆管。 不良地质地段必须采取特殊的施工技术措施。 加强地面建（构）筑物的监控量测。第32页/共44页盾构法施工是在
17、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 。第33页/共44页（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
18、近建筑物地段，保证一次穿过，不能中途换刀。第34页/共44页第35页/共44页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
19、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。第36页/共44页2008 年年 11月月15日日15时时20分，分，杭州市地铁杭州市地铁1号线湘湖站基坑号线湘湖站基坑工程发生塌陷事故，基坑钢支工程发生塌陷事故，基坑钢支撑崩坏，地下撑崩坏，地下 连续墙变形断裂，连续墙变形断裂，基坑内外土体滑裂。造成基坑基坑内外土体滑裂。造成基坑西侧路面长约西侧路面长约100米、宽约米、宽约50米的区域塌陷，下陷最大深度米的区域塌陷，下陷最大深度达达6米，自来水管、排污管断米，自来水管、排污管断裂，大量污水涌出，同时东侧裂，大量污
20、水涌出，同时东侧河水及淤泥向施工塌陷地点溃河水及淤泥向施工塌陷地点溃泻，导致施工塌陷区域逐渐被泻，导致施工塌陷区域逐渐被泥水淹没。事故造成在西侧路泥水淹没。事故造成在西侧路面行驶的面行驶的11辆汽车下沉陷落辆汽车下沉陷落（车上人员（车上人员2人轻伤，其余人人轻伤，其余人员安全脱险），在基坑内进行员安全脱险），在基坑内进行挖土和底板钢筋作业的施工人挖土和底板钢筋作业的施工人员员17人死亡、人死亡、4人失踪。人失踪。第37页/共44页施工单位（中铁四局集团第六工程有限公司）违规施工、冒险作业、基坑严重超挖；支撑体系存在严重缺陷且钢管支撑架设不及时；垫层未及时浇筑。监测单位（安徽中铁四局设计研究院以
21、浙江大合建设工程检测有限公司名义，实为挂靠）施工监测失效，施工单位没有采取有效补救措施。第38页/共44页原中铁四局集团第六工程有限公司杭州地铁1号线湘湖站项目部常务副经理梅小峰判有期徒刑六年；原项目部总工程师曹七一判有期徒刑五年六个月；原项目部质检部部长卢光伟判有期徒刑五年；原项目部监测员洪祥判有期徒刑四年；原项目部监测负责人侯学判有期徒刑三年十个月；原项目部施工监理单位总监代表蒋志浩判有期徒刑三年三个月；原项目部经理方继涛判有期徒刑三年，缓刑五年；原杭州地铁集团有限公司驻湘湖站业主代表金建平判有期徒刑三年，缓刑四年。第39页/共44页2005年11月30日下午，熊猫环岛车站奥运支线站安排正
22、常施工：主体基坑南侧第五段正在进行地下一层柱砼浇注及侧壁清理，第六段地下二层正在进行梁底支模等作业，第七段正在进行防水层施工，第八段正在出土。当时第八段基坑下部挖掘机正在进行土方开挖工，基坑上面有两部吊车，一部正在停在基坑南端进行吊土施工，另一部没有安排作业。吊车支腿距离基坑边缘约3米左右。由于北侧结构顶板回填需要部分土方，故在基坑东侧距离基坑14.7米以东，南侧12米以南设置堆土区域，堆土高度为35米。14：20分左右，基坑南侧深度约8米处有水渗出。五分钟后，出现大量涌水，十分钟后，基坑南侧边上出现裂缝，现场值班人员发现此情况后，立即要求基坑内所有人员马上撤离。14点35分左右基坑南侧中间部
23、分突然坍塌，并迅速向两侧发展，造成斜向钢支撑体系脱落，引起两侧围护桩倒塌。塌方导致基坑南侧的通信电缆和其它电缆裸露悬空。基坑东侧600自来水管断裂，自来水注入基坑内，同时造成一根1600上水管弯曲，一根直径800的污水管断裂，一根燃气管线外露，多根电信管线断开第40页/共44页 首先倒塌的南侧基坑外围均为管线改移区，管线较多且在基坑正南端中间部位设有污水井和雨水井各一个。根据前期地下管线调查情况及产权单位反映的情况显示，该区域800的污水管（距南侧基坑边缘5.1m）渗漏严重。造成该区域土体长期被积水浸泡。同时11月28日的雷达探测报告也显示该区域在地下8.0m左右深度范围内发现明显的异常区域：
24、“地下土层局部含水量较高，尤其在管线下部可能有积水渗入”。根据以上资料及基坑突然涌水坍塌反映出来的情况分析坍塌是由于污水（雨水管）管长期渗漏，在车站基坑南端形成水囊，水对车站南端土体长期浸泡使土体的稳定性受到破坏。 南端喷射混凝土厚度仅为8cm，不能抵挡内侧土性质变化带来的侧压力变化，并在水的作用下开始出现裂缝，水从裂缝渗出，很快发展到涌出，并夹带着大量稀泥，最后在桩体背后形成空洞及松散区域，在东西两侧土体压力的共同作用下造成斜向支撑的整体失稳，从而形成基坑倒塌。第41页/共44页城市地铁建设中的安全风险是无处不在的，所产生的危害及控制的难度又因地层条件、施工方法及环境特点的不同而存在较大差异
25、。就其本质而言，地铁施工过程中的安全风险主要包括对工程本身安全性（结构安全）的影响和对周围环境安全的影响，而后者通常更为人们所关注。地铁工程建设中存在众多不确定性因素，是造成安全风险的根源，而安全风险处理不当则极易引发安全事故。因此，只有在对风险发生机理和规律深入分析的基础上才能制定出行之有效的技术方案和措施，才能从根本上杜绝或减少安全事故的发生。 第42页/共44页城市环境具有其特殊性，地铁施工安全事故不仅不可避免地会造成一定经济损失，还必将产生更为严重的社会影响。目前北京地铁有四条线路正在修建之中，而另有规划线路不久也将开工建设。因此，针对已有事故的不同原因和特点，分别查找规律、总结经验、汲取教训，一定能更好地为后续地铁施工以及今后北京地铁的建设提供更多有效和可操作性的借鉴和指导，在全面深刻认识事故本质的基础上真正发挥作用，从而服务于北京地铁的安全建设。第43页/共44页 第44页/共44页
