王衛(wèi)東

(長春工程學院，長春 130012)

基于肯特指數(shù)法的深基坑施工安全風險評價

王衛(wèi)東

(長春工程學院，長春 130012)

為定量分析基坑施工過程的安全風險，統(tǒng)計了我國近年來深基坑施工典型事故，分析深基坑事故發(fā)生的規(guī)律和特點，對基坑施工事故原因做出初步的分析和總結(jié)，引用并改進在管道風險評價中適用范圍較廣的肯特指數(shù)法，建立適用于深基坑工程的風險評價模型，在此基礎(chǔ)上創(chuàng)建深基坑施工安全風險評價指標體系。將該評價體系運用于合江套湘江隧道始發(fā)井深基坑施工安全風險評價中，結(jié)果表明該工程施工總體風險處于可接受水平，驗證了該評價方法的可行性。

指數(shù)法；深基坑施工；風險評價

0 引言

最近40多年，伴隨著高層建筑、軌道交通的迅猛發(fā)展，涵蓋了巖土工程領(lǐng)域和結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域的深基坑工程逐漸演變成一項綜合性系統(tǒng)工程。受規(guī)模、深度、支護方式、施工工藝等影響，深基坑工程亦是建筑行業(yè)中安全事故最為頻繁的領(lǐng)域。

關(guān)于工程施工安全評估，國內(nèi)外已有不少研究，其中以定性分析居多，定量分析主要集中在施工中某一項關(guān)鍵工藝上，利用模糊評價或者物元可拓集等理論研究，無法對人為及社會因素進行有效結(jié)合。目前，安全風險評估的趨勢在于以客觀數(shù)據(jù)表達工程施工各項條件的風險值大小，本文以改進肯特指數(shù)法為基礎(chǔ)，建立適用于深基坑工程的模型，定性分析風險因素，定量評定因素嚴重程度，綜合考慮多位專家的評價打分方法、權(quán)重賦予方式、風險值范圍，通過實際案例分析，希望為施工單位提供有效參考。

1 肯特指數(shù)法簡介

1992年美國人W Kent Muhlbauer基于美國運輸部的相關(guān)研究提出了一種管道風險指標評價方法[1]。該方法在收集大量數(shù)據(jù)資料的基礎(chǔ)上，獨立分析各段管道的影響因素后，綜合確定了4項影響指數(shù)，然后求取4項影響指數(shù)的和S，計算管道內(nèi)物質(zhì)的危險指數(shù)M和影響系數(shù)N，求取泄漏影響指數(shù)P(P=M/N)，最后求取指數(shù)和S與泄漏影響指數(shù)P的比值，得到相對風險值K(K=S/P)，具體流程如圖1所示。其方法簡單易懂、結(jié)果直觀，在長距離輸送管道的安全分析評價中取得了重要作用。

在基于深基坑施工中，由于施工工藝選擇、地質(zhì)條件多樣性等，同樣存在多種不確切的風險因素，受限于處理方式，很難計算準確概率等實際情況，借鑒肯特指數(shù)法的思想，對其指數(shù)分類及評價模型進行改進，使之適用于深基坑工程風險評價。

圖1 肯特指數(shù)法框架

2 深基坑工程施工安全風險評價指標體系

2.1 深基坑安全事故案例分析

統(tǒng)計了2008年—2016年間我國發(fā)生的43起典型深基坑事故，在此對深基坑事故規(guī)律及原因作出分析和總結(jié)，為基坑施工安全風險評價作出參考。分析結(jié)果如圖2所示。

