地铁施工监测技术与安全风险管理分析

马梓凯

（中铁科学研究院，四川成都 610036）

0 引言

对于城市轨道交通工程的施工而言，其不确定性和潜在危险因素，相较公路及建筑工程更多。为减少各种不确定因素所造成的施工风险，需采用地铁施工监测手段，根据监测到的环境信息，对可能发生的各种危险因素进行识别，提前发现和预防施工中的各种突发事件，以保证地铁工程的顺利进行。

1 地铁施工中的安全隐患管理

当前，我国的地铁工程建设对人们的正常生产和生活都带来了一定影响，因而对工期长、投资巨大的工程而言，要求也更高，但在施工过程中，仍然存在着许多无法预料的风险因素，安全类问题仍屡见不鲜。城市轨道交通工程的施工重点，在于加强施工的技术管理和安全管理。地铁工程安全风险管理，需运用先进的技术与施工人员结合起来，做好地铁施工的安全风险监控。根据以往的工作经验，对存在重大安全隐患的问题，应进行相应的风险评估，使管理工作达到最优，从而提高控制效果[1]。

在城市轨道交通工程施工前，监理人员要对整个工程进行初步的风险评估，深入了解施工的基本情况，并制定相应的安全措施，以便在施工中发生安全问题时，及时采取措施，以确保施工过程的安全性和稳定性。在对安全事故进行风险控制后，应不失时机地进行经验总结，以便为其他相关项目提供借鉴，确保人员的生命和财产安全，增加项目的经济效益。

2 地铁施工监测技术

2.1 三轴地震监测技术的研究

在城市轨道交通工程施工时，往往会引起震动，对地下隧道和地铁系统造成不良影响。在隧道建设中使用的某些工艺和设备，比如爆破或隧道挖掘，会引起地表的震动，对已完工的隧道或地铁系统带来破坏。若因地面建筑或隧道结构的震动使建筑材料掉落至公路上或隧道内的铁轨上，在发现残骸并修补受损前，运输系统必然要停止运行[2]。

三轴地震监测器的监测系统可以记录振动及过高的气压，设备记录的环境数据可以及时被查阅，并在问题出现前对地铁工程进行调整。通过电脑、智能仪表、平板电脑或智能电话来查阅相关的系统数据，系统还可以保存历史数据，供日后查阅。三轴地震探测器的监控系统是由多种传感器组成的，该监测系统安装速度快，配置简单，与之相匹配的电缆长度最大可达1000m，技术人员可以在地铁工程以外的区域进行监测。

2.2 地铁工程自动化监控系统

由莱卡公司研制的自动化监控系统，可对地铁建设中地面环境信息进行持续监控。该全自动监控系统包含地震计、记录振动传感器、监控所选结构的倾斜计等高精度元器件。将系统安装在挖掘支撑墙上或邻近建筑的有效范围内，用以监控其侧向位移。这套系统能准确地测量地铁施工中的隧道墙体，为施工方提供任何可能对地面、地下建筑和工作人员造成威胁的警报信息。

2.3 支承轴向受力的监控

内支承是基坑支护结构中的核心部件，对基坑的变形有很大影响，内支承的稳定性也是影响基坑施工安全的重要因素。对支承轴力的监测，宜选用基坑变形大或支承薄弱的部位进行；监测断面布置与相邻桩横向位移监测点，共同构成监测断面；钢支撑采用轴力传感器监测时，应将轴力传感器布置在钢支架末端；采用钢筋检测时，可将测点布置在混凝土支撑的中间或两侧支座之间1/3 的位置。

2.4 全球定位系统（GPS）

由于GPS 测量技术不受时间、位置等条件制约，且具有高精度、方便携带等诸多特点，在地铁工程监测中得到广泛应用。在实际应用中，GPS 设备可在隧道口、竖井等地点设置监测点，两个相邻的控制点需同时满足两个方向的视线，其他控制点需具有方向的通视性，部分监测点需与水平点重合。在GPS 测量数据的检验上，可通过电磁波测距实现对邻近点的测量[3]。

