都市快轨交通 第20卷第2期2007年4月
土建技术地铁工程建设中的环境
安全风险技术管理体系
张成满 罗富荣
(北京市轨道交通建设管理有限公司 北京 100037)
摘 要 城市地下工程具有现场环境条件复杂、施工难度大、技术要求高、工期长、对环境影响控制要求高等特点,是一项相当复杂的风险性系统工程。在北京市地铁建设中施行的环境安全风险技术管理体系,其主要内容有岩土工程勘察和环境调查、环境安全分级、邻近建(构)筑物的现状评估、工程环境影响预测和工程环境变形控制标准的制定、环境安全的专项设计、环境安全专项施工方案的编制、监控量测系统等。
通过1年多的实施,该体系运转顺畅,可操作性较强,使建设工程的安全有了技术保障。
关键词 地铁工程 环境安全风险 技术管理体系
1 城市地铁工程概述
在城市中心繁华地区修建地下铁道,沿线邻近周边环境有桥梁、建筑和地下管线等,有许多建筑和地下管线年久失修,结构强度低,稍加扰动就会引起变形破坏。由于受环境限制和交通要求,新建线路不可避免地要从这些高架桥、人行天桥的桩基侧面或下方穿过,或从高层建筑下、管线下通过,新建地铁工程不得不邻近既有建(构)筑物修建。不论采用明挖法、浅埋暗挖法还是盾构法,由于施工期间的施工降水、土方开挖等,必将引起周围地层中地下水位变化和周围土层应力场的改变,导致周围地层土体的变形,从而造成邻近建(构)筑物和地下管线的下沉、位移和倾斜,对相邻建筑物、构筑物及市政基础设施的安全构成威胁。
对于无特殊环境要求的一般地下工程,安全风险控制的重点是地下工程自身结构的稳定和安全,其支
收稿日期:2006-12-26
作者简介:张成满,男,高级工程师,从事地铁建设管理.zh ch m a n@ so https://www.doczj.com/doc/f717814954.html, 护结构和地表沉降的允许变形标准主要与地下工程的施工难度和工程地质、水文地质条件有关,有相对成熟的经验可借鉴和相对统一的变形控制标准。而对于邻近建(构)筑物的城市地下工程,在保证工程建设自身安全(不坍塌)的基础上,还应保证周边环境的安全,其支护结构和地表沉降的控制标准主要与周边建筑物、构筑物、地下管线等抵抗变形的能力有关,控制标准应根据周边环境的具体情况分别制定,没有统一的标准规定。根据有关资料调查,由于地下工程施工造成地层过大位移导致相邻建筑物倾斜、道路塌陷、管道断裂错位的实例颇多。因此,城市地下工程是一项风险性工程,是一个相当复杂的系统工程,在城市地下工程建设中,建立一套完善的工程建设环境安全技术管理体系是十分必要的。
2 城市地下工程的主要特点和施工难点
与铁路、公路、水工等山岭隧道相比,城市地下工程具有以下特点和难点:
(1)对地下工程开挖和支护技术提出了更严格的要求,不仅要确保围岩的稳定,满足支护结构的强度要求,还要满足变形控制的要求,以确保周围的已有建筑、地下管线及道路等安全。
(2)城市地下工程大都位于市区,而市区的建筑密度大,人口密集、交通拥挤、施工场地狭小,工程施工的条件均很差。一旦出现事故,造成的经济损失和社会影响往往十分严重,具有较大的风险性。
(3)由于缺乏既有建(构)筑物的允许剩余变形能力的定量数据,且目前国内对既有建(构)筑物评估机制、评估指标体系和方法并不成熟、规范,给设计、施工和管理带来很大困难。
(4)目前国内地下工程施工对周边环境影响的预测技术的计算理论、方法还不完善和成熟,事前的安全
都市快轨交通 第20卷第2期2007年4月
性判定比较困难,因此,过程安全风险的控制显得更为重要,要求实施全过程的监控量测和信息化施工。
(5)城市地下工程施工与既有建(构)筑物之间是相互影响的,地下工程的施工必然会对邻近既有建(构)筑产生影响,而邻近既有建(构)筑的存在也会影响到地下工程的施工和安全。
(6)城市地下工程围岩软弱,自稳能力差,遇水易失稳,常常会受到管线渗漏水等许多不利条件的影响,事故的发生往往具有突发性。
3 环境安全风险技术管理体系
城市地下工程施工对周围环境影响的大小与许多因素有关,它与勘察、设计、施工、工程监测及工程管理、自然条件等因素都有密切关系。其环境安全风险的技术控制应贯穿岩土工程和周边环境的勘察和调查、设计和施工等全过程,各阶段都应有针对性地采取有效的预防和控制技术措施,确保工程在保护好既有建(构)筑物的前提下顺利实施。为避免和减少环境安全事故的发生,北京市轨道交通建设管理公司建立了环境安全技术管理体系,采取了环境安全风险的分级管理制度和专家评审把关制度,实行了环境安全的专项设计、环境安全专项施工方案的编制,以及在施工前安全风险的预评估和施工过程中的安全风险评估等技术措施。现将该体系的主要内容介绍如下。