圖2 深基坑工程事故類型

基坑工程事故原因大多不唯一。統(tǒng)計中共22起事故是由現(xiàn)場施工管理人員的原因造成的，現(xiàn)場管理人員專業(yè)素質(zhì)低下，不按規(guī)定進行技術(shù)交底，無安全保護意識，不按方案施工，安全意識模糊；15起事故包含技術(shù)原因，主要是施工技術(shù)方案編制人員能力和經(jīng)驗不足，內(nèi)支撐穩(wěn)定性不足，施工支架結(jié)構(gòu)不合理；9起設(shè)備機械原因，主要為塔吊吊重脫落、汽車吊側(cè)翻等引起的整體失穩(wěn)；6起勘察設(shè)計原因，地下水文情況探查不準確，嚴重影響設(shè)計和施工；3起環(huán)境及不可抗力原因，常見為暴雨導(dǎo)致的基坑內(nèi)進水；2起政府部門監(jiān)管不力原因。通過分析，得到施工事故的原因可分為3大類：一是施工原因，二是設(shè)計原因，三是本身客觀條件方面的原因。

2.2 肯特指數(shù)法的優(yōu)化

在管道工程安全評價體系中，第三方指數(shù)和腐蝕指數(shù)主要考慮了管道腐蝕和地面機械設(shè)施、覆土深度的影響，基于深基坑工程施工特點，此兩項合并體現(xiàn)為特征指數(shù)，表達工程的客觀影響條件，包含自然地質(zhì)、周邊環(huán)境和水文等條件。

根據(jù)深基坑工程的特點，將可以控制的指數(shù)分為3大類：施工指數(shù)C，設(shè)計指數(shù)T，特征指數(shù)F。在管道風險評價中，相對風險值為相關(guān)指數(shù)與影響系數(shù)的比值，指數(shù)值越大，影響系數(shù)越小，事故發(fā)生的風險就越小。而在深基坑工程風險評價中，相對風險值為風險損失指數(shù)與風險概率指數(shù)的乘積，指數(shù)值越高代表風險損失越高。計算過程中，風險概率指數(shù)的判定需要依據(jù)各指數(shù)的范圍。

基于以上思想，建立本模型的風險值計算公式如下：

R=A×L，

(1)

式中：A為風險損失指數(shù)；L為風險概率指數(shù)。

L=C0×T0×F0，

(2)

式中：C0、T0、F0分別代表施工系數(shù)設(shè)計系數(shù)、特征系數(shù)，其中：

(3)

(4)

(5)

式中：c表示施工指數(shù)最大值，公式中取最大值的1/2，該值表明施工水平處于一般水平，該施工水平不會影響由工程客觀基礎(chǔ)條件導(dǎo)致的災(zāi)害事故風險概率[2]；t為設(shè)計指數(shù)最大值；f為特征指數(shù)最大值。

2.3 指標體系評定

參考《公路橋梁和隧道工程施工安全風險評估指南》[3]中關(guān)于基坑施工事故可能性評價指標體系，對施工指數(shù)、技術(shù)設(shè)計指數(shù)、特征影響指數(shù)進行評定。在深基坑工程客觀條件一定的情況下，人員、材料機械設(shè)備、技術(shù)手段和安全管理都會對施工結(jié)果產(chǎn)生影響，因而，指數(shù)的關(guān)聯(lián)性和相對重要程度必須要考慮。評定的關(guān)鍵在于把定性轉(zhuǎn)變成定量，故指數(shù)取值規(guī)模的確定及定量評分是一個相對復(fù)雜的過程，需要整合大量專家的意見、工程經(jīng)驗及數(shù)據(jù)內(nèi)容，并在實際應(yīng)用中不斷完善，使得打分更具科學性和可靠性。

施工涉及的內(nèi)容繁雜，因而施工指數(shù)采用三級評分標準，權(quán)重系數(shù)的判定根據(jù)專家評分以及現(xiàn)場施工情況具體確定，設(shè)計指數(shù)和特征指數(shù)影響因素單一，可參考《公路橋梁和隧道工程施工安全風險評估指南》[3]。施工指數(shù)評分詳細評定過程見表1。

