引言

     

城市隧道工程通常在城市修建，其施工方法的选择会受到地面建筑物、道路、城市交通等因素的影响，施工方法的界定，要从技术、经济、修建地区具体条件等影响来考虑。

施工区间隧道根据不同的方法可分为：明挖法、喷锚暗挖法、盾构法，根据京津冀地质条件和因素影响， 主要讲解喷锚暗挖法 、和盾构法。

针对喷锚暗挖法，主要从喷锚暗挖法的施工过程中涉及到一些风险，结合工程事故案例，进行原因分析；并从案例中归纳出应吸取的经验教训。

1、 喷锚暗挖法概述

喷锚暗挖法又称为矿山法，适用于埋深较浅，地面建筑物密集，交通运输繁忙、地下管线密布，及对地面沉降要求严格的城镇地区地下构筑物施工，喷锚暗挖法施工分为 新奥法、浅埋暗挖法 。

1.新奥法

“新奥法”是以维护和利用围岩的自承能力为基点，使围岩成为支护体系的组成部分。

2.浅埋暗挖法

以改造地质条件为前提，以控制地表沉降为重点，以格栅（或其他钢结构）和锚喷作为初期支护手段，按照“十八字”原则即：“ 管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测 ”进行。

两者区别：新奥法要求初期有一定的刚度，浅埋暗挖法设计时基本不考虑利用岩石的自承能力，这是它们的主要区别。

01、 常用施工工法

 

·全断面开挖法

1、适用条件：整体性好的围岩；有大型施工机械；适于采用大型机械化配合施工。

2、优点：可以减少开挖对围岩的扰动次数，工序简便；

3、缺点：对地质条件要求严格，围岩必须有足够的自稳能力。

4、注意事项：

（1）加强对开挖面工程地质和水文地质的调查，对不良地质情况，要及时预测预报；

（2）在软弱破碎围岩中使用全段面法开挖时，对支护后围岩的变形进行动态监测；

（3）选择支护类型时优先考虑锚杆和锚喷砼、挂网等支护形式。

 

全断面开挖法工程实例

·台阶法

1、适用条件：台阶法是最广泛的施工方法，在Ⅲ-Ⅳ围岩可采用两台阶法，Ⅴ-Ⅵ围岩需采用多步开挖或者环形开挖留核心土法。

2、优点：灵活、适用性强，开挖具有足够的作业空间和较快的施工速度，台阶有利于开挖面的稳定性，尤其是上部开挖支护后，下部作业则较为安全。

3、缺点：上下部作业有干扰，注意下部作业时对上部稳定性的影响，增加对围岩的扰动次数。

4、注意事项：

（1）台阶数不宜过多，充分利用地层纵向承载拱的作用；

（2）上台阶架设拱架时，采用锁脚锚管（灌浆）稳固拱脚，防止拱部下沉；

（3）解决上下部半断面作业的互相干扰的问题，做好施工组织、监控工作。

 

台阶法施工工序图

 

 

台阶法工程实例

·CD法和CRD法

1、适用条件：地层较差和不稳定岩体，且地面沉降要求严格的地下工程施工。

2、优点：各部封闭成环的时间短，结构受力均匀，形变小，且由于支护刚度大，施工时隧道整体下沉微弱，地层沉降量不大，而且容易控制。

3、缺点：由于地层软弱，断面较小，只能采取小型机械或人工开挖及运输作业，且分块太多，工序繁多、复杂，进度较慢；临时支撑的施作和拆除困难、成本较高。

4、注意事项：

（1）超前支护系统施做必须满足要求，确保开挖面稳定，分步开挖前后距离错开，尽快封闭掌子面，达到“快封闭”的目的；

（2）初期支护拱架架设及时、连接牢固，达到“强支护”的目的；

（3）加强施工过程的施工监测，实行信息化施工。

 

CD法施工步序

 