3.1 岩土工程勘察和环境调查
在工程前期,由建设单位委托勘察单位对地铁沿线的地理与环境、工程地质条件、水文地质条件、土的工程性质、场地和地震效应等进行勘察和评价。同时,委托勘察单位或环境调查单位对地铁沿线毗邻区域内的周边环境情况进行勘察和调查,环境调查的内容主要包括邻近建(构)筑物的种类、规模、修建年代、结构型式、材质、质量状况、安全状况、工作状态、与地铁的位置关系等。对岩土工程勘察报告和环境调查报告采取专家评审制度,对不符合要求的勘察资料和环境调查资料,应进行补勘和补充调查。
在工程设计阶段,工程设计单位在设计前应组织有关设计人员进行现场踏勘,对岩土工程勘察报告与工程环境调查报告的准确性和完整性进行核查。在工程施工阶段,施工单位在施工前应结合设计文件对工程影响范围内的建筑物、地下管线等周边环境情况进行全面的核查。对不符合要求的勘察资料和环境调查资料,不得据以进行地铁工程的设计与施工。3.2 环境安全分级
北京轨道交通工程建设环境安全采用分级管理制度。结合工程特点和环境特点,环境安全分特级、一级、二级和三级进行管理。
环境安全等级根据工程经验,参照下述定性规定进行分级。
特级环境安全风险:指下穿既有轨道线路(含铁路)的新建工程;
!一级环境安全风险:指下穿既有建(构)筑物、上穿既有轨道线路的新建工程;
?二级环境安全风险:指临近既有建(构)筑物、下穿重要市政管线及下穿河流的新建工程;
#三级环境安全风险:指下穿一般市政管线及其他市政基础设施的新建工程。
进行工程建设环境的安全分级时,可结合工程特点和环境特点,在充分调查研究及分析的基础上,可以把某一等级的环境安全风险工程项目按高一个等级或低一个等级进行安全风险管理。
3.3 邻近建(构)筑物的现状评估
为了解邻近建(构)筑物和市政基础设施的当前工作状态,并为环境保护的控制标准和设计方案的制定提供依据,要对工程影响范围内的重要邻近建(构)筑物进行现状评估,评估项目和评估内容根据工程的具体情况确定。评估工作由建设单位委托具有相应资质的专业评估单位,依据相关规范、规程进行评估,评估单位要对既有建(构)筑物的现状安全性和剩余承载能力或剩余变形能力做出评价。
3.4 工程环境影响预测和工程环境变形控制标准的制定
设计单位应结合工程的设计方案,采用数值模拟分析、工程类比等分析方法进行新建工程施工对近邻建(构)筑物所造成的附加荷载和附加变形影响的分析预测,并把分析预测值与建(构)筑物现状评估结果做对比分析,判断设计拟所采用的施工工法、支护结构等能否满足邻近建(构)筑物所允许的剩余承载能力和剩余变形能力,为比选和优化设计方案,以及制定既有建(构)筑物保护的变形控制标准值提供依据。
工程环境变形控制标准由工点设计单位负责制定,其制定依据和原则如下。
(1)国家、部委、地方政府部门所颁发的有关技术标准、规范、规程。
(2)环境现状评估所允许的剩余承载能力和剩余
地铁工程建设中的环境安全风险技术管理体系
变形能力。
(3)工程类比。
(4)按?分区、分级、分阶段%的原则制定绝对沉降和差异沉降的?双控%标准,并按预警值、报警值和极限值三级控制。预警值取为极限值的70%,报警值取为极限值的85%。
对?工程环境的影响预测和工程环境变形控制标准%采取专家评审论证制度,按照环境安全等级组织不同层次、不同级别的评审。
3.5 环境安全的专项设计
对于一级和特级环境安全风险点,应进行环境安全的专项设计,并单独成册。环境安全专项设计的内容主要包括:工程环境现状评估、地铁施工对环境的影响预测、工程环境变形控制标准(含阶段变形控制标准)、环境安全风险控制的工程技术措施设计、环境安全保护措施设计、环境安全专项监控量测设计、专项预案设计及环境安全风险控制的其他有关设计内容。对环境安全专项设计采取专家评审制度,让专家组对专项技术方案进行论证评审。经论证,在技术经济上切实可行后方可实施。
3.6 环境安全专项施工方案的编制
土建施工单位应根据环境特点、设计文件和有关技术标准、规范、规程,以及以往施工经验,针对不同的环境危险源分别编制环境安全专项施工方案。环境安全专项施工方案的审查应严格执行建设部&危险性较大工程安全专项施工方案及专家论证审查办法?的有关规定。