設(shè)計指數(shù)的確定考慮了工藝成熟度、工藝復(fù)雜性、施工質(zhì)量檢測與監(jiān)控、基坑支護及開挖方式5個方面的因素。工藝成熟度依據(jù)施工企業(yè)的工程經(jīng)驗，包括新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備的應(yīng)用，施工企業(yè)有無相關(guān)經(jīng)驗；工藝復(fù)雜性考慮了施工工藝、工序轉(zhuǎn)換方面、交叉作業(yè)方面的問題；施工質(zhì)量檢測與監(jiān)控主要針對現(xiàn)場監(jiān)測與第三方監(jiān)測；基坑支護分采用經(jīng)驗設(shè)計支護方式和采用專業(yè)設(shè)計支護方式兩種；開挖施工方法分明挖法、蓋挖法、和噴錨暗挖法等。每個參數(shù)的賦分范圍為0～3，根據(jù)設(shè)計文件及現(xiàn)場施工情況由專家打分確定。

特征指數(shù)的確定由基坑深度、巖土條件、地下水、作業(yè)季節(jié)、周邊環(huán)境等因素決定，表達施工環(huán)境的客觀物理條件。通常在深基坑工程施工中，這些因素決定了設(shè)計及施工方式方法的選定，也是造成施工不安全事故的主要原因，評定以巖土條件和地下水文狀況所占權(quán)重為主，此外，巖土條件對深基坑施工的影響不成正相關(guān)，過軟易造成塌方滑坡，過硬不利于施工，施工賦值需慎重。[4]

表1 施工指數(shù)評分

風險損失指數(shù)參照《生產(chǎn)安全事故報告和調(diào)查處理條例》[5]，主要考慮施工事故的直接損失，包括人員傷亡和經(jīng)濟損失兩方面，見表2。其他如工期延誤、環(huán)境影響、社會影響等方面可結(jié)合工程實際情況酌情考慮在經(jīng)濟損失中，以輕微、一般、較大、重大、特大劃分為5個等級[6]，分值范圍0～25?；谝匀藶楸舅枷耄藛T傷亡所占權(quán)重擬取0.6。

參照《公路橋梁和隧道工程施工安全風險評估指南》[3]中的風險接受準則，可將風險接受準則確定為4 種： 不可接受Ⅳ、不愿接受Ⅲ、可接受Ⅱ、可忽略Ⅰ，見表3。

3 工程案例分析

合江套湘江隧道工程，東岸始發(fā)井基坑長42.8 m，寬27 m，基坑深27.06 m，南北兩條隧道共用，逆作法施工，設(shè)計采用厚1 000 mm的地下連續(xù)墻作支護結(jié)構(gòu)，連續(xù)墻嵌固深度為5 m，墻深32.665 m。建設(shè)位置為湘江兩岸屬湘江河流I級階地堆積地貌。沿線地形平緩開闊，主要為居民居住點、水田及水塘。圖3為始發(fā)井縱斷面圖。

根據(jù)工程詳細勘察報告，隧址區(qū)上覆土層自上而下主要為第四系人工填土、第四系淤積物及第四系河流階地沖積物，下伏基巖為下第三系霞流市組(E2+3x1)及東塘組(E1d)粉砂質(zhì)泥巖。基坑以上地層由上至下分別為種植土、粉質(zhì)黏土、圓礫、強、中風化粉砂質(zhì)泥巖。

本工程開挖深度27 m，由于是地連墻施工，并且存在基坑降水止水等諸多施工重難點，所以進行施工安全風險評估尤為必要。因此，依據(jù)肯特指數(shù)法的評價模型對合江套湘江隧道始發(fā)井進行了施工安全風險評價，結(jié)合工程實際確定指數(shù)級風險值。

圖3 始發(fā)井縱斷面圖

現(xiàn)場施工指數(shù)的賦分咨詢了設(shè)計單位、施工單位和現(xiàn)場勞務(wù)工作人員，由3名結(jié)構(gòu)專業(yè)高級工程師和2名專業(yè)安評師綜合評定，統(tǒng)計出均值。詳細施工指數(shù)見表4。

