胡開富，龔振宇，徐前衛(wèi)，孫梓栗

(1.云南省滇中引水工程建設(shè)管理局昆明分局，云南 昆明 655600；2.中鐵五局電務(wù)城通公司，湖南 長沙 410205；3.同濟(jì)大學(xué) 道路與交通工程教育部重點(diǎn)實驗室，上海 201804)

隨著深基坑工程在國內(nèi)的發(fā)展應(yīng)用，越來越多的風(fēng)險問題隨之產(chǎn)生。由于多方因素造成的施工事故層出不窮，對風(fēng)險的把控失準(zhǔn)，就意味著工程建設(shè)成本、工期、人員安全等方面難以得到保證，甚至?xí)斐刹涣嫉纳鐣绊憽Ｒ虼?，對深基坑工程施工中風(fēng)險要素分析和過程監(jiān)管安排變得尤為關(guān)鍵。通過風(fēng)險分析理論減小工程事故發(fā)生率并降低不必要的損失，是目前工程建設(shè)中行之有效的一個方法[1-4]。

針對工程風(fēng)險評估的問題，目前已有大量的研究。王建波等[5]、陳蓉芳等[6]基于DEA-AHP和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，建立深基坑施工風(fēng)險評估模型，完成地鐵車站深基坑施工風(fēng)險預(yù)測，確定了風(fēng)險等級。張錦等[7]、吳波等[8]、陳云超等[9]采用模糊綜合評價法對橋梁、隧道、基坑及公路邊坡失穩(wěn)風(fēng)險進(jìn)行評估，并對高風(fēng)險的因素采取措施進(jìn)行控制。徐青等[10]運(yùn)用DEMA-TEL方法構(gòu)建了地鐵深基坑施工事故致因網(wǎng)絡(luò)模型，歸納出地鐵深基坑事故的基礎(chǔ)因素層、中間致因?qū)雍徒徥鹿蕦?，提取了?dǎo)致地鐵深基坑事故的關(guān)鍵致因因素，并分析了地鐵深基坑施工致因因素之間的相互關(guān)系與重要性。林樹枝等[11]以正在施工的高殿站點(diǎn)為例，通過WBS逐級分解得到的主要工序的失效狀態(tài)，建立了風(fēng)險識別指標(biāo)體系，再基于層次分析法和模糊評價原理建立三級模糊綜合評判計算模型，并對該車站基坑施工風(fēng)險進(jìn)行評估。吳昊城等[12]通過路塹邊坡定量風(fēng)險評估技術(shù)框架，以實際工程為例對高邊坡開挖及加固兩個階段開展定量風(fēng)險評估，結(jié)合風(fēng)險容許標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行價值判斷和風(fēng)險決策，充分論證了該邊坡加固治理及風(fēng)險評估技術(shù)方案的必要性和可行性。陳紹清等[13]建立了深基坑坍塌事故導(dǎo)致人員傷亡的事故樹模型，再通過事故樹建立層次結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合層次分析法對深基坑坍塌事故的致災(zāi)因素進(jìn)行了定性識別和定量分析。郭亮等[14]利用LLE流形方法提取眾多施工振動風(fēng)險評估樣本影響因素組成的高維數(shù)據(jù)向量的非線性成分，然后將該非線性成分作為ANFIS評估方法的輸入對施工振動風(fēng)險樣本進(jìn)行評估分類，經(jīng)實例驗證該方法可以有效提高風(fēng)險評估的準(zhǔn)確性，降低錯分率。楊瑞娟等[15]采用LEC法，以明挖法鉆孔灌注樁維護(hù)的地鐵車站施工為研究對象，識別施工過程中的安全風(fēng)險源，并對風(fēng)險等級做出評價。

雖然目前眾多學(xué)者對此開展了大量的研究工作，但是對超深基坑及圓形基坑研究還很少，其特殊的施工工藝對應(yīng)的施工風(fēng)險仍需深入研究。本文以滇中引水龍泉倒虹吸盾構(gòu)接收井接收為例，基于LEC法對地連墻施工、鋼筋施工、起重吊裝、模板工程、基坑開挖施工五個方面進(jìn)行風(fēng)險評估，最后在此基礎(chǔ)上提出對應(yīng)的施工安全控制措施，以期為類似工程提供一定的借鑒和指導(dǎo)作用。