3.7 监控量测系统
为掌握地铁施工对周边环境的影响程度,及时发现和消除施工对周边环境产生的隐患,在土建施工过程中要对周边环境实施全过程的安全监测及安全风险控制。
在土建工程施工过程中,土建施工单位应按照设计文件中的监控量测要求,对支护结构的位移、变形、受力情况及邻近既有建(构)筑物和市政基础设施的沉降(变形)实施土建施工全过程的完整监测,提供及时、可靠的信息,用以评定深基坑施工期间周围地层和支护结构的稳定性及对周边环境的影响,并对可能发生的危及施工和环境安全的隐患或事故提供及时、准确的预报,避免支护结构破坏和环境事故的发生。
对重要的邻近建(构)筑物,在施工单位对施工过程环境安全监测的基础上,应由建设单位委托独立于产权单位、承包商和监理及设计代表,且具有相应资质的专业单位,依据相关规范、规程对周边环境实施独立、公正的第三方监测。第三方监测单位负责为建设单位提供独立、客观、公正、及时和可靠的监测数据和信息,负责地铁施工对周围环境影响程度的评定,对可能发生的危及周边环境的安全隐患或事故提供及时、准确的预报。
对各级环境安全风险点,土建施工单位和第三方监测单位都必须按施工图的专项监控量测设计文件实施监测,且各监测方必须做到同点监测。
4 实施效果和存在的问题
通过1年多的实施,该体系运转顺畅,可操作性较强。北京地铁4、10号线和机场线的环境安全风险点都按照该体系的要求进行了技术管理,并已逐步程序化和规范化。纳入环境安全体系进行管理的上百个风险点,至今为止尚未发生一起环境安全事故,取得了良好的环境保护效果。但在试行中也暴露出以下问题。
(1)在施工影响预测技术、环境保护控制标准以及监控量测信息化管理系统等方面还需做进一步的研究工作。该体系的运行,尚需相应技术规程、技术指南的配套支持。
(2)由于在目前的工程投资概预算中未单列环境安全风险评估费用,给环境安全风险的评估和控制工作带来一定困难。
(3)环境安全等级的划分有待进一步优化,宜采用定性和定量相结合的方法。
(4)社会上缺少有资质的专业评估咨询单位。
5 结语
尽管困难重重,北京市轨道交通建设管理有限公司在国内已率先建立了环境安全技术管理体系,并已得到有效运行和实施,使建设工程的安全有了技术保障。针对目前还存在的问题,专家呼吁,国家有关部门应尽快建立健全环境安全风险管理制度,明确参建各方的法律责任,成立多家具有资质等级的专业评估咨询单位,并在工程投资概预算中应单列环境安全风险评估及相关费用,专门用于环境的现状调查、环境现状评估、工后评估、环境影响预测、环境变形控制标准的制定以及施工过程中环境安全风险的控制工作。同时,应开展多层次的培训活动,多开展技术交流,组织编写相应的技术规程和技术指南等。
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深圳地铁3号线杂散电流实时监测系统据库中的数据调用查询,可实现对各监测点杂散电流
状况的了解,预测轨道沿线钢结构的电腐蚀状况、判断钢轨的连接状态及参考电极的状态等。软件采用汉字化界面菜单,人机对话方便灵活,根据在屏幕上提示的操作信息,操作人员可以设定、查询传感器的工作参数。
4 结语
本文通过对地铁杂散电流的形成及其影响的分析,提出了一种分布式集中监控杂散电流的方法,并设计研制了一套地铁杂散电流监测的实用系统。该系统具有结构简单、安装方便、性能可靠等优点,并于2006年9月初已经在深圳地铁4号线试运行,至今运行情况良好,监测数据准确,实现了杂散电流在线监测的目的,为杂散电流的防护提供了很好的依据,即将正式投入使用。参考文献
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S tray Current Monit oring Syst e m on Shenzhen Metro L i n e3
L i Zhenfang W ang Fur ong Xu Congyi ng
(Southwest Jiaotong U n i versity,Che ngdu610031)
