复杂地铁工程施工安全控制技术研究

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　　摘    要：城市轨道交通具有载客量大，安全高效的优点，可以改善城镇居民生活品质，缓解交通运输压力的特点。天津地铁现已开通1号线、2号线、3号线、5号线、6号线、9号线共6条线路，对促进城市发展发挥了积极作用。天津地区地下铁道施工地质条件不可控因素较多、地下水系复杂，在施工中面临诸多挑战。对复杂条件下地铁施工的安全控制一直是城市轨道交通控制的重点，地铁施工的建设质量，对保障人民安全，促进社会发展具有重要的推动作用。
　　关键词：地铁;交通运输;安全控制;建设质量
　　1  引言
　　近年来，城镇人口总数与机动车保有量逐年递增，城市交通拥堵问题日趋加重，并成为制约区域经济发展的主要因素。地铁运输多存在于地下，土地占用量小，施工工期较短，通过分段施工，可快速在局部形成轨道交通格局。地铁运输网络的扩张可以有效缓解了城市交通运输压力。地铁工程具有运行速率快、容载人数多、安全系数高，且节能环保等特征。基于此，本文围绕复杂地铁工程施工安全控制展开系统探究，通过对不同条件下地铁复杂地质条件的特征，针对不同施工工艺，探索较全面的质量控制措施，旨在强化工程建设质量，维护交通运输安全。
　　2  复杂地铁施工的基本特征
　　地铁工程建设具有工序冗杂、规模宏大、环境复杂、施工时间长等基本特征，并且对专业技术与质量标准有较高的要求。为此，在地铁工程建设施工过程中，需要促进各部门的协调配合，高效解决项目建设周期内存在的各类问题，切实保证工程建设质量，维护交通运输安全。在天津地铁工程建设中，施工导行难度较大，周围民居多，地下水位较高，管线复杂，施工过程中具有较大阻力。尤其是天津地铁5号线的长大区间、高承压水，6号线的近河始发，1号线的高压线迁改困难，4号线的机场航空燃油管线迁改，都对施工造成了不小的困难。
　　其中，地基工程所面临的问题占据了主要地位，与整体工程质量安全息息相关。由于地铁工程建设于地下空间，因此，对地基结构的承载负荷强度有较高的标准要求。地铁顶部承受上部覆土、交通运行，甚至是既有民居的垂直应力，侧部承受土压力及水压力，施工中经常出现管涌、流沙等现象。另外，地基开挖施工极易受到周边环境的干预。为此，在工程正式启动前，应当结合区域基本概况，制定完善的施工方案，尽可能的减小制约因素的影响，促进工程建设的正常运转。
　　其次，地铁建设的安全文明施工不易控制，地铁施工多存在于城市繁华地段，施工导行难度大，施工噪音对周围影响较大，施工扰动容易对周围建筑物造成影响，明挖法施工占地面积较大，盖挖法施工难度较大，风险性较高。施工建设中土方施工较多，扬尘治理需要高度重视。施工中要合理安排电路布置，做好施工监测，防止施工过程中发生安全隐患，造成不必要的影响，延缓地铁施工进度，造成不必要的损失。
　　3  地铁施工安全控制技术的基本流程
　　由于地铁工程项目施工环境较为复杂，需要最大限度的保障隧道结构的稳固性与通畅性，为此，应当采取切实可行的安全控制技术，维护施工现场安全，保障工程建设质量。再者，在地铁工程项目施工前期阶段，还需针对施工结构的安全顽固性进行综合分析与客观评价，并以此为基准，制定完善的施工环境变形控制标准，综合评估施工安全风险，以此形成内容全面，行之有效的安全施工方案。
　　由于地铁工程项目建设于地下空间，所以对施工技术与安全控制技术的标准要求较高。同时，在实际施工过程中，要高效应用远程自动化系统对整个工程结构进行全方位动态监测，依托动态可视化影像与远程通讯技术，确保施工技术人员如实掌控地铁结构的安全状态，以实际监测结果为参考依据，优化调整技术方案与质量控制方案，从而提升整个施工流程的风险控制水平，从根源上消除施工安全隐患。在交付竣工后，还应当组织专业人员进行工程质量评估与质量安全风险分析，以评估结果为依据，不断优化调整地铁结构，维护交通运输安全，促进区域经济的可持续发展。
