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国内地铁工程施工风险分析与风险管理
城市轨道的交通在世界已有100多年的历史, 世界上第一条地铁1863年在英国伦敦建成通车, 标志着城市轨道交通方式的诞生。从此以后在全球范围内的很多发达国家开始先后建设地铁, 现在地铁已经成为现代城市重要的公共交通方式。地铁成为衡量一个国家或城市现代化、 经济实力、 人们生活水平甚至综合竞争力的重要标志。
中国第一条地铁是北京地铁, 于1965年7月1日在北京西郊玉泉路开工, 1969年10月1日完工通车, 全长23.6公里, 共设17个车站。第一条北京地铁的建成标志着中国开始了现代城市公共交通的建设。其后中国地铁发展一度停顿。随着中国经济的快速发展, 1995年上海地铁一号线建成, 开启了中国地铁建设的新篇章。当前中国有包括北京、 上海、 天津、 广州、 深圳、 南京、 杭州、 沈阳、 武汉、 重庆、 成都、 苏州等十多个城市已先后开始地铁建设, 还有更多城市的地铁建设同时在设规划中。重要一线和二线城市的地铁近远期规划都在400-600公里。在”十一五”规划里, 政府制订了兴建1500公里地铁路网的目标, 5年间平均每年要修建300公里城市地铁, 1年几乎相当于过去的40年。
伴随着中国地铁建设在城市的蓬勃开展, 地铁建设中也暴露出了许多问题。各种媒体上不断报道的各种地铁事故, 告诉我们地铁施工中风险的存在。 上海四号线隧道坍塌事故记忆犹新, 四号线在黄浦江董家渡旁通道施工中发生旁通道坍塌, 同时导致周围建筑物损坏, 最终酿成了高约七亿人民币的重大损失。让人痛心的是地铁施工中还经常伴随着人员伤亡。我们不会忘记, 在 10月7日晚, 东城区地铁五号线崇文门站地下南侧小导洞施工现场内, 支架倒塌, 致使现场工人3死1伤; 3月28日北京四号线苏州桥站出入口施工中隧道坍塌, 酿成了6人死亡的惨剧。
为什么地铁施工中有这么大的风险呢? 现代城市地铁线路设计一般选择地下穿越居民区或商业区, 地铁线路无法规避稠密的建筑群, 同时为了出行方便, 地铁线路会特别选择从大型商场或写字楼下面穿过, 因此施工过程中对周围建筑的影响无法避免。地铁隧道或地下车站施工中很容易造成周围建筑的不均匀沉降, 进而造成周围建筑的破坏, 特别特殊情况下线路和建筑基础或桥梁桩基干涉, 需要进行桩基托换, 这对建筑的影响极大; 线路沿线的管线如水、 电、 气和通讯的迁移或保护是施工中不可忽视的风险, 2月南京二号线在汉中路牌楼巷与汉中路交叉路口北侧施工出现渗水塌陷, 造成天然气管道断裂爆炸; 地铁线路或施工组织设计都是基于地质勘查成果, 地质勘查采用地面钻孔来探查地质条件, 钻孔的密度和位置直接影响对地质条件的了解, 地质勘查报告是基于有限钻孔勘查结果做出, 但土体空间分布的变异性、 实验方法和计算误差, 都会造成土层空间分布和土层物理特性参数的误判, 从而导致设计的偏差, 使结构设计不当或安全系数降低, 这给施工组织带来很大潜在隐患; 复杂的地质条件使得施工组织极具挑战, 很难找到一种工法、 一种盾构机适用所有的地质条件, 同时地下流砂、 暗浜或沼气很容易造成隧道坍塌和人员伤亡; 丰富的地下水特别是承压水是施工中的大敌, 降水对周围建筑极具破坏性; 城市地铁网络意味着多条地铁的交汇, 交汇站的深度达20米甚至35米, 这给施工中的地下支撑体系带来很大的困难, 任何支撑体系的失效都会带来灾难性的事故, 典型的是发生在新加坡环线的钢支撑失效造成的重大事故; 超深的基坑和丰富的地下水使得地下结构的抗浮及其困难, 地下水降水不充分, 会造成基坑地板隆起, 甚至地板破坏涌水涌沙, 但超量的地下降水会造成周围建筑的超常沉降而破坏; 线路穿越河流是不容忽视的施工难点, 河水一般和地下水联通造成很高的水头, 极易造成隧道上浮变形破坏, 同时河床下的地质一般非常松软, 很容易造成流砂; 旁通道的施工是地铁施工中的重要风险点, 当前国内地铁施工一般采用冷冻法施工, 支撑体系依赖冻土强度, 冷冻土体的强度是经过冷冻温度和冷冻时间控制, 在施工中冷冻设备的正常工作至关重要, 任何冷冻设备的失效会造成冻土强度减弱从而导致隧道坍塌, 如果旁通道在河流下, 会造成灾难性的后果, 上海四号线事故就是典型的例子。毋庸置疑, 地铁施工是极具挑战的工作, 如何解决好以上风险是工程能否成功的关键。
瑞士再保险公司当前参与多条国内地铁工程, 我们会同国际上著名的风险管理专家、 隧道专家和地质专家进行了多个城市多条地铁的现场勘查和风险管理, 既发现了国内地铁施工中很多积极有效的经验, 也发现了存在的很多问题。本文重点讨论存在的问题, 以期引起大家的重视。
