城市轨道交通工程施工安全技术现状分析

城市轨道交通工程施工安全技术现状分析

苗晓波

中煤天津设计工程有限责任公司 300131

摘 要：近年来，我国的城市轨道交通工程迅速发展，建设的规模不断增大，因此对技术的要求也就越来越高。但是国内的现有建设经验不足，存在较多问题，基于此，本文将阐述城市轨道交通工程技术的现状，对国内的城市轨道交通工程施工进行分析，总结出在城市轨道交通工程施工中存在的高风险因素，探讨如何施工才能避免安全事故的发生，使我国的城市轨道交通工程施工技术得到进一步的完善。

关键词：城市轨道交通；施工安全技术；现状分析

为为了提高城市的活力，有必要不断完善城市的交通基础设施。城市交通作为城市生活的动脉，可以支撑一个城市经济的发展。在一些大城市中，有许多的人口涌进城市，人口密集就会导致人们频繁出行，因此城市的交通就受到了严峻的挑战。在城市的日常交通中，交通拥堵和道路混乱是一种普遍现象。当前，城市交通紧张的现象已经不能靠拓宽马路修建高架桥来缓解了，我们要建立一个三维的、多层次的、智能化的交通运输系统，一个以城市轨道交通为主体的公共交通网络，积极地引入一些可以承载大中型客运的轨道运输，例如轻轨、地铁等。在这个背景下，城市轨道交通工程得以迅速的发展。

1 国外城市轨道交通发展历史与现状

在国外，地铁已经历经了150多年的发展。在1843年，英国人皮尔逊（Pearson）提议建造一条地下铁路，1860年，世界上的第一条铁路于英国伦敦开始修建，在施工过程中，主要采用的是明挖法，铁路是单拱砖结构，1863年，英国第一条地铁建成并通车，铁路长度约为6.4千米，动力来源为蒸汽机车。在这之后，人口稠密的大城市逐渐在公共交通领域积累了经验。1879年，人们对电力机车的研究取得了成功，大大改善了地下客运的环境。从那时起，地铁建设焕发了新的活力。由此，世界上主要的大城市就开始建造地下铁路。

从1863年到21世纪，地下铁路经过了150多年的发展，地下铁路的施工技术不断地提高。伦敦地铁系统已成为世界上的经典典范。实现电气化后，伦敦地铁的发展在每一年都有新的进步。

美国纽约受到伦敦地铁建设的影响，于1867年建造了美国的第一条地铁。现如今，世界上地铁线路最长，线路最多的城市就是美国的纽约。在法国巴黎，地铁在1900年也开始建造。虽然比英国伦敦晚了近40年，但是巴黎的地铁却十分的发达。世界地铁建设的发展高峰期在第二次世界大战以后，现如今，已经有40多个国家成功修建了地铁，并且还有20多个国家的30多个城市也在正筹备或者修建地铁。

2 国内城市轨道交通发展和建设情况

在19世纪中叶，中国的城市轨道交通地下铁路项目开始发展，与国外相比我国城市轨道交通的发展晚了有100年。虽然起步较晚，但是我国城市轨道交通的发展却十分迅速。北京的第一条地下铁路始于1965年。2008年，北京奥运会开始举办，此时上海和北京的城市轨道交通里程分别达到了200公里和234公里。中国城市轨道交通建设的发展过程是曲折的，虽然发展迅速，但是目前正处于大建设的时期，还需要我国的科研人员和技术人员不断的努力。

改革开放以来，我国的社会经济和科技发展都十分迅速，国民收入也在不断增加，人们生活水平的提高带动了我国旅游业的发展，居民外出游玩的次数也会随之增加，这就会迅速的加剧城市轨道交通压力，导致供给能力严重不足的现象，在社会的经济发展当中，交通拥堵已经成为了一个限制因素。

因此，自1990年以来，中国政府不断增加对城市交通基础设施建设的投资，强调了城市轨道交通发展的重要性，并肯定了城市轨道交通的发展及其在城市发展中的积极作用。在这之后，我国的城市轨道交通进入了快速的发展阶段。在现阶段，中国共有36个城市向国家有关部门提交了城市轨道交通建设发展计划。计划建设96条轨道交通线路，全长250万米，总投资超1万亿元。不仅如此，在我国的经济发达地区，城市轨道的交通已经进入到了网络化的发展阶段，并且已经开始从城市往过渡到城际网。

