太原地铁建设安全风险及预警事件统计分析

■赵俊杰

（太原中铁轨道交通建设运营有限公司，山西 太原 030000）

随着国家经济的高质量发展，近年来，我国城市轨道交通工程迎来全面建设时期。根据中国城市轨道交通协会发布《城市轨道交通2022 年度统计和分析报告》[1]显示，截至2022 年底，中国大陆地区共有55 个城市开通城市轨道交通，运营线路308 条，运营线路总长度突破10000 km，达到10287.45 km。

伴随着城市轨道交通建设的蓬勃发展，轨道交通工程建设中安全质量事故亦频发。如何减少或避免群死群伤等重特大安全质量事故发生，加强对安全风险管理的显得尤为重要。通过统计建设过程中的安全风险事件，并对预警进行分析，总结出安全风险管控过程中的经验与教训，进而有效指导后续施工，减少事故的发生。

太原市地下水埋深浅，地层具有区域差异性和敏感性，土体自稳能力介于北京、上海两者之间。太原地铁2号线为山西省首条地铁线路，如何快捷有效地积累安全风险管理经验对后续线路建设意义重大。

一、工程概况

（一）线路设计概况

太原地铁2 号线，全长23.647 km，南起小店南车辆段，北至西涧河站，共设车站23 座，区间23 个。线路南北向穿越太原市城区，途经小店、迎泽、杏花岭和尖草坪四个行政区。

全线车站主体基坑开挖深度范围为15.2～27.7 m，主要采用明挖顺作法施工，个别车站受交通导行影响局部采用铺盖法施工。人民南路站—龙城大街西站区段（除嘉节站）及王村南街站，车站主体基坑围护结构采用钻孔灌注桩+内支撑，围护桩外侧设置三轴搅拌桩止水帷幕，坑内设疏干降水井；嘉节站主体基坑，围护结构采用钻孔灌注桩，坑外降水，为全线降水试点工点；中心街西站～西涧河区段（除王村南街站），车站主体基坑围护结构采用地下连续墙+内支撑，坑内设疏干降水井。

区间除出入段线区间、嘉节站—龙城大街西站区间明挖段、钟楼街站—府西街站区间明挖段采用明挖顺作法施工外，其余区间隧道均采用盾构法施工。隧道埋深范围为15.2～30.5 m，盾构机均采用土压平衡式盾构机。

（二）周边环境风险源

太原地铁2 号线南北向穿越太原市城区，沿线施工影响范围内主要分布有道路桥梁、河流、沟渠、建（构）筑物、各类市政管线等环境风险源[2]。

双塔西街站—北大街站区段周边环境尤为复杂。其中双塔西街站—大南门站区间盾构下穿太原市公交宿舍家属楼、迎泽苑小区7 号楼、南沙河快速路箱涵、玫瑰亭（迎泽公园）、石砌单孔拱桥（迎泽公园）、迎泽湖等13个Ⅱ级环境风险源。大南门站—北大街站区段属于太原老城片区，周边居民住房大多为80 年代修建的砖混结构，这些建筑物结构及基础形式较差，对施工扰动较为敏感。

（三）水文地质特点

1.区域差异性

（1）液化地层：小店南车辆段—畜研所站区段地层液化性最为显著，液化地层包含2-3-1 黏质粉土层、2-3-2 砂质粉土层、2-4 粉细砂层，液化层连续片状分布，液化等级中等-严重，厚度3～10 m，埋深5～19 m。

（2）杂填土厚：双塔西街站—缉虎营站区段处于太原市老城区，杂填土层厚2.9～13.0 m，平均厚度约6 m。杂填土层结构松散，疏密程度不一，主要由砖块、灰渣、炉渣、煤渣、白灰、混凝土块、碎石块等建筑垃圾组成，充填粘性土，土均匀性差，强度较低。

2.敏感性

（1）填土层的敏感性：主要由杂填土组成，一般层厚约3.0～16.2 m，以腐殖土、粉土、粉质黏土为主，夹少量块石，块石粒径一般为10～30 cm。人工填土结构松散，均匀性差，欠固结，有较强的透水性，厚度较大的填土层分布段在施工基坑时容易产生地面变形及不均匀沉降，影响邻近管线、建筑物及道路安全。

（2）砂层的敏感性：全线区间掘进地层包含2-2 粉质黏土层、2-3 黏质粉土层、2-4 细砂层、2-5 中砂层，以2-4 粉细砂为主。盾构在饱和粉细砂地层中掘进时，在往复剪切作用下，会发生瞬间滑移破坏，孔隙体积减小，趋于振密，而不可压缩的孔隙水不能及时排出，导致孔隙水压力上升，上升到等于上覆压力时，抗剪强度丧失，粉细砂转变为流体状态，产生振动液化流动现象。盾构掘进施工中对渣土改良、刀盘转速、开挖面土压力及盾尾回填注浆压力等参数控制要求较高，极易出现开挖掌子面坍塌、盾尾和螺旋输送机后舱门涌水涌砂等风险事件，导致地层损失，地面沉陷甚至坍塌。

