錢健仁，黃 捷，吳 盛，劉壯志

(上海隧道工程股份有限公司，上海200127)

伴隨我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，大中型城市地面交通凸顯過度飽和，地鐵工程隨之蓬勃興起并于近年來漸呈“大規(guī)模、近距離、深開挖、緊工期、高難度”之趨勢.但因經(jīng)濟(jì)與技術(shù)等原因引發(fā)的工程事故屢見不鮮，不僅延誤工期，造成直接的經(jīng)濟(jì)損失及人員傷亡，更是對社會產(chǎn)生巨大的負(fù)面影響.因此，施工中如何利用各種手段探尋事故發(fā)生原因并推斷其發(fā)生概率，以便對工程加以有效預(yù)控，最大程度減小事故損失，已成為擺在科研學(xué)者及工程技術(shù)人員面前亟待解決的一項課題.風(fēng)險管理理論的及時出現(xiàn)為此開辟了一條可行途徑.

風(fēng)險管理包括風(fēng)險的辨識、估計、評價、決策與跟蹤.筆者從施工技術(shù)的角度，采用事故樹風(fēng)險分析理論，探討黃淮沖擊平原地質(zhì)條件下的鄭州地鐵站超深基坑施工中存在的風(fēng)險，初步總結(jié)了引發(fā)各類風(fēng)險的可能因素并制定了相應(yīng)風(fēng)險預(yù)控措施，以保證城市地鐵安全、高效地施工，同時為類似工程提拱參考.

1 深基坑工程風(fēng)險管理

1.1 風(fēng)險的概念

由以往基坑施工事故統(tǒng)計資料可知，深基坑施工風(fēng)險因素種類多、不確定性強(qiáng)，且事故一旦發(fā)生，后果往往十分嚴(yán)重.因此，有必要在深基坑施工中提高風(fēng)險分析的重視程度，從而達(dá)到有效控制風(fēng)險和減小損失之目的.

一般來說，風(fēng)險是不幸事件發(fā)生的可能性或一個事件產(chǎn)生人們不希望得到的結(jié)果的可能性.深基坑工程的風(fēng)險定義為

1.2 深基坑工程施工期風(fēng)險管理流程

深基坑工程的風(fēng)險管理是一個動態(tài)過程，通常可分為5 個步驟［1］.

a.風(fēng)險辨識.即找風(fēng)險.通過對深基坑工程施工期所有的潛在風(fēng)險因素進(jìn)行分析、篩選、整理、歸類，重點突出那些對目標(biāo)參數(shù)影響較大的風(fēng)險因素.

b.風(fēng)險估計.對風(fēng)險因素發(fā)生的概率及后果進(jìn)行分析和估計，進(jìn)而給出風(fēng)險的概率分布.

c.風(fēng)險評價.參照相應(yīng)判別標(biāo)準(zhǔn)對目標(biāo)參數(shù)的風(fēng)險結(jié)果進(jìn)行評價.

d.風(fēng)險決策.針對風(fēng)險大小程度的不同，結(jié)合實際情況，給出風(fēng)險處理的合理對策.

e.風(fēng)險跟蹤.對風(fēng)險的發(fā)展情況進(jìn)行跟蹤觀察，督促風(fēng)險規(guī)避措施的及時實施，同時對尚未辨識到的風(fēng)險進(jìn)行實時預(yù)測，從而做到施工期風(fēng)險的動態(tài)管理.深基坑工程施工期風(fēng)險管理的一般流程如圖1所示.

圖1 風(fēng)險管理流程圖

2 鄭州軌道交通1號線紫荊山站風(fēng)險分析

2.1 工程概況

紫荊山站是鄭州軌道交通1號線與2號線的換乘站，1號線車站基坑長 151.9 m、寬 26.4～30.9 m、深23.8 m，主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用厚1.0 m，深42.0 m的地下連續(xù)墻;2號線車站基坑長135.2 m、寬26.4～28.4 m、深33.0 m，主體圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用厚1.2 m，深55.0 m的地下連續(xù)墻.