3 城市轨道交通工程施工安全技术现状

3.1 国内城市轨道交通地下工程施工技术现状

（1） 盾构法

在1960年，相关科研人员开始研究盾构法的施工技术。上海隧道公司在上海测试了淤泥的粉土和质土，从而增加了地铁盾构隧道设计和施工的经验。施工中使用的盾构施工技术主要有敞胸手挖式，干出土网格式，水力出土网格式和土压平衡式。盾构施工技术的首次应用是在上海地铁的一号线。盾构施工技术的成功运用使得建设人员在软土地区进行地铁建设时可以多一些实际经验。另外，管片结构和管片接缝的防水技术也属于盾构施工技术。

（2） 浅埋暗挖法

浅埋法的首次应用是在北京地铁的复兴门折返。该技术主要包括小间距浅埋暗挖技术、大跨度浅埋暗挖技术和非开挖技术。浅埋暗挖技术的应用使得在施工过程中提高了对注浆和棚架辅助施工方法进行调整灵活性，以加固和保持间间隔土，从而减少隧道施工对周围建筑物的影响

（3） 明挖法

我国城市轨道交通建设的深基坑设计水平和施工水平随着地下基坑工程规模的不断扩大得到了发展和进步，为了能够充分的挖掘地层位移潜力，我国在轨道交通的建设中就考虑运用基坑工法。这是在时空效应的基础上对深基坑变形和稳定问题的考虑与解决。在工程的建设中，设计师要以工程施工现场的反应来进行相关参数的设计，确定工程的开挖和支撑顺序，对基坑的变形程度进行严格的控制。明挖法的主要支撑和防护类型包括水泥土围护墙，土钉墙，钢板桩，地下连续墙，高压旋转喷射墙，钢筋混凝土板桩，钻孔桩等。

（4） 辅助工法施工技术

在工程的建设当中还要对岩土进行加固，主要技术包括管棚支护技术，人工冻结技术，地下连续墙施工技术和旋喷桩技术。为了减少土壤的变形，渗漏和塌陷，可以使用盾构施工技术。这是一种注浆技术，主要包括在盾构初始端加固注浆、同步注浆，在盾构关闭期间加固注浆和更换工具，二次注浆，在施工通道之前加固注浆等。

3.2 国内外地下隧道工程施工技术的差距

（1） 地层稳定和地面沉降控制技术

国外的平衡式盾构土压传感器的设置是在土仓内完成的，并且配有能够迅速反馈和调整的机、电、液和计算机控制系统，因此在一般情况下，地层的稳定都能够得到很好的保障。我国平衡式盾构主要是由对土仓内的压力值进行预先的设定，进而达到地层的稳定，在建设施工过程中是根据地表的沉降情况进行不断的调整的，这种土压纠正是一种滞后式的纠正方式。在施工中，上层土的应力较为复杂，这种滞后式的土压纠正方式就会容易导致地面的塌陷或者隆起，容易造成安全事故的产生，并且也对工程质量也有着严重的负面影响。我国的土压纠正方式对地表沉降的控制效果取决于施工人员的经验，这就非常容易造成疏忽，安全隐患也较大。

（2） 盾构机结构设计技术

国外的盾构隧道掘进机更加先进，并且已经存在可以弯曲且多体的盾构，对曲率半径小的弯头的构造和一些辅助线隧道的构造可以很容易地完成。在掘进过程中能够进行灵活的转动，这样开掘出来的隧道就能够做到空间相对位置多样。然而在目前，中国的盾构隧道掘进机主要是单体式的。盾构体由钢体制成，对运动的限制会随着横截面尺寸的增加越来越严格。在设计和建造隧道弯道时，可能会出现问题。由于盾构的横截面为单孔，因此对于双线隧道的施工，必须将其分为上下两行以进行独立施工，这对于设施相对拥挤城市的隧道设计非常不利。

（3） 液压推进与导向技术

国外进行盾构的施工时，在重要的部位，如开挖面，盾构周边等设置监测点，及时收集盾构的运行状态，地面扰动，土压力等信息，并且把这些数据传送到信号处理计算机，计算机处理和分析这些数据，然后将其发送到液压系统，以实现信号的控制以及盾构的推进和引导的自动控制。该方法基本实现了无人值守的精确控制。国内进行盾构施工时，一般会采用进口的土压探测与传感装置，并且国内的施工没有对地表变形和运动轨迹的实施反馈控制，容易造成数据传输的延误，在处理问题时相对滞后。

（4） 衬砌技术

在现阶段，日本和欧洲已开始采用挤压混凝土衬砌施工方法代替传统的管片衬砌方法，新型的衬砌技术不仅能够节省施工成本，并且还可以提高施工质量。在国内，在将混凝土节段装配到隧道衬砌中时，主要使用管片拼装技术。回转机构由中央支撑，水平移动的液压缸和径向方向构成管片组装系统。尽管已经可以使用机械对管片的移动进行精准操作，但仍需要人工的手动操作来对准和组装管片节段，手动组装管片时，需要花费大量的挖倔作业时间，工程的进度和质量就会受到极大的影响。

