几起城市地下工程事故对比分析

　　几起事故概况：

　　2003年7月1日，上海地铁4号线浦西联络通道发生特大涌水事故。大量流砂涌入隧道，引起隧道部分结构损坏，周边地区地面沉降严重，导致黄浦江大堤沉降并断裂，周边建筑物倾斜、倒塌（图1）对周围环境造成严重破坏。事故造成直接经济损失约1.5亿元人民币。

　　2004年9月25日，广州地铁2号线延长段琶洲塔至琶洲区间工地基坑旁的地下自来水管被运泥重型工程车压破爆裂，大量自来水注入基坑并引发大面积塌方，塌方面积超过400m2，此事故导致琶洲村和教师新村数千居民的用水近8h处于停水状态。

　　2006年1月3日，北京东三环路京广桥东南角辅路污水管线发生漏水断裂事故，污水大量灌入地铁10号线正在施工的隧道区间内，导致京广桥附近三环路南向北方向部分主辅路坍塌，车辆被迫绕行，虽未有人员伤亡，但造成了重大经济损失和恶劣的社会影响。

　　2007年2月5日，江苏南京牌楼巷与汉中路交叉路口北侧，南京地铁2号线施工造成天然气管道断裂爆炸，导致附近5000多户居民停水、停电、停气，金鹏大厦被爆燃的火苗“袭击”，8楼以下很多窗户和室外空调机被炸坏。

　　2007年3月28日，位于北京市海淀南路的地铁10号线工程苏州街车站东南出入口发生一起塌方事故，此事故导致地面发生塌陷（图3），并造成名工人死亡。

　　2007年11月29日，北京西大望路地下通道施工发生塌方，导致西大望路由南向北方向主路4条车道全部塌陷，主辅路隔离带和部分辅路也发生塌陷，坍塌面积约100m2，此事故虽未造成人员伤亡，但导致该路段断路，交通严重拥堵。

　　以上几起事故仅仅是中国城市地下工程建设事故的缩影，实际发生事故的数量是惊人的，其中造成巨大经济损失、引起严重社会影响的例子不胜枚举，这使我们深刻认识到在城市地下工程建设中面临着巨大的挑战。

　　事故原因：

　　1、工程地质及水文地质条件异常复杂

　　由于地下工程的隐蔽性，地质构造、土体结构、节理裂隙特征与组合规律、地下水、地下空洞及其他不良地质体等在开挖揭示之前，很难被精细地判明。此外，城市地下工程埋深一般较浅，而表土层大多具有低强度、高含水率、高压缩性等不良工程特性，甚至有的土层呈流塑状态，不能承受荷载。大量的试验统计结果表明，岩土体的水文地质参数也是十分离散和不确定的，具有很高的空间变异性，这些复杂因素的存在给城市地下工程建设带来了巨大的风险，也蕴含了导致安全事故的根本因素。

　　2、工程结构自身复杂

　　根据城市发展的需要，城市地下工程建设面临着开挖断面不断增大、结构形式日益复杂、结构埋深越来越浅的技术难题。地铁车站、地下商场、地下停车场和地下仓库等地下工程，其跨度尺寸均达到10m甚至20m以上，而且结构复杂，施工中力学转换频繁。随着地下工程埋深的减小，施工对地面的影响越来越大，在超浅埋条件下，开挖影响的控制与开挖方式、施工工艺、支护方法等众多因素有关，是地下工程施工中极为复杂的问题。

　　3、设计理论不完善

　　由于地质条件异常复杂，地下结构形式多样，地下结构体与其赋存的地层之间的相互作用关系至今仍不明确，使得目前的城市地下工程的设计规范、设计准则和标准均存在一定程度的不足，导致工程设计中所采用的力学计算模型及分析判断方法与实际施工存在一定的差异，因此，在设计阶段就可能孕育导致工程事故的风险因素。

　　4、工程建设周边环境复杂

　　城市地下工程所处的地理位置决定了其建设过程中几乎不可能与周围环境完全隔离，往往是在管线密布、建筑物密集、大车流和大人流的环境下进行施工，在这种客观环境条件下，决定了城市地下工程施工的高风险性，一旦发生事故，后果将非常严重。

　　5、工程建设决策及管理难度大

　　城市地下工程与其他工程项目相比，会遇到很多决策、管理和组织问题。从工程立项规划开始，就会涉及到如何选择合理的工程建设地址和技术方案，如何减少工程施工对周围环境的影响，如何评估工程建设的经济效益和社会效益等一系列问题，而每个问题的决策与执行都需要综合各种风险和效益后才能确定。

　　6、施工设备及操作技术水平参差不齐

　　城市地下工程建设队伍众多，施工设备及技术水平参差不齐。由于工程施工技术方案与工艺流程复杂，不同的施工方法又有不同的适用条件，因此，同一个工程项目，不同单位进行施工可能会达到完全不同的施工效果。施工设备差、操作技术水平低的队伍在施工中更容易发生意外安全事故。通过以上分析可以看出，由于城市地下工程赋存于高风险的地质环境和城市环境中，其致险因子多而复杂，一旦工程建设中某个环节出了问题，就有可能引发各类事故。

　　事故控制对策：

　　1、建立城市地下工程建设的安全风险管理体系

　　相对于结构本身而言，城市地下工程建设中，周边环境的安全风险更高，更应引起充分重视。城市地下工程建设的环境安全风险管理体系，应包括以下内容：①岩土工程勘察和环境调查；②环境安全分级；③邻近建（构）筑物的现状评估；④环境影响预测和安全控制标准的制定；⑤环境安全的专项设计；⑥环境安全专项施工方案的编制；⑦风险管理专家决策系统。

　　2、制定科学合理的安全控制标准

　　就目前的施工建设情况来看，在所有暗挖车站地表沉降均超过现行控制标准值（30mm）的情况下，无论是对工程结构自身，还是对周边环境的安全都没有造成明显的影响。由此可见，30mm的地表沉降控制标准不但不能为城市地下工程施工提供安全保障，相反，超过30mm的地表沉降控制标准后，施工需要继续进行，而此时却处于无标准可依的状态，这对施工本身及周边环境的安全控制极为不利，因此建立更加合适的控制标准是非常必要的。

　　3、采用信息化施工及动态控制

　　考虑到地下工程特别是大断面城市地下工程分步施工的特点，施工前应采用数值模拟及工程类比等技术手段，对施工引起的地层及周边建（构）筑物的变形进行预测分析，并基于变形的总体控制标准值，给出各阶段施工所允许的阶段变形控制标准值，在施工过程中，依据分阶段控制标准和总体控制标准，对施工进行动态调整，通过变形的分阶段控制，使得施工安全始终处于受控状态，从而最终达到变形控制的总体目标，以确保施工本身及周边环境的安全。