3.高水位

太原市区普遍存在高水位的特点，2 号线一期工程沿线涉及地下水主要为潜水（局部区段具弱承压性），水位埋深1～9 m，平均埋深3～4 m；沿线地层水位较高，水是地下工程施工安全的主要影响因素，地下水的疏干工作一直都是工程难题，工程的无水作业是安全施工的重要保障之一。

二、国内风险管理经验简述

（一）北京

北京地区针对同一区间不同区段的地层特点和施工环境风险情况，提出将盾构隧道划分为不同的组段，然后确定各个组段内的主要盾构施工参数的控制范围，从而控制盾构施工过程中的安全风险的方法。根据北京地区地层和盾构施工环境的特点将北京地铁盾构隧道划分为18 种安全风险组段，北京地铁任何一个盾构隧道都是由这18 种组段中的一种或几种组段组合而成，并在实践过程中取得良好效果[3]。

（二）杭州

杭州地层具有高水位和承压性，城区北侧为高灵敏性淤泥质土，钱塘江和贴沙河附近主要为流砂层。通过杭州地铁1 号线的施工实践，总结出应对上述问题的风险控制措施和管理经验。例如，一是采用冷冻法加固方式来减小盾构进出洞风险；二是根据区间水位地质和环境风险情况制定针对盾构机结构本身的防水和防喷涌措施，以及盾构隧道管片接缝的防水措施；三是，针对深基坑工程提出了地下连续墙悬挂止水帷幕与注浆帷幕竖向搭接形成全封闭止水帷幕的复合减压降水技术[4-5]。

（三）天津

天津地区水资源丰富，地下水位较高，地层较为敏感；通过对天津地铁1 号线建设过程的经验总结得出，从天津的地质条件、施工环境和当前的技术水平、经济条件看，地铁车站采用地下连续墙围护结构的深基坑明挖法，区间采用泥水平衡的盾构法施工，是天津地区地铁建设最佳的施工方法[6-7]。

三、风险事件统计分析

（一）风险事件统计

太原市轨道交通2 号线一期工程土建施工阶段安全风险管理整体可控，未发生安全质量事故；由于2 号线一期工程是太原市建设的首条地铁线路，加之太原地层特点的复杂性，在施工过程中不可避免地发生一些风险事件，多数风险事件均在发生之初得到有效控制，未造成严重损失。全线土建施工过程中共计发生安全风险事件79 起，安全风险事件类型见图1，各工点分布数量见图2。

图1 风险事件类型分布图

图2 工点风险事件分布图

（二）风险事件原因分析

由图2 可知，全线风险事件发生频次较高的几类风险为基坑侧壁涌水涌砂、基底涌水涌砂、盾构施工引起周边环境变形、基坑周边环境变形、盾构始发/接收端涌水涌砂。

通过对风险事件类型进行统计分析，结合现场安全风险管理经验，得出导致安全风险发生的主要原因如下。

1.明挖基坑工程

（1）基坑侧壁涌水涌砂：①地下水位埋深浅，平均埋深3～4 m，基坑内外具有一定水头差；②基坑深度10 m左右至基底范围内普遍存在富水砂层，围护结构施工过程中由于护壁泥浆比重、垂直度控制不佳，导致地连墙接缝部位夹泥夹渣或出现连墙劈叉现象。

（2）基底涌水涌砂：①全线范围内发生基底涌水涌砂风险事件的基坑，止水帷幕插入比在1∶0.55 左右，均未完全进入不透水层或弱透水层，属于悬挂式止水帷幕；②地下水位埋深埋深浅，基坑内外存在水头差，且个别工点地下水均有微承压性；③部分车站坑内降水井布设间距偏大（双排梅花形布置，同排井间距≥12 m），降水井成井质量不佳及基坑开挖过程中降水井保护不到位，导致疏干降水效果不佳。

（3）基坑周边环境变形过大：①基坑侧壁、基底涌水涌砂导致周边地层土体损失；②基坑围护结构插入比不足，基坑开挖过程中，基坑围护结构自身向基坑内变形导致周边环境变形；③基坑开挖施工不规范，如钢支撑架设不及时、土方开挖方式不合理等。

2.盾构区间工程

（1）盾构施工引起周边环境变形：①区间上方的杂填土层及富水粉细砂层（局部区段具有液化性）等高敏感性地层；②掘进施工过程中未根据掘进地层变化情况及时调整盾构机掘进参数，如进入富水砂层段掘进时，未及时调整渣土改良等参数，出现螺旋机喷涌导致隧道上方地层瞬时地面出现沉陷。

（2）盾构始发/接收端涌水涌砂：①盾构始发/接收端头降水效果不佳，未完全将地下水位降至隧道底板以下；②部分工点采用旋喷桩端头加固方式，旋喷桩在深度超过15m的富水粉细砂层中施工时，成桩效果难以保证。