CRD法施开挖效果图

·双侧壁导坑法

1、适用条件：主要适用于地层较差、断面很大、三线或多线大断面铁路隧道及地下工程。

2、优点：双侧壁导坑法所引起的地表沉陷小。虽然开挖断面分块多，扰动大，初次支护全断面闭合的时间长，但每个分块都是在开挖后立即各自闭合的变形几乎不发展。

3、缺点：该法工序较复杂，导坑的支护拆除困难，有可能由于测量误差而引起钢架连接困难，从而加大了下沉值，而且成本较高。

4、注意事项：

（1）超前支护系统施做必须满足要求，确保开挖面稳定，分步开挖前后距离错开，尽快封闭掌子面，达到“快封闭”的目的；

（2）初期支护拱架架设及时、连接牢固，达到“强支护”的目的；

（3）加强施工过程的施工监测，实行信息化施工。

·中洞法

1、适用条件：地层条件差、断面特大，多跨结构，跨与跨之间有梁、柱连接，其核心思想是变大断面为中小断面，提高施工安全度。

2、优点：安全性好，灵活性好，可因地制宜地选择断面形状和尺寸；可操作性强、机械化程度低，出土效率高，工序间干扰较少。

3、缺点：该法工序较复杂，工期相对较长，支护拆除困难，而且成本较高开挖步骤多，土体扰动次数多。

4、注意事项：

（1）超前支护系统施工必须满足要求，确保开挖面稳定；

（2）按设计要求进行开挖，及早支护封闭成环，两侧洞开挖支护必须左右同步进行，以减少偏压；

（3）加强施工中的监控量测，加大量测频率，保证对施工过程的动态控制。

 

三联拱中洞法施工步骤

 

双联拱中洞法施工步骤

 

中洞法实例

02、 施工技术原则

暗挖法的核心技术被概括为18字方针：“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”。在暗挖施工作业时根据地质情况制定相应的开挖步骤和支护措施，严格根据量测数据确定支护参数，保证暗挖作业和周边环境的安全。

管超前：开挖拱部土体自稳能力差，自立时间短，土体凌空后极易坍塌，采用超前支护的各种手段主要提高土体的稳定性，控制下沉，防止围岩松弛和坍塌。

 

严注浆： 导管超前支护后，立即进行压注水泥浆或其它化学浆液，填充围岩空隙，使隧道周围形成一个具有一定强度的壳体，以增强围岩的自稳能力。

 

短开挖： 一次注浆，一次开挖或多次开挖，土体暴露时间越长，进尺越大，土体坍塌的危险就越大，所以一定要严格限制进尺的长度。

 

强支护： 在松散地层中施工，大量土体的重力会直接作用于初期支护结构上，初期支护必须十分牢固，以控制初期结构的变形，保证结构的稳定。

 

快封闭： 为有效控制围岩松弛，必须及时采用临时仰拱或使支护体系成环。

勤量测： 按照规定频率对规定部位进行监测，掌握施工动态，调整施工参数并设置各部位的变形警戒值，是浅埋暗挖法施工成败的关键。

 

2、 主要风险分析

 

按照事故类型划分，暗挖法施工中常见的安全质量风险包括如下几个方面： 坍塌 、 垮塌 、 渗漏、沉降、结构物内在质量不合格、结构物尺寸误差超标、洪灾水灾、机械伤害、火灾、高空坠落、触电、车辆伤害 等。

这些风险可以单独存在或者相互关联，可以单独产生质量事故，有些风险亦可直接酿成安全生产事故。

01 坍塌

（1）定义：坍塌是指开挖面塌落造成伤害的现象，多指事故。

（2）存在的主要作业环节或工序：坍塌常发生在基坑土方开挖、矿山隧道开挖等作业环节。

（3）诱发因素：在工程开挖过程中，因操作不当、地质情况突变、暴露时间过长、支护措施不及时等可能造成开挖面坍塌。

（4）造成的影响：开挖面坍塌以及引起的地面塌陷等，其造成的工程本身的损失并不大，但如在敏感位置施工，则可能造成的第三者责任风险较高。如洞内坍塌引起地面建筑物倒塌，人员、车辆陷落，管线破坏从而造成燃气泄漏，自来水或污水涌入等。

 

 

坍塌图片

02 垮塌

（1）定义：指深基坑工程的支撑脱落，模板工程的支撑体系失稳造成的倒塌。

（2）存在的主要作业环节或工序：深基坑开挖过程、（车站或高架桥）高大模板支撑体系。

（3）诱发因素：支撑受到外力撞击、围护结构入土深度不足、围檩安装不牢固、支撑体系验算考虑的荷载不足、不按方案施工等。

（4）造成的影响：深基坑及高大模板工程除非不发生事故，一旦发生事故便是大事故，是群死群伤，影响面较大，后果较严重的事故。

 

 

垮塌图片

03 渗透

（1）定义：指出入口、区间、联络通道等出现的渗水、流水现象。

（2）存在的主要作业环节或工序：出现的作业环节主要有变形缝、施工缝、穿墙管周围、开裂渗漏等。

（3）诱发因素：渗漏不仅与地下工程周边水文地质环境、结构埋深、防水设计方案、防水材料等有关，还与围护结构防水效果、结构混凝土性能、细部处理等有关。

（4）造成的影响：在渗漏严重时也可能引发安全事故，如隧道渗漏水引起电气设备短路从而引发安全事故。

04 沉降

（1）定义：此处指不均匀沉降，也叫差异沉降。一般是指同一结构体中，相邻的两个基础沉降量的差值。如果差异沉降过大，就会使相应的上部结构产生额外应力；当超过一定限度时，将会产生裂缝、倾斜甚至破坏。