1 工程概況

滇中引水工程龍泉倒虹吸接收井位于昆明市盤龍區(qū)昆曲高速與灃源路交叉口西側(cè)綠化帶內(nèi)。接收井工程采用R=10 m圓形基坑結(jié)構(gòu)，基坑周邊環(huán)境平面圖如圖1所示。

基坑深77.3 m，屬于超深基坑類型。圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1.5 m厚地下連續(xù)墻，成槽深度達(dá)96.6 m，設(shè)計墻深為94.0 m，空槽深度2.6 m，墻底嵌入基巖，共計14幅，先后分兩期施工。地墻接頭型式為銑接頭，墻頂設(shè)鎖口圈梁。接收井內(nèi)襯墻厚度1.0 m，其立面如圖2所示。

圖1 接收井基坑平面示意圖

圖2 接收井立面圖(顯示內(nèi)外墻)

2 工程重難點(diǎn)

龍泉倒虹吸盾構(gòu)接收井位于第三系土層中，分析基坑所在的地層環(huán)境及尺寸特征，該基坑具有如下典型特點(diǎn)：

(1) 開挖深度大，基坑開挖設(shè)計深度達(dá)到77.3 m，內(nèi)直徑為15.0 m，地連墻設(shè)計深度達(dá)96.6 m，屬于極深的基坑工程，國內(nèi)外無可借鑒的類似工程經(jīng)驗。

(2) 地層性狀復(fù)雜，土體種類多樣，土層界面繁多，且存在軟弱薄夾層，施工過程風(fēng)險高。

(3) 施工難度大，伴隨著基坑開挖深度的增加，與之對應(yīng)的施工步驟增多，基坑穩(wěn)定性變差，導(dǎo)致基坑施工過程中巖土體位移、力學(xué)演變過程復(fù)雜，施工難度大。

(4) 該項目為圓形基坑，其受力以環(huán)向受壓為主，若結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞將發(fā)生災(zāi)難性后果，對施工技術(shù)及監(jiān)測水平等要求高。

3 風(fēng)險評估方法及流程

3.1 評估方法選擇

對于現(xiàn)有的基坑工程而言，風(fēng)險評估得到越來越多的重視，在實踐中已有多種方法形式通過檢驗，但客觀來說，每一種方法都有其一定的適用范圍和局限性。其中LEC風(fēng)險評價方法應(yīng)用較為廣泛，其計算簡便快捷，分類細(xì)致，結(jié)果可靠，適合在深基坑工程施工過程中使用。

因此，本文根據(jù)滇中引水龍泉倒虹吸接收井的實際情況、評價目標(biāo)、已有的評價基礎(chǔ)資料等，選擇專家打分法中的LEC風(fēng)險評價法為主要的風(fēng)險評價方法，可望較好地對該基坑風(fēng)險進(jìn)行評估。

3.2 LEC評價法

LEC評價法具體方法如式(1)所示：

D=LEC

(1)

其中:L值為發(fā)生事故的可能性，表現(xiàn)為事故產(chǎn)生的概率大小;E值為暴露于危險環(huán)境的頻繁程度，表現(xiàn)為危險作業(yè)環(huán)境的出現(xiàn)周期及相應(yīng)的人員作業(yè)次數(shù);C值為事故產(chǎn)生的后果，表現(xiàn)為人身或財產(chǎn)損害的程度。

根據(jù)相關(guān)實例對以上三種變量L、E、C進(jìn)行合理計算，給予相應(yīng)的分?jǐn)?shù)值及相應(yīng)說明，如表1—表3所示。

D值為風(fēng)險分值，直觀表現(xiàn)為評價對象的危險程度。結(jié)合L、E、C評估結(jié)果，辨別有害因素的影響深度，確定風(fēng)險分值大小，即工程的危險程度，從而定義風(fēng)險等級，如表4所示。

表1 發(fā)生事故的可能性(L)

表2 暴露于危險環(huán)境中的頻繁程度(E)

表3 發(fā)生事故產(chǎn)生的后果(C)

表4 危險等級劃分(D)