混凝土的抗壓強(qiáng)度大，抗拉強(qiáng)度比較小，影響了混凝土的使用。混凝土裂縫產(chǎn)生的原因很多，主要是對混凝土的性質(zhì)不了解，選材出現(xiàn)錯誤；混凝土材料配比不當(dāng)；施工環(huán)節(jié)操作不當(dāng)?shù)?，混凝土自身的塑性、吸水性也會?dǎo)致裂縫的出現(xiàn)。

工程場地位于黃淮沖積平原地貌單元，靜止水位深度6.5～13.8 m，各土層物理力學(xué)參數(shù)見表1.

表1 各土層物理力學(xué)參數(shù)

基坑周圍環(huán)境復(fù)雜:2號線車站基坑跨越金水河;1號線基坑縱向距金水河堤最近處僅為0.64 m;主干道紫荊山立交橋距基坑最近位置僅為0.75 m.另外，電力隧道及省級文物保護(hù)建筑——黃河博物館都在車站基坑影響范圍之內(nèi)，須進(jìn)行拆遷.工程平面布置如圖2所示.

查閱相關(guān)資料，該區(qū)域此前并無開挖深度超過33.0 m、地下連續(xù)墻施工深度超過55.0 m的基礎(chǔ)工程先例，加之環(huán)境異常復(fù)雜，施工風(fēng)險管理貫穿整個施工過程.因此，預(yù)先進(jìn)行必要的風(fēng)險分析，進(jìn)而針對風(fēng)險采取相應(yīng)控制措施是該工程得以順利完成的重要保障.

圖2 工程平面布置圖

2.2 風(fēng)險分析

城市地下軌道交通工程的施工宜采取查表、專家調(diào)查、事故樹或事件樹、理論與數(shù)值計算等方法進(jìn)行風(fēng)險的分析與評估.其中事故樹理論分析法(Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA)能對基坑施工的風(fēng)險因素及其邏輯關(guān)系做出全面系統(tǒng)的闡述，并縱觀事故發(fā)生、發(fā)展全過程，找出行之有效的預(yù)防控制措施，為安全評價提供科學(xué)、可信的參考依據(jù)，故在基坑風(fēng)險評估中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用.以鄭州軌道交通1號線紫荊山站基坑工程為例，從施工技術(shù)管理的角度，采用事故樹的風(fēng)險分析理論，根據(jù)文獻(xiàn)［2－5］，繪制出該基坑的事故樹圖，如圖3所示，進(jìn)而對該工程的施工風(fēng)險進(jìn)行分析評估.

3 鄭州軌道交通1號線紫荊山站風(fēng)險控制

風(fēng)險控制就是在風(fēng)險分析的基礎(chǔ)上，針對潛在施工風(fēng)險提出有效處理意見并制定相應(yīng)控制措施，力求將風(fēng)險降到最低.紫荊山車站超深基坑環(huán)境復(fù)雜、施工風(fēng)險眾多，因此有必要針對各基本事件提出具體控制措施.結(jié)合中原地質(zhì)條件，初步總結(jié)出基坑降水、圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工、土方開挖以及周圍環(huán)境等風(fēng)險所引發(fā)因素和控制措施.

3.1 基坑降水風(fēng)險

降水對深基坑工程的影響很大，巖土工程界歷來都有“十禍九水”的說法，因此基坑降水的成敗直接決定了工程施工的順利與否.

降水風(fēng)險引發(fā)的因素.結(jié)合該場地的降水管理及水文地質(zhì)條件可知，可能引發(fā)該基坑降水風(fēng)險的因素為潛水風(fēng)險和承壓水風(fēng)險、降水井的布置、單井出水效果、降水井管理等;因潛水層土體滲透性好，含水量高，且以大氣補(bǔ)給和地表水補(bǔ)給為主，故極易引發(fā)流砂、塌方等工程問題;而承壓水則易引發(fā)坑底 突涌問題.

