路嘉錦，楊其新，蔣雅君，邱品茗

(1.西南交通大學(xué)交通隧道工程教育部重點實驗室， 成都 610031； 2.中國中鐵二院工程集團有限公司，成都 610031)

成都某地鐵車站基坑施工風(fēng)險評估與研究

路嘉錦1，楊其新1，蔣雅君1，邱品茗2

(1.西南交通大學(xué)交通隧道工程教育部重點實驗室， 成都 610031； 2.中國中鐵二院工程集團有限公司，成都 610031)

地鐵車站基坑工程施工復(fù)雜，風(fēng)險因素多，風(fēng)險損失通常較大，需要提前對其風(fēng)險進(jìn)行分析與評價，并采用一定的措施來降低、轉(zhuǎn)移或利用風(fēng)險。通過專家調(diào)查法得出重要的風(fēng)險因子及其概率和損失的估計值。由于專家的估值本身具有一定的模糊性，于是用一個模糊區(qū)間來描述其模糊性，即由確信程度采用恰當(dāng)?shù)哪：`屬函數(shù)曲線得到風(fēng)險概率及損失的范圍，最后確定風(fēng)險等級。針對成都某地鐵車站基坑施工風(fēng)險評估，確定其風(fēng)險等級為三級，屬于可接受范圍，應(yīng)引起高度重視，加強監(jiān)測，做好相應(yīng)的處理措施。

風(fēng)險評估；地鐵車站；基坑工程；隸屬函數(shù)；風(fēng)險管理

近年來，我國地鐵建設(shè)已進(jìn)入一個快速發(fā)展的時期。隨著地鐵建設(shè)周期的縮短，各類建設(shè)事故也頻繁發(fā)生，其主要集中在基坑工程的施工過程中。這是由于地鐵車站的施工從圍護結(jié)構(gòu)開始一直到主體結(jié)構(gòu)封頂，其主要風(fēng)險集中在圍護結(jié)構(gòu)施工、土方開挖和內(nèi)支撐架設(shè)以及基坑降水等環(huán)節(jié)。由于地下工程施工過程中出現(xiàn)的一些風(fēng)險是難以用非常準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來表述的，而且?guī)в幸欢ǖ牟淮_定性、隨機性，如何采用數(shù)學(xué)的方法來較準(zhǔn)確地對車站基坑施工風(fēng)險進(jìn)行評估一直是被廣泛關(guān)注的問題[1，2]。

一般在地下工程的風(fēng)險評估中，僅采用定性或定量的分析方法是不準(zhǔn)確的，因此，人們更習(xí)慣于針對不同的工程情況采取適合的、改進(jìn)的、綜合應(yīng)用的分析方法，比如可信性分析法[3]，模糊事故樹法[4]，模糊層次綜合評估方法[5]等。而這些方法都是基于專家打分評估的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，很多時候，專家對風(fēng)險因子的評值是有一定的模糊性的，于是用一個模糊區(qū)間來描述專家的估計值，最終得到一個區(qū)間風(fēng)險值會較符合實際情況。

因此，結(jié)合成都某地鐵車站基坑施工的風(fēng)險，采用模糊綜合評判法，使用合適的模糊隸屬函數(shù)進(jìn)行風(fēng)險評估，得出風(fēng)險度及其模糊區(qū)間，并對風(fēng)險度較大的因素進(jìn)行處置，可為今后類似工程的風(fēng)險評估起到一定的參考作用。

1 工程概況

本車站為地下三層單柱雙跨島式站臺車站，總長136.5 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬23.1 m，深23.74 m，東西端盾構(gòu)擴大端最寬為23.8 m，深24.5 m，頂板覆土約3～3.3 m，車站西低東高，坡度0.2%。車站盾構(gòu)過站，軌排井設(shè)于車站中部，采用明挖順筑法施工。地理位置為兩街道交叉口附近，沿路中布置，呈東西走向。該車站基坑安全等級為A級?；又ёo結(jié)構(gòu)最大水平位移≤0.1%H且≤30 mm(H為結(jié)構(gòu)高度)。結(jié)構(gòu)設(shè)計中嚴(yán)格控制降水、基坑開挖引起的地面沉降量，基坑周圍地面最大沉降量≤0.1%H。

1.1 地質(zhì)情況

其地層分布情況如下。

(1)第四系全新統(tǒng)人工填土層：人工填筑土，分布于地表，層厚1～4 m。

(2)第四系全新統(tǒng)沖積層：粉質(zhì)黏土，層厚1.3～3.6 m；粉土，層厚1.1～3.1 m；細(xì)沙土，層厚0.5～2.2 m；卵石土，分3個亞層，頂面埋深3.7～5.8 m，各層厚約為2～6 m。

