虞俊杰

(中铁上海设计院集团有限公司城建设计院，上海 200070)

1 概述

在新出台的十二五规划中，预计有27个城市新建超1 600 km轨道交通，总投资约1.5万亿元。一些非省会级城市都已开工建设地铁。例如，苏州地铁的远期规划共11条线路，总长560 km，将与上海、浙江及省内无锡相连。苏州地铁已于2007年开工建设1号线，首批建设的1、2、4号线将穿越城市中心或沿着城市主干道布设。地铁建设城市中心及主干道基础设施相对较完善，地铁周边不可避免地分布了很多天桥、箱涵、河道、市政管线、塔、古建筑等，新建地铁工程施工，将引起地层位移及沉降，进而引发邻近结构沉降、变形或受到附加应力。如果周边结构的沉降、变形或受到附加应力超过一定的水平，将使既有结构损伤，进而影响既有结构的功能使用，甚至引发结构次生灾害。同时，很多城市地铁工程建设起步较晚，并且地下工程可供借鉴的成功经验并不多。因此，目前对地铁工程进行风险评估及处置对策进行探讨和梳理显得尤为必要。

文献［1］完整地对地铁工程风险管理内容、风险分级标准、建设全过程的各阶段风险管理方法等工作进行了规范。2010年4月，《城市轨道交通地下工程建设风险管理规范(送审稿)》已通过专家审查，该规范将正式下发，以规范城市轨道交通及地下工程建设风险管理。文献［2］探讨了采用浅埋暗挖法施工地铁城市的环境风险管理内容、分级标准。文献［3～4］采用层次分析法和专家打分法，利用风险计算公式，推导出各风险事件风险值，由底层向上逐层计算，最终形成对一个基坑或者一个区段的施工风险评估。

近年来，工程师们都认识到了地铁及地下工程的风险控制的重要意义，也在各地地铁、基坑、隧道工程设计研究中引入了相关风险管理的科学方法，获得了一定的经验。但是，在实际研究过程中，对于风险分类、分级标准，风险应对措施等，还未形成一定共识，各地地铁建设期，对于风险管理工作都在摸索之中。本文对地铁建设风险评估及处置对策进行初步讨论。

2 地铁工程风险分级标准

许多城市目前将设计文件中体现的风险管理称之为风险源设计，其实质仍属于风险管理。因此本文仍称之为地铁工程风险管理。工程界将地铁工程风险分为两类，一类是工程自身风险;一类是工程环境风险。

2.1 工程自身风险

工程自身风险根据工程特点分为一、二、三级，分级原则如下所述。

(1)工程一级自身风险:基坑深度在25 m以上(含25 m)的深基坑工程。

(2)工程二级自身风险:基坑深度在15～25 m(含15 m)的深基坑工程，近距离并行或交叠的盾构法(矿山法)区间，不良地质地段的盾构(矿山法)区间联络通道，不良地质地段的盾构始发和到达区段等;

(3)工程三级自身风险:基坑深度在5～15 m(含5 m)的基坑工程，一般盾构(矿山法)区间等。

2.2 工程环境风险

工程环境风险根据工程特点和周边环境特点分为特级、一、二、三级，比工程自身风险多设一个级别——特级，其分级原则如下:

(1)特级工程环境风险:下穿既有线(含地铁、铁路)的工程;

(2)工程一级环境风险:下穿重要建(构)筑物、重要市政管线及河流的工程，上穿既有轨道线路的工程，明挖法邻近既有线(距离小于0.7H，H为基坑深度)、重要桥梁(基坑破裂面影响桩长大于1/2倍桩长)、重要建(构)筑物(距离小于1.0H);

(3)工程二级环境风险:下穿一般建(构)筑物、重要市政道路管线及河流的工程，邻近建(构)筑物、重要市政管线及河流的工程，明挖法邻近既有线(小于1.0H)，明挖法邻近重要桥梁(基坑破裂面影响桩长小于1/2倍桩长且大于1/3倍桩长)，明挖法邻近建(构)筑物(距离小于1.0H)、有承压水影响的基坑;

(4)工程三级环境风险:下穿一般市政管线、一般市政道路及其他市政基础工程设施的工程，邻近一般既有建(构)筑物、市政道路工程，明挖法邻近一般建(构)筑物、重要市政道路。

分级标准见表1、表2。

表1 工程自身风险分级标准

表2 工程环境风险分级标准

3 风险分级修正

以上分级标准有一定的通用性，但是考虑到地铁建设城市多位于东部沿海地区，地质情况特殊、城市地铁车站周边环境特点，以及借鉴已有成熟经验积累的上海轨道交通建设期间的警情案例特点［5～7］，笔者认为，可以对地铁工程风险等级进行一定修正。风险等级确定是制定整个工程风险应对措施的依据之一，风险等级不仅影响到地铁结构和环境的安全，而且直接影响到工程投资。因此应当慎重确定，慎重修正。文献［8～9］已利用价值工程理论确定最经济的地下工程围护方案。