由图3 可知，全线风险事件发生的区域主要集中在出入段线—嘉节站区段和双塔西街站—北大街站区段。其中，出入段线—嘉节站区段，地层液化性突出，在小店沉降区范围内；双塔西街站—北大街站区段，杂填土层厚，区间掘进地层主要为粉细砂层，施工影响范围内老旧建筑较多。

图3 全线红色监测预警分布图

四、预警统计分析

（一）监测预警

根据太原市轨道交通工程安全风险监控与管理信息系统统计第三监测和施工监测在全线工点施工期间累计发布红监测预警975 项、橙色监测预警4715 项（其中累计变形超控制指标橙色监测预警3628 项）、黄色监测预警2446 项，全线各工点红色监测预警分布情况，见图3，红色监测预警按照监测项目类型组成所占比例见图4。

图4 红色监测预警项目类型饼状图

由图3 可知，全线红色监测预警主要集中在出入断线—畜研所站区段和双大区间—矿机站区段，分别对应地层特点为液化地层段和杂填土层段对应，且基本与图3 吻合。太原地铁施工受地质条件影响较大，施工期风险辨识和风险管理过程中，应重点考虑地质条件带来的施工风险。

全线总计监测预警8136 项，累计变形超控制值4603 项，占比56.58%。由图4 可知红色监测预警项目主要为地表沉降、管线沉降、桩/墙体测斜。建议在加强基坑支护体系自身稳定性设计的同时，可考虑在大数据统计分析的基础上，对个别监测项目的控制值予以调整。

其中，双大区间累计红色监测预警136 项，88%监测点累计沉降变形超过控制值，双大区间下穿迎泽湖等13 个Ⅱ级环境风险源。建筑物累计沉降红色监测预警主要集中在双大区间-矿机站区段，该段老旧建筑物较多，建筑多为砖混结构且基础形式简单。

（二）巡视预警

目前太原轨道交通安全风险管理模式为“三维一体”，即“安全风险管理体系”“现场安全风险管理”“安全风险管理信息系统”。将施工过程中工程风险预警分为监测预警、巡视预警和综合预警三类，其中巡视预警为施工过程中通过巡查，发现安全隐患或不安全状态而进行的预警。按严重程度由小到大分为三级，黄色巡视预警、橙色巡视预警和红色巡视预警[8-9]。

土建施工阶段各参建单位累计发布巡视预警126项。巡视预警类别、数量、所占比例，见图5。

图5 巡视预警发布内容饼状图

由图5 可知，巡视预警中钢支撑架设滞后、土方开挖方式不合理、桩间网喷滞后等常规风险所占比例达46%。同时，仅钢支撑体系架设及时性及规范性所占比例达44%。因此，后续施工安全风险管理管中应加强常规风险的管理，及钢支撑架设分项工程的重点管理。

五、风险管理经验总结

（一）技术方面

1.环境风险等级评定：鉴于太原城区地层特点的敏感性，宜对结构及基础形式简单的建筑物在环境风险评级时，风险等级上调一级。

2.盾构选型：对于盾构掘进穿越地层为粉细砂层，上覆土层敏感性强且长距离下穿重要环境风险源源时，在盾构机选型时，可考虑采用泥水平衡盾构机。

3.施工图设计：（1）车站围护结构设计时，应适当加大止水帷幕插入深度，宜插入不透水层或弱透水层；若采用悬挂式止水帷幕，坑内降水设计应满足作业条件，同时保证基坑围护结构自身变形满足设计要求；（2）盾构始发/接收端加固方式宜采用三轴搅拌桩、冷冻法等加固效果可靠的加固方式，或采用钢套筒接收，不宜单独采用旋喷桩加固方式始发/接收。

4.监测控制值：太原市轨道交通工程监测应结合围护结构设计方案、太原地层区域性特点及环境风险源自身特点，针对不同的工况确定不同的监测项目控制值。

（二）管理方面

1.常规风险的层级管理、闭环管理

（1）针对施工阶段现场存在的常规风险，应根据参建各方现场巡查频率进行预警管理，原则上巡视预警以监理单位→第三方监测单位→风险巡视单位→轨道公司现场主管部门为顺序进行发布。

（2）针对施工阶段现场存在的风险问题，无论大小均应实现闭环管理。

2.提高风险管理意识

将风险隐患当事故抓，实行风险事件闭环管理，把风险控制在隐患形成之前、把隐患消灭在事故前面。

3.风险管理标准化的制定

为进一步加强土建施工阶段现场安全风险管控，实时现场安全风险管理的标准化，后续将结合太原2 号线一期施工管理经验，制定《钢支撑架设标准手册》《施工/监理单位风险管理资料标准化手册》《现场监控量测工作指南》《重大风险源工序施工标准》等标准化管理规定。

六、结论

太原地铁2 号线为太原市建设的首条线路，水文地质条件复杂，具有较强的区域差异性、敏感性和高水位特性，这些是太原地铁建设安全风险管理所面临的挑战。只有在太原地铁2 号建设安全风险管理经验的基础上不断地分析和总结，制定出适宜的设计、施工方案，并总结制定出一整套安全风险控制制度、措施，才能确保后续线路施工安全风险可控。