(3)第四系上更新統(tǒng)沖洪積層：細(xì)沙土，層厚0.4～0.6 m；卵石土，分3個亞層，頂面埋深14.3～15.7 m，各層厚約為2.3～6.5 m。

(4)白堊系灌口組泥巖：強風(fēng)化泥巖，頂面埋深33.1～35.7 m，層厚1.2～4.6 m。

區(qū)域地質(zhì)資料表明，場區(qū)內(nèi)不存在強震源，不考慮斷層活動影響，無不良地質(zhì)作用，為穩(wěn)定場地。

1.2 水文情況

車站結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)無地表水流過，場地內(nèi)地下水埋藏深，受降水影響大，埋深為5.2～8.1 m。

1.3 周邊環(huán)境

該車站北側(cè)為某6層酒店，其圍護結(jié)構(gòu)外邊緣與該酒店基礎(chǔ)外邊緣線平面凈距1.3 m。南側(cè)為某公司宿舍樓，最小距離僅為0.9 m。因此，與建筑近接處的圍護樁不宜采用鉆孔樁，而是采用人工挖孔樁。

簡要平面關(guān)系見圖1。

圖1 基坑地理位置

2 風(fēng)險評估

車站圍護結(jié)構(gòu)施工中存在的各類風(fēng)險大部分難以用準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來描述，但根據(jù)以往工程經(jīng)驗和專家的學(xué)術(shù)知識可以描述出其性質(zhì)及影響，所以用模糊理論來評價風(fēng)險是有一定的現(xiàn)實意義的。

2.1 風(fēng)險辨識

本工程采用故障樹法進(jìn)行辨識[6-7]，認(rèn)為基坑施工風(fēng)險主要集中在圍護結(jié)構(gòu)施工、基坑開挖與內(nèi)支撐架設(shè)及基坑降水3個環(huán)節(jié)。通過反復(fù)咨詢多位相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜?、知名高校教授及現(xiàn)場總工程師的意見，對其觀點進(jìn)行整理和歸納，提煉出了對重點風(fēng)險因素的選取和對其概率和損失的估值等關(guān)鍵因素，其中主要風(fēng)險因素為周圍建筑變形，坑底隆起，局部地層坍塌，管線破壞。

2.2 風(fēng)險概率等級、損失等級及接收準(zhǔn)則

(1)確定風(fēng)險因素發(fā)生的概率

風(fēng)險因素的發(fā)生概率分為5個等級，估值方法如表1所示[8]。

表1 風(fēng)險因素發(fā)生概率等級

(2)確定風(fēng)險因素的損失等級

風(fēng)險因素的損失分為5個等級，估值方法如表2所示[7]。

表2 風(fēng)險因素?fù)p失等級

(3)風(fēng)險接受準(zhǔn)則

如表3所示[7]。

表3 風(fēng)險接受準(zhǔn)則

2.3 確定權(quán)重

采用層次分析法確定各風(fēng)險因素的權(quán)重，該方法是先把同級的各個風(fēng)險因子兩兩相互比較，再按比較重要性大小在一個九標(biāo)度表中仿數(shù)量化，將各因子數(shù)量值構(gòu)成一個“構(gòu)造判斷矩陣”，進(jìn)行一致性檢驗后，其最大特征值對應(yīng)的特征向量為對應(yīng)各因子的權(quán)重向量[9]，如表4所示。

表4 風(fēng)險因素發(fā)生概率估值、權(quán)重及范圍

2.4 選取隸屬函數(shù)

正態(tài)分布是連續(xù)隨機變量概率分布的一種，自然界、人類社會和心理中大量現(xiàn)象均按正態(tài)形式分布，于是，本工程所采用的隸屬函數(shù)是降半正態(tài)分布函數(shù)[10-11]，公式如下

式中，用n的大小表示對專家估計值的確信程度，n取5，4，3，2，1，分別描述“完全相信A”，“非常相信B”，“相信C”，“有點相信D”，“粗略相信E”。若由專家調(diào)查法得到的某一風(fēng)險因素的估計值0.15，確信程度為非常相信，則令a=0.15，n=4，u=0.15為曲線對稱軸，如圖2所示。k的取值直接關(guān)系到估計值的區(qū)間大小，此處參照了隸屬度的確定原則[12]。取置信水平為0.9，就有該風(fēng)險因素的模糊范圍的最小值最大值為隸屬函數(shù)曲線與水平直線f(u)=0.9的兩交點的橫坐標(biāo)。