　　4  复杂地铁工程项目建设环节的安全控制技术应用
　　4.1  围护结构安全稳定，为车站开挖及结构稳定提供基础
　　围护结构直接接触地表土壤，抵抗土压力，为后续的主体施工提供保护，具有工效高、工期短、质量可靠、经济效益高的特点，防渗性能好，刚度大，易于设置埋设件，很适合于逆做法施工，對于维持地表环境，减少施工干扰具有重要意义。常见的围护结构一般包括地下连续墙、SMW工法桩等，可适用于多种地基条件，承受更大荷载。工效高、工期短、质量可靠、经济效益高。
　　4.2  采取盾构施工法，针对影响范围内的建筑物进行安全监测
　　在地铁工程项目建设过程中，盾构施工法的应用频率相对较高，其对周边建筑安全控制的主体内容如下所述：
　　（1）确定盾构施工的影响范围;（2）针对在影响范围内的建筑工程项目进行调查。通过调查实践，可如实掌握建筑物的几何形状、结构类型、功能特征及地基土体特征等。同时，还要进一步明确建筑物的设计方式;（3）确定现有建筑物的容许形变量参数;（4）预测盾构施工对影响范围内建筑物的干扰程度。若预测值大于建筑物的容许形变参数，需适当调整施工方案，直至预测值达到限定标准要求，尽可能的减小对影响范围内建筑物的干扰。然后，确定盾构机的挖掘作业方案，制定对应的测量计划，且针对建筑物设定施工管理标准值，以此为施工目标执行作业;（5）在实际施工过程中，应用配套仪器设施进行定时监测，如实掌控整个施工现场的动态变化情况，综合对比实时监测结果与施工管理标准值，并将其如实反馈到施工建设环节，以提升整个流程的信息化水平;（6）伴随工程建设逐步的逐步深入，可适当降低测量频率，直至确认监测值趋于稳定。
　　4.3  维护原有地铁运营线路的正常运行
　　在地铁工程项目建设过程中，为避免盾构法的应用导致原有地铁运营线路区段的土体下沉，影响地铁运输安全，需要着重把控如下几方面工作： 　　（1）积极做好下穿段的线路检查与图纸审核工作，准确掌握工程的地质结构条件与地下水文环境。针对环境复杂或贯穿原有运营路线的地段，应当严格遵照相关设计要求，采取必要的土体加固处理措施。（2）为确保原有运营路线的正常投产使用，应当在路基结构加固处理过程中，采用分层注浆加固法。施工人员需对头层斜孔进行注浆操作，并将斜向注浆与水平面的夹角控制在30°左右。尽可能的采用复合浆液，提高胶凝效率，节省时间，而且该方法便于控制注浆压力及扩散范围，进一步削弱注浆压力对基床的负面影响。在注浆过程中，应将施工温度与无缝线路锁定轨温的温差控制在±10摄氏度以内。在完成头层斜孔注浆作业后，可针对下部的深层注浆进行必要的加固处理，参照线路形变监测数据，适当调整注浆速率与压力。（3）在实际施工过程中，应当使用地质雷达监测设备全方位动态监测运营隧道周围的土体变化情况，以防出现“防漏空腔”问题。（4）在施工期间，应组织专业人员深入现场了解实际情况，并在地铁专线运用结束后，综合评估施工区段的运营线路的形变情况，采取必要的干预措施，确保其维持正常状态，杜绝变形累积情况的发生。
　　5  复杂地铁工程项目施工建设存在的问题
　　5.1  地下工程建设环境复杂
　　地铁工程建设随运营线路的延展贯穿整个城市内部空间。由于城市地下管线网络纵横交错，这就在一定程度上加大了工程建设难度。如在天津地铁5号线的施工中，就存在电缆光纤事前无法探知的风险。在地铁工程项目建设过程中，一旦施工技术人员对地下管线分布情况缺乏了解，极有可能导致施工作业损坏管线，影响周围居民的正常生活，严重情况下，还会诱发安全事故，对公众生命财产安全构成潜在威胁。