3 地铁工程的安全风险管理与控制

3.1 地铁工程建设中的安全管理范围

地铁建设项目属于耐久性较强的建筑类工程。在建设中，必须对其进行强度、风险评估等安全监控活动。地铁建设项目的施工安全管理主要包括：

3.1.1 设计过程中进行安全管理

对地铁建设项目进行空间定位、环境属性的检验，若不符合设计要求，要及时采取措施，严重的要拆掉或改建，想要使地铁建设工程符合设计要求，必须仔细研读图纸，多与设计单位沟通，以保证工程质量，减少施工风险。

3.1.2 施工期间的安全管理

地铁工程建设中涉及的各个领域，包括施工材料、施工中的工程、各个地点的隐蔽工程等，均要进行监控，避免出现安全隐患。建筑工人进行操作时，要做好技术交底，加强工程技术的培训，并制订新技术、新工艺等施工方法的具体规范。

3.1.3 施工验收过程中的安全管理

在完成地铁建设项目的建设后，要对所需的材料，施工期间的各类施工指令、验收报告、验收记录等进行整理、汇总，并在验收时将其与竣工图纸一并交由验收机构进行验收。

3.2 明晰安全管理的目的

任何工程项目都无法完全规避施工风险，而施工中安全事故的发生往往是安全管理相对薄弱的地方。只有建立健全的安全管理制度，加强安全风险意识，并采取相应的防范措施，才能有效规避风险。在进行安全管理系统建设时，应从以下几个方面综合考虑：

首先，在工程规划阶段，要加强对工程选址的重视，对周围的环境进行调查，掌握施工现场的地质状况，进行岩土性质的勘探，保证施工的顺利进行，降低施工中的各种危险因素；

其次，在工程设计阶段，应确保设计方案符合地质和岩土工程的要求，全面分析施工的可操作性和安全性，制订安全施工规范，确保工程的施工环境安全；

最后，在工程建设阶段，应严格按照设计方案施工，分析各种危险因素及隐患，制定有针对性的施工方案。

3.3 制定标准的安全管理机制

3.3.1 建立健全检测和管理制度

地铁工程建设项目的安全风险检测，应运用先进的技术和科学的管理手段，构建一套完善的安全风险检测标准，提高地铁工程建设工程的安全性、有效性。

3.3.2 加强对检验员的技术训练

在建立地铁建设工程风险监控管理系统后，应选择专业人员进行技术监控。实行安全风险监控和监督管理责任制，明确监理人的职责，加强对安全风险的关注，确保对地铁工程建设中的安全风险进行监控。

3.4 加强工地的安全管理

3.4.1 建筑工地的人员管理

地铁工程建设中，施工现场仍然是安全风险监控的重点。一般情况下，对施工现场进行全面、有效的安全管理，80%以上的事故都能避免。应在施工工地的醒目地方摆放警示物、安全标语等，增强施工人员的安全意识，在施工工地的入口处放置总平面图、文明施工管理制度牌等。在施工现场，要设置封闭的围栏，对入场的工作人员做好安全措施，必须戴安全帽才能入场，进行掘进作业时也要有安全防护措施，危险岗位必须持证上岗，加强施工安全管理[4]。

3.4.2 建筑工地的设施管理

地铁工程建设中，各种设备都需要大量用电，所以应做好防雷、防火的相关工作。定期对工程机械进行检查和检修，绝不使用淘汰的危险设备。根据要求进行防护的洞口、临边等部位施工时要谨慎，及时进行检测与维护。

3.4.3 建筑工地的物料管理

在地铁工程建设中，所涉及的施工材料种类繁多、数量庞大，若没有进行有效的安全风险管理，极易发生安全事故。对建筑物料的安全管理，应先建立专用的物料堆放场地，在储存物料时由专人负责分拣、堆放。在购买施工材料时，须选择质量有保证、安全有保障的材料，确保地铁工程的质量。