圖2 “u=0.15”模糊隸屬曲線

因此，可以得到本工程施工風(fēng)險因素發(fā)生的概率和損失的概率范圍如表4，表5所示。

表5 風(fēng)險損失發(fā)生概率估值、權(quán)重及范圍

2.5 風(fēng)險估計

風(fēng)險事件的風(fēng)險度R由其發(fā)生的概率P與損失C決定，可按下式計算

風(fēng)險度R的模糊區(qū)間為[Rmin，Rmax]，其中

Rmin=Pmin+Cmin-PminCmin

Rmax=Pmax+Cmax-PmaxCmax

由上述公式及表4、表5可求得本車站基坑施工風(fēng)險發(fā)生的總概率估值P=0.243，模糊區(qū)間為[0.213，0.273]，其損失C=0.301，模糊區(qū)間為[0.271，0.331]。

將上面求得的P，C及區(qū)間值代入風(fēng)險度公式，可以得到：

R=0.243+0.301-0.243×0.301=0.47

Rmin=0.213+0.271-0.213×0.271=0.43

Rmax=0.273+0.331-0.273×0.331=0.51

3 風(fēng)險評價與處置

3.1 評價

由以上計算可得本基坑工程施工風(fēng)險度為0.47，置信水平0.9時的風(fēng)險度范圍是[0.43，0.51]，由表3可得，該工程風(fēng)險等級為三級，屬于可接受范圍，但應(yīng)引起高度重視，加強監(jiān)測，做好相應(yīng)的處理措施。

3.2 主要處置措施

針對施工中發(fā)生概率及損失較大的風(fēng)險因素，由表4、表5，如管線破壞、周圍建筑物變形等，采取的主要方針是“施工前預(yù)測，施工中監(jiān)測”，因此，采取以下措施。

(1)對管線破壞風(fēng)險，成立施工監(jiān)測組，包括現(xiàn)場監(jiān)測小組和信息反饋小組。施工前預(yù)測分析確認(rèn)某些重要管線可能受到損害，則根據(jù)地面條件、管線埋深等采用臨時加固、支吊或管下地基注漿等保護方案。施工期間，做好地表沉降、土體側(cè)向變形、地下水位、周邊重要建筑物沉降和傾斜、地下管線沉降和位移等監(jiān)測，并及時地做好監(jiān)測資料的分析、預(yù)測和信息反饋。這樣有效降低了管線破壞的風(fēng)險，確保施工安全。

(2)對于人工挖孔樁主要采取以下措施來降低風(fēng)險：采用跳樁施工，同時施工的相鄰兩樁凈距不小于4.5 m。施工時井下發(fā)生流泥流沙涌水大時，采用半模或三分之一模方式施工，并先打擋土條或鋼筋網(wǎng)、填沙包稻草等措施，必要時再采用鋼板套筒作為護壁外模，以防止塌崩加劇。對細(xì)粉砂層，采用打水平花管進(jìn)行注漿處理。

(3)對于周圍建筑變形這一較大風(fēng)險因素，主要是采取地基加固的方法。基坑開挖前，對周邊酒店，宿舍樓采取加固措施，由地面向房屋基礎(chǔ)底施作φ50 mm袖閥管，鉆孔軸線距離房屋基礎(chǔ)邊線0.6 m，傾斜角度為60°，鉆孔直徑100 mm，沿房屋基礎(chǔ)縱向間距1 m，鉆孔長度2.5 m，鉆孔應(yīng)避免對房屋原基礎(chǔ)的破壞。在基坑開挖到房屋基礎(chǔ)底部深度后，為了避免房屋的沉降，采取在基坑內(nèi)樁間預(yù)埋水平袖閥管注漿管，注漿管長度為4.5 m，注漿管距基礎(chǔ)底1 m，注漿水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比0.6～1.5，注漿壓力為0.4～0.5 MPa。注漿應(yīng)分段控制注漿壓力，加強對建筑物及地下室的監(jiān)測，防止對其破壞。

(4)針對土方開挖過程中的風(fēng)險，主要遵循“豎向分層、橫向分塊、先撐后挖”的原則，嚴(yán)格把握開挖速率與架設(shè)支撐的“時空效應(yīng)”，開挖過程中掌握好“分層、分塊、對稱、平衡、限時”5個要點，嚴(yán)禁超挖。針對內(nèi)支撐架設(shè)中的風(fēng)險，主要做到由專人負(fù)責(zé)，做好檢查加固工作，對設(shè)備做到定期維護。