由于地铁建设的蓬勃发展, 许多城市都是第一次建设地铁, 地铁业主方主要作为未来运营方的角色参与工程建设管理, 地铁建设管理经验不足, 急剧发展的地铁稀释了有限的有经验的管理人员, 有经验的管理人员极其匮乏, 经常看到同一项目不同施工地点的业主代表分别从其它不同城市地铁公司或承包商招聘来, 她们分别用各自以前的经验进行现场管理, 同一条线不同工程地点以及不同线的管理水平参差不齐, 同时为了解决管理人员不足, 一些经验不是很丰富的技术人员进入到工程管理重要岗位; 大多业主方没有系统有效的工程风险管理体系和机制, 地铁工程涉及到多方参与、 地面地上交叉施工、 施工组织复杂、 设计变更多而且工期长, 系统有效的工程风险管理体系是工程按期、 按质和在预算内完成的关键; 施工方同样存在严重的人才缺乏的问题, 急剧扩张的国内地铁工程, 使得有经验的施工方管理和技术人员捉襟见肘, 大量经验并不丰富的施工队伍参与到地铁施工中来; 工程设计中很多地方采用了保守的设计, 但另外一些地方采取了非常激进的设计, 比如在车站基坑地板下软土体加固处理采用了局部加固, 基坑地板下土体是整个基坑支撑体系重要的结构, 局部加固当前国际上没有三维模型能计算其强度, 国际上一般采用稳健的加固方式即满堂加固方式, 这样能够有效避免基坑地板隆起和基坑坍塌风险; 业主、 设计方和施工方对关键节点如深基坑或旁通道等的设计变更比较重视, 而对临时工程设计变更不够重视, 大都有现场施工方根据经验实施, 这在给工程带来很大隐患, 比如基坑支撑体系的腰梁在某些工地没有统一设计, 有的没有加强筋板, 一旦荷载超出腰梁强度, 造成支撑失效从而导致基坑坍塌事故, 新加坡环城地铁坍塌就是典型的案例; 施工过程中的监控体系, 虽然大多地铁施工中都采用了第三方监测, 但当前没有做到真正的实时监测, 监测数据的反馈需要一定时间才能反馈到盾构机操作人员进行参数调整, 较长的时间周期会造成这期间周围建筑或隧道基坑的超常沉降变形; 同时对建筑物注重垂直沉降监测, 但对施工中土体对建筑基础的水平没有监测, 事实上建筑桩基础设计能够承受较大的垂直沉降, 对水平变形的承受非常薄弱; 承包商在地铁市场的过分竞争使得工程低价中标, 在施工中施工方缺少足够费用做风险管理, 转而采取激进冒险的方式”带病”作业, 给施工带来隐患; 紧张的工期也使得施工方没有工期做风险管理, 采取激进的施工方式在所难免。基于此, 我们不难理解为什么我们会经常在媒体上看到很多的地铁事故。
地铁施工问题不但在中国存在, 在世界上地铁施工也是极具挑战的工程, 我们从全球范围看看地铁施工的事故, 就更不难理解为什么地铁施工是一项极具挑战性的工程:

面对地铁施工中潜在巨大的风险, 我们应该如何应对呢? 风险管理是不可或缺的手段。所谓风险就是工程施工过程中可能影响到健康与安全、 环境、 设计、 设计计划、 设计费用、 工程建筑施工、 施工进度计划、 与建筑施工相关的费用、 第三者与现有设施等的不确定因素。风险管理就是要建立一套系统的动态的管理体系来管理工程中遇到的风险。风险管理是贯穿工程项目本身整个过程的活动, 从项目立项阶段、 可行性性研究阶段、 设计阶段、 招标阶段到施工阶段。越早开始对风险进行识别和管理, 对项目的积极影响越大。进行工程风险管理首先要确定工程的管理目标也就是工程按期、 按质和在预算内且不出重大安全事故前提下完成, 为保证总目标的完成, 在工程进行的不同阶段要设立不同的目标。根据工程在不同阶段的目标, 制定详细的风险管计划和流程。必要时请专业的工程管理专家实施。在工程整个过程中要在不同阶段对不同项目进行风险识别、 对评估分析、 找出风险解决方案并实施, 同时做好记录以便于进行追踪管理。这是个动态的过程。施工过程中风险是根据施工过程不断动态变化, 这就要求我们的风险管理工程也是动态工程, 实时实地解决可能的风险把项目风险降到”最小可能的程度”。
地铁施工中的事故给保险和( 再) 保险行业带来灾难性的影响, ( 再) 保险行业在地铁市场损失惨重, 一度( 再) 保险商不愿意给地铁工程提供保险保障。在 英国隧道学会和英国保险人学会坐到了一起, 面对频发的隧道施工事故探讨如何解决隧道工程保险, 在 联合编纂了《隧道工程风险管理联合作业规范》, 该规范的目的在于建立隧道施工的最佳作业方式并在工程中实施, 从而对地铁隧道的设计、 招标与施工中相关的风险识别、 分析和管理。本守则的内容包括风险识别、 工程承包双方及合同保险人在风险上的分配、 经过风险评估和风险记录来管理并控制风险。实施《隧道工程风险管理联合作业规范》是降低地铁施工风险行之有效的手段。基于该规范的实施, ( 再) 保险行业重新给地铁施工提供保险保障。瑞再从 起致力于在中国推广该规范实施, 我们真诚希望该规范能在包括地铁的工程管理中广泛推行, 相信该规范的实施能有效为中国的地铁工程保驾护航。
作者简介: 李智, 现供职于瑞士再保险公司。
来源: 《保险实践与探索》创刊号