3.3 整體評估流程

對于本工程，風(fēng)險評估流程如圖3所示。

4 風(fēng)險源識別與評價

4.1 地連墻施工過程風(fēng)險源識別

(1) 導(dǎo)墻施工。導(dǎo)墻是在地下墻挖槽之前構(gòu)筑的臨時施工設(shè)施，它對地下墻施工具有多方面的重要作用，導(dǎo)墻主要用于確定地下墻單元槽段的位置、防止泥漿流失、容納和儲存泥漿溝槽、作為鋼筋籠入槽的支撐物等。圓形基坑超深地下連續(xù)墻施工期間，導(dǎo)墻需承受鋼筋籠、澆注混凝土用的導(dǎo)管、成槽機(jī)、銑槽機(jī)、履帶吊等靜、動荷載的作用。

圖3 風(fēng)險評估流程圖

導(dǎo)墻施工的風(fēng)險因素主要包括：①導(dǎo)墻溝寬度超挖或土壁坍塌；②導(dǎo)墻溝內(nèi)廢棄管道未封堵密實；③導(dǎo)墻的內(nèi)凈寬度尺寸與內(nèi)壁面的垂直精度不足；④導(dǎo)墻澆筑混凝土強(qiáng)度、拆模時間不滿足設(shè)計要求；⑤拆模后導(dǎo)墻內(nèi)進(jìn)行內(nèi)支撐導(dǎo)致產(chǎn)生向內(nèi)位移；⑥周邊施工荷載導(dǎo)致導(dǎo)墻偏斜；⑦導(dǎo)墻與槽段中心線不平行；⑧導(dǎo)墻開裂或下沉。

(2) 成槽開挖。圓形基坑超深地下連續(xù)墻采用液壓抓斗挖槽過程中，抓斗入槽、出槽應(yīng)慢速、穩(wěn)當(dāng)。開挖到巖面后，撤出液壓抓斗并安裝對位雙輪銑槽機(jī)，施工時液壓銑槽機(jī)垂直槽段，將液壓銑槽機(jī)切割輪對準(zhǔn)孔位徐徐入槽切削。

成槽開挖的風(fēng)險因素主要包括：①成槽垂直度精度不足；②槽壁加固體侵入槽段范圍內(nèi)，開挖困難；③抓斗挖槽吃土阻力不均衡，導(dǎo)致槽孔彎曲；④糾偏板處在底層中的位置，如遇銑削切頭在相應(yīng)較軟的土層，而糾偏板在硬地層時，機(jī)頭被硬地層卡?。虎莩刹圻M(jìn)尺緩慢，銑槽機(jī)銑齒磨損掉刀。⑥銑削地段的基巖中存在溶洞、溶槽、斷層、裂隙等滲漏通道，導(dǎo)致成槽漏漿。

(3) 泥漿制備及處理。圓形基坑超深地下連續(xù)墻成槽施工全過程中泥漿始終充滿槽段，將泥漿液面控制在導(dǎo)墻頂面以下50 cm，并高出地下水位1 m作為保證槽壁穩(wěn)定的手段。

泥漿制備及處理的風(fēng)險因素主要包括：①泥漿配比不適應(yīng)工程需要導(dǎo)致護(hù)壁失效；②新制泥漿靜置時間過短，膨潤土顆粒未充分溶解，導(dǎo)致測量泥漿參數(shù)指標(biāo)失準(zhǔn)；③銑削鉆孔時，置于銑削頭中的泥漿泵抽吸孔底泥漿并經(jīng)輸漿管路送至地面的泥漿凈化系統(tǒng)未進(jìn)行除砂處理，導(dǎo)致護(hù)壁效果變差；④循環(huán)泥漿、劣質(zhì)泥漿處理不當(dāng)，混用排入槽段導(dǎo)致護(hù)壁效果變差；⑤槽內(nèi)泥漿液面控制不穩(wěn)定，水土壓力不平衡導(dǎo)致塌孔；⑥由于槽內(nèi)塌孔導(dǎo)致泥漿流失，液面迅速下降，未及時調(diào)整參數(shù)重新建立泥膜護(hù)壁。