4 結(jié)語

該工程的實踐證明了地鐵車站基坑施工過程中進(jìn)行風(fēng)險研究管理，運用模糊理論，對專家的估值用一個范圍來描述，得到風(fēng)險度及其范圍，確定風(fēng)險等級，是一種合理有效的風(fēng)險評估的方法，也有利于各單位及時準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)所存在的各級風(fēng)險，并采取有效的風(fēng)險應(yīng)對措施減緩風(fēng)險和降低風(fēng)險所帶來的損失。從施工管理角度，對減少或遏制重大事故的發(fā)生具有重要的意義，使現(xiàn)場施工過程控制和管理由被動的管理模式向主動式、預(yù)防式的管理模式轉(zhuǎn)變。

地下工程風(fēng)險評估的方法，必是朝著定性與定量相結(jié)合方向發(fā)展的，但是真正做到定性與定量相結(jié)合不容易，如周圍建筑物的變形，建筑物距離一般基坑10 m、深基坑5 m以內(nèi)，其發(fā)生概率就應(yīng)至少屬于B級，這是定量的描述，專家的評分估值屬于定性的描述，而這個時候應(yīng)該以定量為準(zhǔn)，不受定性描述的干擾。其他的風(fēng)險因素能用定量描述的盡量以定量描述為準(zhǔn)，不方便的則以專家評分為準(zhǔn)。

[1] 黃宏偉.隧道及地下工程建設(shè)中的風(fēng)險管理研究進(jìn)展[J].地下空間與工程學(xué)報，2006，2(1)：13-20.

[2] 張馳，黃廣龍，李娟.深基坑施工環(huán)境影響的模糊風(fēng)險分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2013，32(1):2669-2675.

[3] 張妓，周健，楊政.可信性方法在邊坡施工期風(fēng)險分析中的應(yīng)用[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報，2007，29(6):93-96．

[4] 邊亦海，黃宏偉.SMW工法支護結(jié)構(gòu)失效概率的模糊事故樹分析[J] 巖土工程學(xué)報，2006，28(5):664-668.

[5] 李永永，黃志義，王景春.小凈距公路隧道施工安全模糊層次綜合評價方法研究及應(yīng)用[J].鐵道建筑，2011(2):60-63．

[6] 趙冬安.基于故障樹法的地鐵施工安全風(fēng)險分析[D].武漢:華中科技大學(xué)，2011．

[7] 李俊松.基于影響分區(qū)的大型基坑近接建筑物施工安全風(fēng)險管理研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2012．

[8] 姚浩，周紅波，蔡來炳，張永福.軟土地區(qū)土壓盾構(gòu)隧道掘進(jìn)施工風(fēng)險模糊評估[J].巖土力學(xué) 2007，28(8):1753-1756．

[9] 周紅波，趙林，鄧紹倫.層次分析法在工程項目風(fēng)險評估中的應(yīng)用研究[J].土木工程學(xué)報，2005(S):72-77.

[10] 于峰.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可靠性的模糊綜合評估[D].西安:西安建筑科技大學(xué)，2005．

[11] 蘭守奇，張慶賀.基于模糊理論的深基坑施工期風(fēng)險評估[J].巖土工程學(xué)報，2009，31(4):648-652.

[12] 謝季堅.模糊數(shù)學(xué)方法及其應(yīng)用[M].武漢：華中理工大學(xué)出版社,2006.

Construction Risk Assessment and Research of a Station Foundation Pit in Chengdu Metro

LU Jia-jin1， YANG Qi-xin1， JIANG Ya-jun1， QIU Pin-ming2

(1.MOE Key Laboratory of Transportation Tunnel Engineering， Southwest Jiaotong University， Chengdu 610031， China; 2.China Railway Eryuan Engineering Group Co.， Ltd.， Chengdu 610031， China)

The engineering construction of subway station foundation pit is complex and includes a lot of risk factors. As the risk loss is usually big， it is necessary to analyze and evaluate the risk in advance， and adopt some measures to reduce and transfer or utilize the risk. Through expert survey method， the estimated value of probability and loss of the risk factors and loss can be obtained. As the very estimate of the expert is of certain fuzzy， appropriate fuzzy membership function curve with the degree of trust is used to get the scope of the risk， and finally determine the risk level. In the case of Chengdu subway station foundation pit construction， it is concluded that the risk level is assessed as level 3， which is acceptable and should be addressed with great importance， strengthened monitoring and proper treatment measures．

Risk assessment; Subway station; Foundation pit engineering; Membership function; Risk management

2013-08-09；

：2014-01-07

中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金資助(SWJTU11ZT33)；教育部創(chuàng)新團隊發(fā)展計劃資助(IRT0955)

路嘉錦(1989—)，男，碩士研究生，E-mail：lujiajin865@163.com。

1004-2954(2014)09-0114-04

U231+.4

：A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.09.028