3.1 不良地质层盾构隧道施工

以苏州地铁为例，②y层淤泥质粉质黏土层，为苏州地区地下工程常见的不良地质层，为第四纪全新世(Q42)滨海～湖沼相沉积物，厚度变化较大。欠均匀，流塑，夹少量有机质及薄层泥炭质土，压缩性高。其参数标准及承载力特征值(表3)固结快剪峰值黏聚力Ck=11.0 kPa，固结快剪峰值内摩擦角φk=5.5°，承载力特征值fak=50 kPa。从指标可以看出，该土层承载力较低，力学性能较差。

表3 ②y层参数标准值及承载力特征值

苏州地铁4号线部分区间在该层内穿越。深圳地铁5号线工程存在填海造陆产生的淤泥质土层，有②1(淤泥)、②2(淤泥质黏土)。天津地铁建设中，存在埋深浅且土层厚度较大的全新统淤泥质海相层。以上这些特殊性质土层将给施工期间盾构姿态及沉降控制带来很多新的挑战，而在不良地质土层内进行盾构施工普遍存在于各个地铁建设城市。在原来分级标准中，将一般盾构区间风险定义为工程“三级自身风险”，笔者建议，在未获得这些不良土层穿越工程经验之前，可以升一等级，定义为“二级自身风险”，待获得一定的施工应对技术措施经验后，再对该风险等级进行调整。

3.2 邻近多根重要管线车站施工

目前城市地铁建设多位于城市主干道及市中心区域，管线分布呈现“数量多、重要性高、保护难度大、距离基坑近”的显著特点。以苏州地铁为例，部分车站(例:4号线支线邵昂路站、溪秀路站)，沿着车站纵向平行布设4根管径≥1 m的有压给水管，而且距离基坑均在1倍基坑深度范围内。同时各个出入口还将以顶管形式下穿以上管线。这些给水管均为城市供水干管，其重要性不言而喻。因此笔者建议，结合周边环境、车站围护、附属结构施工方式，对于此类工程进行风险等级修正。可以上升一个等级，作为“特级工程环境风险”。在工程对策上，采用主动加固结合施工保护共同作用，进而保护城市大动脉。

4 风险控制指标制定

目前国内比较常见的风险控制标准表现为相关监测数据的警戒值。地铁工程较常采用的警戒值多是设计文件和相关规范规定的，在实际施工风险控制应用时，能起到的参照及指导意义并不大。文献［10～12］提出的警戒值概念及警情管理模式的安全控制体系的出现，实现了监测控制的定量化以及施工风险处置的流程化。对类似苏州、上海、天津、深圳等地下工程的风险安全监控，具有一定的指导意义。各地铁建设城市可根据以上风险等级划分，制定相应控制指标，指导施工期间的风险控制。

地铁工程风险控制指标包括:地表沉降、管线沉降、电力塔倾斜、围护墙顶位移及沉降、建筑物沉降(倾斜)、建筑物开裂、围护结构测斜、支撑轴力以及立柱沉降等。

5 风险工程处理对策

5.1 风险工程处理对策说明

风险管理贯穿于地铁建设全过程，始于项目决策阶段，终于项目运营期。各阶段主要任务见图1。

图1 各阶段任务

本章节主要介绍建设实施期应用的风险处置对策，对于其他时期可参考文献［13］。

对于工程自身风险，主要利用施工工艺改进及工程措施的优化和加强来应对;而对于环境工程风险来说，根据不同的环境工程风险等级，可以采取“主动加固”、“施工保护”以及这两者结合的方式对风险工程进行处理。

不论是工程自身风险还是工程环境风险，都需要对工程实施监测。可借鉴上海地铁的做法，利用基于警戒值及警情管理模式的安全监控体系，对风险进行过程控制(即图1内的“风险监控及处理系统”)。

地下工程施工条件复杂，“百密也有一疏”，众多地下工程抢险案例表明，若及时采取补救措施，可以将损失尽量降低。为及时化解险情，应急预案体系也被各地地铁建设充分应用到风险管理工作中。

5.2 邻近建筑风险工程处理对策

(1)加固地层:对于邻近重要建筑采用地面注浆，预先对建筑周围地层加固。

(2)优化基坑施工工艺:减少基坑无支撑暴露时间，利用“时空效应”进行挖土筹划，及时加撑。

(3)由第三方对建筑物进行现状质量及允许沉降评定，作为施工重要控制参数。

(4)对建筑物进行专项监测，信息化指导施工。

5.3 邻近管线风险工程处理对策

(1)加固地层:对于邻近重要管线采用地面注浆，预先对管线下地层加固，控制管线沉降。

(2)隔离底层:在既有管线和地铁基坑之间施作灌注桩等，隔离地铁施工引起的沉降槽范围。

(3)承台基础:对于风险等级较高的管线保护，采用施作灌注桩及基础支撑管线，这样可以严格控制管线沉降。图2为苏州地铁某车站管线保护方案，采取承台基础支撑重要管线。

图2 桩基承台布置(单位:mm)