圖3 基坑事故樹

降水風(fēng)險控制措施:宜結(jié)合該車站基坑工程及水文地質(zhì)條件，有針對性地布置若干疏干井、降壓減壓井;期間應(yīng)加強(qiáng)對降水井的實時監(jiān)控，因土層滲透系數(shù)大，水位恢復(fù)較快，特在水泵上設(shè)置了應(yīng)急轉(zhuǎn)換器，以便斷電后自動轉(zhuǎn)換成應(yīng)急電源;另外，根據(jù)水文地質(zhì)情況、車站基坑開挖情況及周邊環(huán)境監(jiān)測情況，調(diào)整降水方案，減小對周邊環(huán)境影響的同時滿足工程施工的需要.

3.2 地下連續(xù)墻施工風(fēng)險

地下連續(xù)墻施工風(fēng)險引發(fā)因素.地下墻較深，工程成槽最深處達(dá)57.1 m，成槽深度深、各個工序施工時間相應(yīng)較長，易引發(fā)沉渣增厚及槽段失穩(wěn)等問題，因此選擇合適的泥漿指標(biāo)，確保泥漿護(hù)壁性能及采取合理措施減少沉渣厚度便顯得尤為重要;地質(zhì)報告顯示，進(jìn)入14號、16號土層標(biāo)貫值達(dá)40擊以上，對成槽設(shè)備要求高，對成槽設(shè)備性能要求較高;單幅鋼筋籠重達(dá)49 t，整幅鋼籠起吊風(fēng)險較大，宜分節(jié)吊裝;工程單節(jié)鋼筋籠長達(dá)42 m，如此長度鋼筋籠結(jié)構(gòu)在吊裝動荷載作用下，始終存在著鋼筋籠應(yīng)力集中，失穩(wěn)變形的風(fēng)險;另外，砂土比重大、粘度小、沉淀速度較快，宜合理安排清孔時間，減少地墻接縫夾泥夾沙的風(fēng)險.

地下連續(xù)墻施工風(fēng)險控制措施.針對該地質(zhì)條件選用化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)、攜砂能力強(qiáng)、低密度、低切力的泥漿，并利用泥漿處理系統(tǒng)對泥漿進(jìn)行再生處理，以此達(dá)到節(jié)約資源的目的;成槽時應(yīng)選擇合理的開挖順序，抓斗輕提輕放，保證吊具不松弛，并實時糾正偏差;嚴(yán)格控制鋼籠的焊接質(zhì)量，為了吊裝安全，在鋼籠中增設(shè)吊裝桁架筋，以增加鋼筋籠整體剛度，并事先制定科學(xué)詳盡的吊裝方案;混凝土澆筑時應(yīng)嚴(yán)格控制導(dǎo)管的安裝長度，根據(jù)槽幅寬度計算澆筑量與拔管長度函數(shù)關(guān)系，施工時嚴(yán)格控制拔管長度，保證導(dǎo)管插入混凝土深度始終保持在2～6 m.

3.3 基坑開挖風(fēng)險

該工程基坑開挖深度達(dá)31.2 m，在該地區(qū)如此深的開挖深度鮮有文獻(xiàn)資料可尋;該基坑性狀不規(guī)則，計算模擬軟件難以揭示開挖卸載后土體內(nèi)力及變形規(guī)律;地質(zhì)條件也較復(fù)雜.

基坑開挖風(fēng)險引發(fā)的因素.主體基坑的長度較大，開挖時設(shè)置了縱坡，進(jìn)行分段、分塊、分層開挖.因此，縱坡的穩(wěn)定性是引發(fā)開挖風(fēng)險的主要因素之一，確?？v坡穩(wěn)定是防止基坑工程事故的關(guān)鍵所在;此外，此基坑施工規(guī)模大、開挖深、工期緊、周圍建筑物距離基坑近，導(dǎo)致周圍構(gòu)筑物的保護(hù)等較為困難;基坑形狀極不規(guī)則，使得圍護(hù)體系整體剛度變化不均勻，支撐體系局部應(yīng)力集中，存在較大風(fēng)險隱患，須采取有針對性的技術(shù)措施防止險情發(fā)生.