（2）存在的主要作业环节或工序：伴随开挖过程均会出现沉降。

（3）诱发因素：地层应力释放、地下水流失、开挖方式掌子面失稳等。

（4）造成的影响：不均匀沉降会造成坍塌等一系列安全质量事故，甚至导致人员伤亡、设备损坏、建筑物开裂、倾斜、地下管线断裂等，影响居民正常生活，造成纠纷，进而影响工程进度、增加费用。

05 结构物内在质量不合格

（1）定义：指结构砼强度达不到设计要求、防水混凝土抗渗能力不达标、施工缝、变形缝处渗漏水等质量问题。

（2）存在的主要作业环节或工序：围护结构断桩，止水帷幕效果差、防水层质量不合格、结构砼强度不合格等。

（3）诱发因素：砼原材料不合格、施工方法不当、混凝土供应意外中断等。

（4）造成的影响：出现此类问题可能造成结构渗漏水、结构耐久性降低等问题，这些问题处理难度大、费用高，社会关注度高，不良影响面大。

06 结构物尺寸误差超标

（1）定义：指结构尺寸偏大或偏小，两组混凝土间的错台过大等质量问题。

（2）存在的主要作业环节或工序：结构侧墙、柱尺寸误差过大、隧道掘进误差过大，隧道衬砌错台过大等。

（3）诱发因素：此类问题多由支撑体系不稳固造成的涨模、混凝土浇注速度过快等原因引起。

（4）造成的影响：结构误差过大直接影响成品的观感效果，甚至会侵入建筑限界，处理难度较大。隧道掘进出现偏差时可能引起较大的质量事故，导致隧道无法正常贯通或影响列车运行速度。

07 洪灾水灾

（1）定义：指施工期间基坑、隧道被洪水或河流、雨、污水淹没或浸泡的灾害。

（2）存在的主要作业环节或工序：汛期施工、隧道过河及雨污水管线施工。

（3）诱发因素：极端天气、穿越河流时出现坍塌、过大的沉降导致的雨污水管破坏、机械开挖导致的雨污水管破坏。

（4）造成的影响：大量水流涌入基坑可能造成基坑支撑体系破坏，造成坍塌等二次事故，大型设备受淹损坏，经济损失极大，或在通车前发生水灾，可能使多个区间受灾，造成装修返工、电气设备损毁等严重后果。

08 机械伤害

（1）定义：隧道施工中的机械运动打击、倾覆和杆件挤压对施工人员和第三方造成的伤害。

（2）存在的主要作业环节或工序：基坑施工中的挖掘机、塔吊、汽车吊、龙门吊，加固工程中的高压喷射机等。

（3）诱发因素：场地狭窄、夜间施工可视条件差、机械维护保养不及时、地基处理满足荷载要求、机械设备操作经验欠缺、操作失误等。

（4）造成的影响：机械伤害事故是建筑行业第四大职业伤害事故（前三位是高处坠落、电击、机动车辆伤害），其发生机率较大，对人的直接伤害大；有的机械事故还可能造成第三方伤害，如汽车吊的倾覆可能造成施工场地外的人员、车辆受损，社会影响较大。

09 火灾

（1）定义：人从高处坠落的事故，称为高处坠落事故，物体从高处坠落砸着下面的人事故，称为物体打击事故，触电是指电流通过人体内部，使肌肉非自主地发生痉挛性收缩造成的伤害（分为两相触电、单相触电、跑步电压触电）。它们是建筑企业的三大职业伤害事故，地铁施工中发生的机率较高。

（2）存在的主要作业环节或工序：高处作业、临边作业、交叉作业、潮湿场所作业、场内及场外运输作业等。

（3）诱发因素：未防护或防护不当、对电的特性不了解、违章操作、未采用TN-S接零保护系统、机车防溜车装置失灵等。

（4）造成的影响：这些事故均能对人体造成严重伤害，并可能危及生命。

11 其他灾害

（1）范围：包括特殊地质灾害、有毒气体伤害（盾构开仓）、管线破坏灾害等。

（2）存在的主要作业环节或工序：开挖掘进过程中。

（3）诱发因素：特殊的地质结构、管线调查不全面、填土厚度较大、地下障碍物。

（4）造成的影响：地质灾害可能引起涌水、涌砂、不均匀沉降，有毒气体可能人员中毒、爆炸等事故，管线破坏可能引起燃气爆燃、局部水灾、停电、通讯中断等事故，社会影响面较大。

2、 安全事故案例分析

事故影响及特点

1.媒体高度关注，社会影响大、波及范围广

城际铁路隧道工程一般地处城市繁华地带，政府和媒体对建设都时刻关注，而工程一旦出安全质量事故则处理也会“高度重视”。

 