通過公式(3)、(4)、(5)分別計算各項系數(shù)，施工系數(shù)C0=9.79÷8.68=1.13，根據(jù)施工圖紙、設(shè)計文件和現(xiàn)場施工環(huán)境對技術(shù)設(shè)計指數(shù)和特征影響指數(shù)的值，專家確定分值為8和9，計算得技術(shù)系數(shù)T0

為1.2，特征系數(shù)F0為0.88，其具體計算過程由于篇幅有限遂不詳述。風險損失指數(shù)參考本單位近10 a施工安全記錄，人員傷亡評分為5，經(jīng)濟損失評分為6，計算得風險損失指數(shù)A為5.4。

通過公式(1)和(2)可得風險損失值R=5.4×1.13×0.88×1.2=6.4。查表得風險等級為2級，需要施工單位及相關(guān)單位加強管理，對重大風險源可采取風險應(yīng)對措施。

表4 施工指數(shù)

4 結(jié)語

1)借鑒肯特指數(shù)法的原理，根據(jù)深基坑安全工程施工的特點，改進運用到深基坑工程施工安全風險評價中，建立深基坑風險評價模型，并以實際工程為例初步驗證了該方法的可行性，該評價體系簡單、易行，希望能為建立基坑風險評價體系奠定一定基礎(chǔ)，為減少深基坑工程事故做出貢獻。

2)到目前為止，風險評估的關(guān)鍵在于從定性轉(zhuǎn)變?yōu)槎?，因為依賴于工程實際結(jié)合專家打分評定風險指數(shù)值和權(quán)重，無法消除個人因素影響。[7]

3)每一個工程施工都具有特殊性，建立具有普遍適用意義的模型還需要進一步的深入研究。

[1] 陸新鑫，徐秀麗.基于肯特指數(shù)法的橋梁施工安全風險評估[J].中國安全科學學報，2013(6)：165-171.

[2] 王淵，吳永忠.基于肯特危險指數(shù)法的盾構(gòu)隧道刀具磨損風險評價[J].四川建筑，2013，33(4)：190-192.

[3] 安和生.基坑工程施工安全風險評估研究[D].長沙：湖南大學，2012.

[4] 婁國充，王樹棟.石家莊六線隧道基坑開挖安全風險評估及技術(shù)對策[J].巖土工程學報，2008，30：663-665.

[5] 中華人民共和國國務(wù)院.生產(chǎn)安全事故報告和調(diào)查處理條例[EB/OL].(2007-4-19)[2017-05-21].http： http：//www.gov.cn/flfg/2007-04/19/content_589264.htm.

[6] 中華人民共和國交通運輸部.公路橋梁和隧道工程施工安全風險評估指南(試行)[EB/OL].(2011-05-16)[2017-05-21].http： http：//www.jianshe99.com/new/201105/zh188721050161511025076.shtml.

[7] 儲潔.地下工程施工安全風險評價指標體系及應(yīng)用[D].南京：南京工業(yè)大學，2012.

TheSafetyRiskEvaluationofDeepExcavationConstructionBasedonKentIndexMethod

WANG Wei-dong

(ChangchunInstituteofTechnology，Changchun130012，China)

In order to quantitatively analyze the safety risk of excavation construction process，in this paper，the typical accidents of deep excavation construction in China in recent years has been counted，the law and characteristics of deep excavation accidents have been analyzed，and the preliminary analysis and summary of the accident caused by excavation construction has been made.The Kent index method has been introduced and improved to be used widely in the pipeline risk assessment.The establishment of a risk assessment model for deep excavation engineering has been made on this basis to set up the construction safety risk evaluation index system of deep excavation.This evaluation system is applied to the safety risk evaluation of the launching pit deep excavation construction of Hejiangtao，Xiangjiang Tunnel in China.The results show that the overall risk of the project is in an acceptable level，which verifies the feasibility of the evaluation method.

index method；deep excavation construction；risk evaluation

10.3969/j.issn.1009-8984.2017.03.008

2017-06-02

王衛(wèi)東(1992-)，男(漢)，湖北松滋，碩士 主要研究工程項目管理。

TU712.4

A

1009-8984(2017)03-0033-05