Abstr ac:t By anal yzi ng the causes and hazards of stray curren,t th is pa per proposes t he data of m on itori ng a nd poi nts out its m i portance.A set of stray curre n t m on itori ng syste m w as des i gne d i n accor dance w ith the requ ire m ents for m on it ori ng the stray c u rr en t i n Shenzhe n sub w ay.The syste m foll o w s the ce n tralized d i stri butional m on itoring pri nci p le and consists of refer ence el ectrode,r oad net w or k test bed coll ecti on ter m i na,l elevated bri dge coll ecti on ter m inal net w ork testi ng,collecti on net w or k ter m i nal t unnel testi ng,s m art se nsor,c o mmun icatio n cab le,data(co mm un ication)ada p ter un it and PC m anage m e n t syste m,etc. The syste m also tr ans m its the data to the PC and realizes t he functi on of t he real tm i e m on itor.
Key w or ds:Shenzhe n subw ay;stray c urren;t r eal tm i e m on it ori ng syste m;P C
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参考文献
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Techni c alManage ment Syst e m of Environ ment al Saf et y Risk f or Metro Constructi o n
Zhang Chengman Luo Fur ong
(Be iji ng M TR Constructi on Adm inistration Corpor ation,Beijing100037)
Abstr ac:t I n the p r ocess of the develop m ent of ur ban ra p id rail tra ns i,t attentions have been pai d to env ir on m en tal safet y risk by all establish m ents.To avoid and elm i i nate t he occ urrence of the e nviron m ental safet y acci dents,Beiji ng MTR Constructi on A d m i n istratio n Cor porati on set up the syste m of the e nviro nm ental safety techn icalm ana ge m en.t The c har acteristi cs a nd diffic u lties of urba n under gr ound constr ucti ons ar e anal yzed i n the pa per,and t he m ai n contents of the syste m of the envir on m e n tal safety technicalm a nage m ent m i p le m en te d by Beiji ngM TR C onstr ucti on Ad m in i strati on C or porati on are i n tr oduced.
Key w or ds:m etro c onstr uction;e nviro nm ental safety risk;technicalm a nage m ent syste m