　　此外，地铁工程项目建设需面临复杂的地质结构条件与地下水文环境。众所周知，地铁工程项目建设极易受到地质结构条件与地下水文环境的干预。从专业角度来说，地层结构形变与岩层板块移动是城市地下工程的主要环境风险因素，与施工现场安全及工程建设质量息息相关。隧道施工对原有地层结构的干扰与失水现象都会在不同程度上导致整个地层结构失稳，进而引起地层结构形变，甚至是完全损毁;一旦地层形变量参数突变，就会发生因反应不及时产生的结构损毁问题，严重情况下，还极有可能发生伴生性灾害;针对砂石与卵石地层来说，由于土体结构疏松，压缩空间较大，隧道围岩的稳固性较差，机械作业极易引起结构塌陷。
　　5.2  地下工程內部控制因素多变
　　地下工程施工对象的复杂性、多变性，以及基层施工技术人员的专业技术水平，都会在不同程度上制约施工管理工作，进而诱发安全事故。归根究底，是由于地下施工具有隐蔽性与循环性的基本特征，且施工作业的冗余空间极其有限。由此可见，地铁工程的施工环境相较恶劣。随着现代化城市建设进程的加快，地下工程覆盖范围逐步扩张，并面临着开挖作业面及深度不断增大的技术难题。通常情况下，地下工程的建设跨度相对较大，且力学结构复杂，为此，在实际施工过程中，技术人员要着重把控力学转换问题，然后结合工程概况，采取切实可行的施工技术。
　　5.3  地铁施工技术水平有限
　　由于地铁工程建设所面临的地质结构条件与地下水文环境较为复杂，并且存在着极大的不可预见性与不可控性，这就在一定程度上加大了工程建设难度，尤其是前期规划设计工作。在地铁工程规划设计与施工建设过程中，相关设计准则与标准规范或多或少都存在着一定的不足。而这使得工程设计与设计标准存在较大的偏差。为此，在地铁工程设计阶段，要积极执行预测与规划工作，从根源上消除风险因素，降低发生突发事故的概率。
　　另外，施工企业的机械设备配置不完善，技术操作水平偏低，且相关人员并未进行系统化与专业化的分析与管理。部分一线施工技术人员安全意识与责任意识贫乏，对维护施工现场安全缺乏重视，这极大的增加了工程质量安全隐患。为此，施工企业应当全方位监管整个施工流程，严格约束施工技术人员的实际行为，强化其安全生产理念认知，从而促进工程建设的正常运转。
　　6  提升复杂地铁工程项目施工建设安全控制水平的具体策略
　　6.1  构建高灵敏度的危险源识别系统
　　在现代化城市开发建设过程中，针对复杂的地铁工程项目来说，危险源识别工作发挥着至关重要的作用。在施工组织与现场管理工作中，相关领域专业技术人员应结合实际需求，构建完整的危险源识别系统，动态识别地铁工程项目各施工环节可能存在的危险，进而采取切实可行的应对策略，从根源上消除危险，降低发生突发安全事故的概率。同时，施工企业要加大对施工队伍的管理力度，强化一线施工技术人员的安全责任意识，将安全生产作为核心目标。
　　再者，结合地铁工程项目的运转情况，定期组织施工技术人员参与危险源识别系统的实践操作培训活动，将安全生产管理制度落到实处，树立安全为主的工作作风。例如，某地铁工程施工企业，结合区域施工环境特征，在综合分析工程建设标准要求的前提下，构建完整的危险源识别系统。与此同时，相关技术人员应如实掌控危险源识别系统在不同建设周期的实践应用情况，并以此为基准，客观评估整个工程项目的潜在风险，制定完整的工程项目校对管理方案，最大限度的降低了工程风险系数。
　　6.2  构建完善的安全事故处理预案