（5） 防水和同步注浆技术

在中国的盾构施工中，防水技术主要采用的是环形图像和纵向膨胀橡胶。然而在国外，土木防水油布和其他技术已被用于进行防水工作。同步注浆技术是一项重要的技术，能够实现对地层变形和沉降控制，并且能够随着盾构的推进，及时填盾壳外径和衬砌管片外径之间的间隙。同步灌浆系统主要包括单液灌浆系统和双液灌浆系统。尽管单液注灌浆系统很简单，但是对浆液的要求很高，并且配置浆液的难度较大。双液灌浆系统由两组浆料存储桶和注浆泵组成，虽然更复杂，但可以及时填补和硬化空隙处，解决了单液灌浆系统中浆液凝固过快或过慢的问题。它避免了凝结太快，导致浆液阻塞系统，管道未充分填充以及凝结太慢，导致轴线变形，地面变形并引起额外的沉降的情况。

（6） 车站深基坑开挖支护

对于全过程机械化技术、预切槽法施工技术、数字化掘进技术等等一些先进的技术，我国还并未完全掌握，仍然存有非常大的进步空间。我国应该积极地向国外进行学习和借鉴，提高在施工当中的安全性和准确性，使我国的城市轨道交通的施工技术不断地发展和完善。

4 城市轨道交通工程安全技术领域的成果及其分布状况

4.1 城市轨道交通工程安全技术研究机构的分布

（1） 盾构及掘进技术国家重点实验室

该实验室是于2012年由国家的科技部进行批准建设的重点实验室，依托单位是中铁隧道集团有限公司。该实验室是河南省盾构以及掘进技术国际联合实验室，它主要由三个主要研究方向和十一个实验系统，以及一个技术安全系统，保卫系统，技术培训系统和科研管理系统组成。

（2） 上海市隧道工程轨道交通设计研究院

该研究院具备隧道与地下工程和轨道交通A级勘测，设计和咨询的资格。成立俞家康设计大师工作室，中国科学院孙钧研究院，中国工程院刘建航研究室。经过产、学、研的结合，该研究院在软土隧道综合技术设计，城市轨道交通总体技术和主要专业领域的研究能力已经基本达到了国际先进水平。

（3） 广州地铁设计研究院有限公司

该研究院成立于1993年8月，是广州地铁公司的全资子公司，主要从事城市轨道交通、建筑、市政、人防规划、环境工程、设计、测量、研究、咨询等业务。并且该设计研究院还是一些隧道设计轨道的国家标准的主编或编辑，例如地铁设计规范，城市轨道交通隧道结构安全保护技术规范和直线电机轨道交通设计规范。

4.2 城市轨道交通工程安全技术研究成果的分布

（1） 《城市轨道交通土建工程建设安全风险评估与控制》

该文献由北京安捷工程咨询有限公司编著。在文献中说明了城市轨道交通风险管理的实践成果，在对管理体系进行深入研究的基础上，对城市轨道交通施工的风险评估与控制方式进行了总结，对于一些风险评估的方法和案例也有了详细的介绍，研究了如何构建一个高效率的平台和风险监控中心。

（2） 《D-InSAR技术在城市轨道交通变形监测领域的应用》

该文献主要是研究北京地铁的六号线。对沿线的地面沉降情况进行测试和对比。探讨了D-InSAR技术在城市轨道交通建设中的应用。为今后的工作提供理论支持。

5 结束语

综上所述，城市的发展离不开城市轨道交通工程。但是在现阶段，我国的城市轨道交通施工技术虽然与以前相比有了大幅的进步，但是仍然存在许多不足的地方，在施工中容易对公共安全和环境造成负面影响，容易引起地表下沉，并且在施工中容易产生安全事故，也容易造成噪音污染。因此政府和相关部门就要充分的重视城市轨道交通工程，积极的建设相关科研机构，对地铁建设的新型技术和新型材料进行细致的的学习和研究，攻破我国在城市轨道交通工程的建设中存在的难题，加快我国轨道交通工程的发展进程，提高创新能力和安全水平。

参考文献：

[1]谭玉林,王海真.轨道交通工程安全管理机制[J].安全,2016(9):27-29.

[2]白磊.市政工程施工安全管理现状及对策探微[J].山西建筑,2017(3):237-238.

[3]梅荣娟.城市轨道交通建设工程质量管理体系[J].工程建设与设计,2018(6):245-246.