基坑開挖風(fēng)險控制措施.基坑施工應(yīng)嚴(yán)格控制放坡坡度;遵循預(yù)定方案，依照“先撐后挖”的原則進(jìn)行，并提高鋼支撐架設(shè)質(zhì)量;動態(tài)調(diào)整內(nèi)支撐預(yù)應(yīng)力施加水平;及時澆筑混凝土施作底板;混凝土強(qiáng)度達(dá)設(shè)計值80%后方可拆撐或換撐;加強(qiáng)基坑降水管理;圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲漏水部位應(yīng)及時進(jìn)行注漿堵漏;基坑應(yīng)及時封閉，盡量減少暴露時間;實時進(jìn)行基坑開挖監(jiān)測，確保周邊建筑物安全受控.

3.4 周圍環(huán)境因素風(fēng)險

因場地有大量建筑物需拆遷，拆遷工作的進(jìn)展情況將直接影響工程工期和施工組織計劃.基坑施工中的降水、土方開挖、支撐架設(shè)均不同程度地改變周圍土層、構(gòu)筑物、管線的受力狀態(tài)，使之產(chǎn)生不同程度的沉降、變形、傾斜，輕則影響其使用功能，重則導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)破壞.

環(huán)境風(fēng)險引發(fā)因素.拆遷工作進(jìn)度對場地條件和施工組織安排的影響;地下連續(xù)墻施工控制不當(dāng)引起滲水或流土發(fā)生，導(dǎo)致地面沉降和沉陷;基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)變形過大及內(nèi)支撐結(jié)構(gòu)失穩(wěn);進(jìn)行給水、煤氣、排水等管線超前改移時，接頭、材質(zhì)、埋設(shè)及位置的選擇或處理不當(dāng).

環(huán)境風(fēng)險控制措施.應(yīng)與交通管理部門充分協(xié)調(diào)，加強(qiáng)對鄰近基坑道路交通的管治，確保施工有序進(jìn)行;施工期間應(yīng)加強(qiáng)對基坑鄰近建筑物，特別是重點保護(hù)建筑物的實時監(jiān)測;加強(qiáng)各種管線的管理和評估，實時監(jiān)控其重要控制部位的位移及變形;對地面沉降、建筑沉降和管線變形進(jìn)行實時監(jiān)測，準(zhǔn)確了解其所處狀態(tài)，確保管線保護(hù)在可控狀態(tài)下有效進(jìn)行;對劣化度較高的或接頭、埋設(shè)方式和材質(zhì)選擇不當(dāng)?shù)墓芫€，預(yù)先處理保護(hù)，必要時及時更換.

4 結(jié)語

a.以鄭州軌道交通1號線紫荊山站超深基坑工程為例，利用事故樹風(fēng)險分析方法，依次對基坑施工過程中，基坑降水、圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工、土方開挖以及周圍環(huán)境所誘發(fā)的風(fēng)險因素進(jìn)行了歸納總結(jié).

b.結(jié)合工程實例分析了諸多極易引發(fā)風(fēng)險的因素，提出了針對各種風(fēng)險的相應(yīng)控制措施，以期對類似工程建設(shè)起到借鑒作用.

c.黃淮沖擊平原區(qū)域地質(zhì)條件下，超深基坑的施工先例尚少，此類工程所涉及的風(fēng)險尚需進(jìn)一步歸納總結(jié)，風(fēng)險控制措施尚需進(jìn)一步優(yōu)化提高，從而使深基坑施工風(fēng)險管理理論得以逐步發(fā)展完善.

［1］張雁，黃宏偉，萬姜林，等.地鐵及地下工程建設(shè)風(fēng)險管理指南(試行)［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007.

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