(4) 刷壁及清孔換漿。為保證在連接縫位置，后期澆筑的混凝土和前期澆筑的混凝土較好的結(jié)合，避免漏水，在后續(xù)槽段成槽施工時需對前一槽段混凝土表面進(jìn)行刷壁處理，清除附著在混凝土表面的土體和槽段內(nèi)護(hù)壁泥漿形成的泥皮，以保證相鄰槽段混凝土的有效接觸，増加地下連續(xù)墻墻體的整體性。刷完接頭后，采用雙輪銑泵吸反循環(huán)方法將孔底沉渣排出。同時，對槽內(nèi)泥漿進(jìn)行置換，降低泥漿比重使其以利于混凝土的灌注。

刷壁及清孔換漿的風(fēng)險因素主要包括：①刷錘在槽體中豎直作業(yè)不當(dāng)導(dǎo)致對墻體表面造成破壞；②槽底孔底淤積厚度過大，導(dǎo)致地下連續(xù)墻承載力降低；③槽底沉渣過厚導(dǎo)致超深地墻澆筑后表面沉降明顯。

(5) 接頭施工。圓形基坑超深地下連續(xù)墻軸線外放30 cm后直徑為9.55 m，周長60.004 m。地連墻主要采用液壓抓斗和銑槽機(jī)相互配合進(jìn)行成槽施工，劃分14個槽段。槽段連接采用銑接法。即銑掉先施工的地墻端頭部分混凝土形成鋸齒形搭接。

接頭施工的風(fēng)險因素主要包括：①接頭銑接尺寸測量存在偏差；②接頭處滲漏水。

(6) 鋼筋籠制作及吊裝。圓形基坑超深地下連續(xù)墻鋼筋籠深約96 600 mm(含吊筋長2 600 mm)。其中，幅長5 936 mm、幅寬1 500 mm的鋼筋籠重達(dá)127.41 t。實際鋼筋籠各預(yù)彎角度必須與槽段相匹配。由于地下連續(xù)墻超長超重而現(xiàn)場起吊能力有限，鋼筋籠無法一次吊裝完畢。所以現(xiàn)場鋼筋籠采用整體制作，先期用直螺紋套筒連接成整體，待吊裝時再將多段分開單獨(dú)吊裝。

鋼筋籠制作及吊裝的風(fēng)險因素主要包括：①鋼筋籠超重和超長的要求與現(xiàn)場施工場地、機(jī)械設(shè)備等不匹配；②鋼筋籠焊點(diǎn)質(zhì)量不佳造成吊裝時骨架扭曲，籠體變形；③吊點(diǎn)設(shè)置不當(dāng)，導(dǎo)致鋼絲繩的偏載和鋼筋籠的偏心；④鋼筋籠整體平整度、垂直度偏差過大，造成吊放困難甚至卡籠；⑤限位方式不當(dāng)，導(dǎo)致鋼筋籠位置偏移；⑥鋼筋導(dǎo)管導(dǎo)向鋼筋焊接不牢固或?qū)蜾摻畲罱犹幬茨芷交^渡，導(dǎo)致產(chǎn)生搭接臺階卡住澆筑導(dǎo)管；⑦鋼筋籠保護(hù)層不滿足設(shè)計要求。

(7) 混凝土澆筑。圓形基坑超深地下連續(xù)墻混凝土澆筑量大，澆筑時間長?，F(xiàn)場施工采用多輛罐車同時澆筑，在灌筑過程中，每30 min測量一次槽孔內(nèi)混凝土面深度，每隔2 h測量一次導(dǎo)管埋深及管外混凝土面高度。

混凝土澆筑施工的風(fēng)險因素有：①導(dǎo)管表面破損，密封性不好；②鋼筋籠吊放就位后未能及時灌注混凝土，間隔時間過長導(dǎo)致泥漿護(hù)壁效果變差；③澆搗不連續(xù)，導(dǎo)管在混凝土終凝前未全部拔出，發(fā)生埋管；④拆管數(shù)量及澆筑深度計算有誤導(dǎo)致導(dǎo)管脫開混凝土澆筑面，發(fā)生夾泥夾砂，后期地墻易產(chǎn)生滲漏水；⑤混凝土坍落度偏小，流動性不足，澆搗不及時發(fā)生堵管；⑥混凝土和易性差，發(fā)生離析，后期地墻質(zhì)量不佳；⑦混凝土進(jìn)入導(dǎo)管口過快，導(dǎo)管進(jìn)料口溢出，落入槽段；⑧混凝土澆筑的速度過快，使混凝土下落沖出導(dǎo)管底口向上反沖，鋼筋籠上浮。