　　针对复杂的地铁工程项目来说，在实际建设与质量管理过程中，应当制定完善的施工安全管理方案，有效消除工程建设阶段的潜在风险源，维护施工安全，确保建设工作的正常运转。通常情况下，在地铁工程项目建设环节中，采用施工建设与质量管理的工作人员，可采取施工动态监测、可视化识别，及与第三方监管机构相配合的方式执行风险识别与管理工作。例如，某地铁工程施工企业，根据工程项目规划设计方案，高效应用可视化识别技术，且依据实际监测结果，制定完善的安全事故管理方案。在实际工程建设过程中，施工技术人员在现场设置安全隔离带与警示标语，并配置了满足实际需求的风险预警装置，以此最大限度的维护了施工现场安全。同时，施工企业构建了完善的现场监督管理体系，积极推广精细化管理模式。此外，施工技术团队进一步加大了对复杂地铁施工现场的监管投入，旨在协调处理生产与管理的内在关联。针对设备不完整、线路损坏、操作失误和管理体系不完善等情况，管理者需对可能导致施工现场安全隐患的环节进行预判和分析。针对触电、高空掉落、毒气泄漏等问题，相关人员需在第一时间作出紧急预警响应，并积极执行预先设定的应急处理预案，快速准确定位事故发生的区域，然后采取有针对性、有策略性的处理措施，综合分析事故诱发因素，将损失降至最低。 　　6.3  积极执行信息化管理模式
　　伴随现代科技水平的提高与领域拓展，对于地铁工程项目来说，将云计算、大数据与物联网技术等尖端数据分析技术，整合应用到工程安全监督管理领域，可进一步提升管理工作的信息化水平，强化安全监管效果。例如，某地铁工程施工企业，在组织施工过程中，积极执行信息化管理模式，将复杂地铁工程项目数据信息融合到管理系统中，依托数据整合、分析与处理等多项基本功能，提高了数据查询与管理效率。基于此，施工企业需准确统计完工量，采用网络进度分析技术，生成完整的工程进度报表，统筹管理开挖工程、基础信息与围岩加固等内容，进而实现对整个工程建设流程的动态监管。
　　在地铁建设中设置完善的监控系统，通过设备监控及安全监控，应用信息技术监控地铁建设各项指标，达到实时监控的目的，第一时间发现地铁建设过程中出现的问题，合理采取各项措施，提高安全性及稳定性。在地铁实际施工过程中，容易受到各项环境因素的制约，对地铁运行加强管控，可以对地铁施工有一個精准的把我，可以较大程度上降低外借因素对地铁建设的影响，有效帮助相关部门的监督检查和质量控制。
　　6.4  灵活运用先进技术和工法
　　地铁施工的技术更新较快，工法和专利不断涌现，在施工建设中，要不断掌握施工的最新技术，及时更新，对于既有专利技术，要勤于革新创新，面对不同的施工条件和环境特点，灵活应用。对于有条件的项目，要设置专业科研人员，收集各项资料，研发出有助于地铁施工的新技术、新工艺，并积极推广。对于已被应用的施工技术，尤其是在围护结构施工、盾构施工、机电施工等方面的新技术，要及时更新，降低企业的施工成本，削弱复杂条件下的安全隐患。
　　7  结语
　　综上所述，地铁建设中的复杂条件涉及范围广、风险性较大、环境复杂、不可控条件多，针对复杂地铁工程项目建设工作来说，要找出主要矛盾和主要问题，从围护结构施工、盾构施工、信息化建设等多个方面，全面动态地监管整合工程建设与组织管理工作，综合分析各建设阶段可能存在的各类问题，然后结合实际需求，构建高效的危险源识别系统，建立健全安全事故管理体系，执行信息化管理模式，更新新技术新工艺，从而为复杂地铁工程优化升级提供可靠的技术保障，全面推动现代化城市建设进程，改善居民的生活品质，最终有效维护交通运输安全，促进国家经济的可持续发展。
　　参考文献：
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　　[2] 王炯辉.探析复杂地铁工程的施工安全控制技术[J].居舍，2018（31）.
　　[3] 朱建平.地铁工程施工安全与质量管理研究[J].山东工业技术，2017（1）.
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