2.易造成重大伤亡

城市隧道的建设具有其特殊性。工程建设中的不确定因素较多，可能引发的事故种类繁多，并且一旦发生安全事故，其后果是相当严重的，往往是群死群伤。

 

3.一旦留有隐患，维护难度大，将长期对运营安全造成影响

建设期间的安全质量隐患如果没有在运营前治理，带病开通运营，则会对运营安全造成长期影响，治理难度很大，费用很高，且难以彻底消除隐患。

 

01 施工质量通病案例

 

施工工序常见的质量问题之止水带、防水板缺陷。

 

隧道施工工序常见的质量问题之拱架架设、加工缺陷。

 

隧道施工工序常见的质量问题之喷射砼、挂网缺陷。

 

隧道施工工序常见的质量问题之钢筋安装、加工缺陷。

 

质量问题之混凝土外观缺陷。

 

质量问题之测点埋设、保护缺陷。

02 安全事故案例-火灾事故

·西安地铁“12.30”火灾事故

2008年12月30日，中铁某局施工的西安地铁二号线，在已立好的模板处切割砼灌注口时，切割下的钢板掉入模板内部下方，引燃防水板，造成火灾事故。

事故原因：

1.切割后灼热的钢板，掉落在已铺设好的防水板上，引起燃烧；

2.电焊工违规作业，未执行相关的安全交底；

3.防水板等材料燃烧产生的有毒有害气体，加重了本次事故的危害程度。

 

03 安全事故案例-基坑坍塌

·杭州地铁“11.15”事故

2008年11月15日下午3时20分左右，由中铁某局负责施工的地铁一号线萧山湘湖站发生地铁施工塌方事故，导致萧山湘湖风情大道75米路面坍塌，并下陷15米，正在路面行驶的约有11辆车辆陷入深坑；施工人员17名死亡、4人失踪。

事故原因：

1.施工单位违规施工、冒险作业、基坑严重超挖；支撑系统存在严重缺陷且钢管支撑架设不及时；垫层未及时浇筑；

2.监测单位实为挂靠施工监测失效，施工单位没有采取有效补救措施。

 

04 安全事故案例-出入口开挖事故

·北京地铁十号线苏州街站出口“3.28”坍塌事故

2007年3月28日上午9时40分，位于北京海淀区海淀南路的地铁十号线苏州街站出口中铁某局工地发生坍塌事故，6名工人被困地下。发生塌陷事故后，工地负责人组织工人们自行救援，并将项目部牌子摘掉，不许报警，封锁工地大门，致使报警时间延误8个小时。据初步调查，3月28日7时40分左右，施工人员发现小通道拱部产生裂缝，随即自行进行加固处理。9时30分左右，现场发生大面积塌方，塌方面积约20平方米，深度约11米，造成了6人被埋，全部死亡。

事故原因：

• 由于对施工复杂的地质情况不清，施工断面发生局部塌方和导洞拱部产生环向裂缝的险情时，未制定并采取保护抢险人员的安全技术措施，指挥作业人员实施抢险，发生二次塌方，造成6人死亡。

 

05 安全事故案例-区间通道坍塌事故

·上海轨道交通4号线事故

2003年7月1日上午7点，上海轨道交通4号线位于黄浦江边的董家渡地面下30余米的区间隧道联络通道发生流砂事故，导致隧道附近的土体流失，约270m隧道发生塌陷损坏，地面发生了较大沉陷，最大沉陷量达到7m左右，事故场区地面宏宇商务楼、音响制品市场、文庙泵站等建筑建筑物发生不同程度倾斜破坏等问题。因报警及时，处理果断，受影响的单位、居民及时撤出，未造成人员伤亡。

原因分析：

1.工程采用冻结法进行施工。施工中冻土结构局部区域存在薄弱环节，忽视了承压水对工程施工中的危害，导致承压水突涌。

2.下行线冷冻机组又发生故障，没有备用机组替代，造成停止供冷7.5小时。

3.在施工中缺少对这些技术参数进行监控和动态管理手段，没有明确达到何种情况应进行报警，暂停施工，采取应急措施。

 

06 安全事故案例-钢支撑脱落事故

·明挖基坑钢支撑脱落事故

2010年7月14日下午16时30分左右，北京地铁M15号线顺义站明挖车站施工过程中，车站深基坑壁支撑钢架脱落，10名正在施工的工人被砸，最终导致2死8伤。

原因分析：

1.由于连续几天降雨，基坑周边土体松软而导致基坑变形，使钢支撑轴力释放。

2.钢支撑未按设计要求加设防脱落装置，也未按要求规范施做剪力撑。