4.2 基坑開挖過程風(fēng)險源識別

根據(jù)目前工程案例可知，引起基坑的事故不僅僅是施工引起的，也與勘察、設(shè)計階段考慮不全面有關(guān)。因此綜合考慮，深基坑工程開挖階段的安全性的影響因素主要包括以下幾個方面。

(1) 地質(zhì)情況更新。通過地質(zhì)勘察對基坑開挖前地質(zhì)條件進(jìn)行排摸，確定巖土層分層界面，監(jiān)控地下水位變化范圍。明確開挖涉及的巖土層物理力學(xué)參數(shù)取值，有條件時對特殊地層性質(zhì)進(jìn)行試驗研究。

(2) 基坑降水施工。由于基坑開挖深度大，開挖范圍內(nèi)主要為粉質(zhì)黏土、粉土、泥炭質(zhì)土等含水率大，需布置降水井對坑內(nèi)進(jìn)行疏干降水。另外，坑內(nèi)降水后坑內(nèi)外水頭差大，極易導(dǎo)致地墻接縫等薄弱處被擊穿造成滲漏，因此坑外針對粉土等承壓含水層布置降壓降水備用井，適當(dāng)?shù)慕档涂油馑?，減小水頭壓力。

(3) 基坑開挖方式。土方開挖遵循“豎向整體分節(jié)，單節(jié)豎向分層、水平分塊、留土護(hù)壁、限時完成”的原則進(jìn)行，每一層采取對稱方式進(jìn)行，由中間向兩側(cè)，逐段逐層開挖。上部-4.1 m～-50.0 m采用整體逆作，局部順作施工，下部-50.0 m～-77.5 m深度范圍內(nèi)，采用全逆作法施工。

(4) 內(nèi)襯結(jié)構(gòu)施工。土方分層開挖與地下連續(xù)墻人工鑿毛穿插進(jìn)行，鑿毛結(jié)束后，進(jìn)行內(nèi)襯結(jié)構(gòu)底模安裝、鋼筋綁扎、鋼模板就位調(diào)整，并一次澆筑成環(huán)。

4.3 本工程LEC法風(fēng)險評價表

在地連墻施工過程與基坑開挖過程外，本次風(fēng)險評估亦對起重吊裝、模板工程、鋼筋工程過程進(jìn)行風(fēng)險評估，礙于篇幅限制不再對其風(fēng)險源進(jìn)行一一敘述。根據(jù)圖 3及式(1)，依據(jù)昆明地區(qū)其他類似基坑工程工程經(jīng)驗，并參考專家意見，對本工程59項風(fēng)險源進(jìn)行風(fēng)險評價，其中三級以上風(fēng)險源評價如表5所示。

由表5可知，滇中引水工程龍泉倒虹吸接收井超深圓形基坑工程59項風(fēng)險源中二級風(fēng)險源有3項，三級風(fēng)險源有12項，重大風(fēng)險源有3項。高風(fēng)險主要集中于起重吊裝過程，這是由于本工程為超深基坑，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻，基坑深度77.3 m，地連墻深度達(dá)到96.6 m，鋼筋籠需要分節(jié)吊裝，對鋼筋籠吊點(diǎn)選定及設(shè)備選擇方面有著重大考驗，需要制定專項方案并對比論證。此外，在其他方面亦需制定相應(yīng)風(fēng)險控制措施，以保證風(fēng)險處于可接受范圍。

5 結(jié) 論

本文以滇中引水龍泉倒虹吸盾構(gòu)接收井超深圓形基坑為例，首先分析了本工程基坑施工的難點(diǎn)，而后在對地連墻施工過程及基坑開挖過程進(jìn)行風(fēng)險識別的基礎(chǔ)上，基于LEC法對本工程進(jìn)行風(fēng)險評估，結(jié)果表明本工程二級風(fēng)險源有3項，三級風(fēng)險源有12項，重大風(fēng)險源有3項。以上風(fēng)險因素的分析，有效確保了本工程的安全施工，對其他超深圓形基坑項目也具有一定的參考價值。

表5 本工程LEC風(fēng)險評價表(部分)