(4)开挖暴露:将管线开挖暴露出来，利用可伸缩支架将管线悬吊起，将地层对管线的影响降至最低限度。

5.4 基坑及盾构自身风险工程处理对策

(1)技术措施:在围护结构选取，支撑体系设计，地基加固，承压水控制等方面做多方案比选，采取最符合相应风险等级方案的技术措施。

(2)专项攻关:对于各个风险点进行有针对性专项处理。

(3)过程控制:盾构施工期间，加强进出洞控制，及时反馈各项技术指标信息，结合环境监测数据获得最佳盾构控制参数。监测盾尾注浆的注浆压力与注浆量，确保同步注浆的效果。基坑施工期间，加强监测，利用“时空效应”原理进行施工管理。

以上风险工程处置措施需根据不同风险等级以及现场条件，选择使用。

6 工程实例

某地铁车站为该市轨道交通2号线一期工程的第3个车站，车站位于金雅二路中段，东侧是正在建设中的金色雅园C区，西侧是该省移动公司，站前折返线上部地面东侧为常青花园空地，西侧为建设中的金色雅园D区。周边空间比较狭窄。长港路以北西北角拟占用作为轨排基地。车站外包尺寸为530.2 m×30.5 m×12.61 m(长×宽×高)，车站顶部覆土厚约3.0 m。车站采用地下连续墙结合内支撑的围护结构形式。

6.1 建设前期风险处置

在该项目决策期，工程可行性研究编制单位列出项目大型风险源，并会同该市建设及决策单位确定大型风险源处理方式(风险转移、风险消除、风险自留、风险回避等)。

项目准备期，建设方会同设计及科研单位，对要消除和自留的风险事件进行技术设计，形成相关技术方案及图纸。目前国内各地铁建设城市都已在初步设计阶段有专项风险设计文件。以上内容可参考相关风险评估文件，在此不赘述，本文将主要介绍该站实施期风险处置措施。

6.2 建设实施期风险处置

(1)风险事件经过

2008年10月24～26日，南端头井处测斜CX25号孔数据连续增大，已绑扎底板钢筋的南端头2号承压水井出水浑浊且基坑内出现涌水现象(图3)。

图3 承压水井涌水

2008年11月2～3日，该测斜孔数据(图4、图5)表明地下连续墙踢脚处有较大变形，支撑极易失稳，基坑处于危险状态。此时，各方采取紧急措施如下所述。

①坑外注浆稳定地下连续墙。

②坑内回填瓜米石，并将抽排基坑内明水的水泵高程提高。一方面压重，另一方面反滤使其抽出的水不含砂。

③拆除地板钢筋并拟在坑内对井壁涌水处进行封堵。

④各监测单位加密监测频率。

图4 CX25测斜孔累计值

2008年11月11日，现场施工单位在清除南井基坑内的瓜米石时，南井部分点又出现涌水现象并伴有气泡，地表沉降及近南侧围墙上水管沉降较明显，在周边建筑房屋窗脚发现45°裂缝(图6)。

(2)风险事件处理对策

①基坑内迅速回填，回填物根据现场涌水情况加压加高处理。

图5 CX25测斜孔日变化值

图6 建筑裂缝

②增设坑内、坑外降水井，并全部开启，加强水位、水量观测，并每天上报(图7)。

③管线开挖暴露，发现漏空及时回填黄砂，使用伸缩拉杆装置吊起管线(图8)。

图8 管线开挖暴露并悬吊

④南端头井分段浇筑底板，先浇筑靠近标准段处8.7 m，再浇筑剩余的9.3 m段。

⑤对建筑物周边进行注浆加固。

在各方的精心配合下，险情得以有效处置，建筑物沉降及管线沉降速率都明显得到控制，施工单位分段浇筑端头井处底板，及时保证了基坑的稳定性。证明了该风险处置对策是有效和及时的。

7 结论

(1)本文对地铁建设风险等级划分进行了一定的修正，该修正借鉴了各地区地铁工程实践所积累的成果，对工程建设有一定指导意义。

(2)目前各城市地铁风险管理都处在起步阶段，随着地铁建设的推进、施工工艺的发展以及地区经验的积累，风险分级还需要进一步进行修正。

(3)风险处置贯穿于建设全过程，建设实施期加强风险监控并及时采取风险应对措施，能有效控制地铁建设风险。

(4)对于风险等级划分以及对策，工程界还存在着一定的误区，有的认为将风险等级划分得越高，将风险降低到越小越好。但是，随着风险等级提高，所付出的工程代价就越高，造成建设投资过高。如何进行权衡，确定合理的建设投资，值得地铁建设同仁一起进一步研究。参考文献:

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