4 隧道工程监控技术的具体应用

以某地铁建设项目Ⅲ-TS-10 段为实例，工程为四号线二期工程：唐家沱站（不含）—石船站，线路主要位于江北区和两江新区龙盛片区，串联了唐家沱组团、鱼复工业园和龙兴工业园。四号线二期线路全长约32.8km，地下段长约21.25km（含铜锣山长达隧道一处，约2.8km），高架段长约11.45km，过渡段长约105m，全线共设14 座车站，平均站间距约为2.3km。其中，高架站4 座，地下站10 座，全线与四条轨道线路换乘，分别在干坝子站和生基堡与规划八号线换乘，复盛站与规划十一号线换乘，普福站与规划十四号线换乘。四号线二期设两座主变电所，分别位于干坝子站和普福站，设石船车辆段一座，位于终点站石船站东北侧，该车辆段与规划十一号线车场共址，占地面积约63.8 公顷，其中四号线石船车辆段占地面积约32.3 公顷。

工程为高石坎—复盛区间明挖段，右线起点里程为YK45+697.915，终点里程YK45+911.905，右线长213.99m；左线起点里程ZK45+697.915，终点里程为ZK45+911.905，左线长213.99m。区间明挖段基坑长度约214m，宽为24.5～31.6m，深度为15.6～25.1m，支护方式为钢筋混凝土支撑，该工程均采用非爆破开挖。通过对地基进行有效监测，可以充分发挥地基对基坑变形的控制作用，从而达到保护环境和满足各方利益的目的。

4.1 围护结构的横向位移与沉陷监测

基坑开挖过程中，围护结构的横向位移是监测的重要环节。在建筑物的顶部设置测量点，在柱子上安装膨胀螺母，或在水泥还没有凝固时将螺母嵌入。测量点间距应与监控断面保持一致，与施工场地的实际条件相适应。用经纬仪测量桩顶部的水平位移，应采用正面交叉的方法。

4.2 对基坑地面沉陷的检测

在地铁建设过程中，开挖引起的沉降量是影响施工质量的重要因素，采用精确的水位计进行实时监控，可以保证车辆和行人的安全[5]。沉降观测必须先设置基准。在工程正式开始前，应充分考虑相关文件、规范、现场情况和其他相关数据，并在GPS 和引线点附近设置观测参考，形成完整的观测网。沉降观测可采用复合路径或封闭路径进行，便于来回地同时，也保证了参考点的稳定性。若基准点正常且未出现位移，应每3～5 个月进行一次基准点稳定测试，并保证测量结果的准确度。

在进行沉降观测后，要采用相同的度量单位及标准，根据指定的频率进行观测。在该项目中，采用的是L132-C 型测微仪（0.1mm，配有钢尺），对车站进行了现场观测。沉降观测的原始数据采集为：在相同的水平路径上进行两次观测，若差异小于±0.1mm，则将其视为初始值。在观测的时候，还要对天气、工地和进度进行详细记录，以便数据可以在日后随时进行分析。为保证夜间观测的精确度和安全性，需为工作人员配备必要的防护装备和夜间工作电源。同时，还要注意以下几点；

其一，施工单位在施工过程中应密切关注基坑周边环境的变化；

其二，限制周边的大型车辆，减少动静荷载对基坑安全的影响；

其三，加强施工阶段的巡查工作；

其四，施工方应切实做好监测点的保护工作，保持数据连续性，指导施工。

4.3 支承轴向受力试验

安好钢梁后，应根据设计标高及平面位置的有关规定，绘制钢围梁和钢支架端挡板的交叉中线。根据轴力传感器的断面尺寸及中心线的位置，绘制出轴力传感器的安装位置。采用电焊方法分别焊接一个限位圆环，确保其高度为6cm，内径应大于轴力传感器的直径5mm。而后，将轴力传感器插入钢梁的限位圆环中，与钢支架的末端限位圈与轴力传感器相结合。安装好轴力测试仪后，须对引线进行相应的防护[6]。

4.4 对周边构筑物和管线的监测

对于因施工引起的周边构筑物的不均匀沉降，在开挖作业中，监测频率通常是一日一次，主体工程为每三日一次。在围护结构施工前，要对现场及周边进行详细地勘察、记录，并利用数码相机通过拍摄、录像等手段对其进行跟踪，以便掌握其表面的细微变化。

5 结语

地铁工程施工过程中，由于各种不可控制因素的干扰与影响，使地铁工程施工具有高风险性。如何应用科学、完善的监测技术，对地铁施工现场进行监测，并采取相应的安全风险管理措施，是保证工程建设顺利进行的关键。