地下空間施工風險智能評價方法

李玉生，陳文逵

（江西交通咨詢有限公司，江西 南昌 330008）

近年來，我國城鎮化及城市規模迅猛發展，城市地鐵建設方興未艾，截至2019 年底，我國運營及在建地鐵城市63座，運營里程達6736.2 公里，在建里程達6902.5 公里。城市地鐵埋深相對較淺，常穿越第四系富水砂層、斷層破碎帶、富水裂隙巖體等不良地質體，上述不良地質體往往具有含水豐富、結構松散、膠結強度低、自穩能力差等顯著特點，在地鐵隧道施工擾動與地下水作用下，極易誘發涌水潰砂、塌方等工程災害事故，導致重大人員傷亡與經濟損失，如杭州地鐵風情大道塌方事故(死亡21 人)、佛山地鐵盾構區間塌方事故(死亡10 人)、青島地鐵靜沙區間隧道塌方事故(死亡5 人)等。同時，地鐵周邊城市環境復雜，建筑林立、市政交通道路與管網密集，還易誘發道路塌陷、市政管線斷裂、建筑物差異沉降等間接次生災害。

1 基于層次分析法的地下空間施工風險智能評價方法

城市地下空間施工風險評價等級的影響因素非常多，各個因素之間又有一定的聯系與相對獨立性，基于各個因素對風險等級評價的影響分析，結合城市地下空間施工的特點以及城市環境特點，建立地下空間施工風險評價等級層次，將不良地質體分析、富水性分析、城市環境分析、施工工法分析四種方法定位一級評價指標。二級評價指標由相應的一級指標下的各個不同因素構成，不良地質體分析包括不良地質體規模及不良地質體類型；富水性分析下屬二級指標包括地層飽和度及地層含水率；城市環境分析包括地下空間施工影響范圍內有無建筑物、有無市政道路、有無市政管線；施工工法分析主要涉及施工擾動程度分析。

根據城市地下空間施工安全性需求，將城市地下空間施工風險評價等級分為極高風險、高風險、中風險與低風險四個評價集，城市地下空間施工風險評價等級體系及影響因素量化見表1。

根據城市地下空間施工風險使用的等級評價方法實際情況及專家意見，結合層級模型的邏輯結構，對評價影響因素建立比較判斷矩陣，采用由1 至9 的分級比例指標對各個因素的重要程度進行賦值并對矩陣進行計算，將dii的權重定義為1：

2 城市地下空間施工安全風險管理案例

某城市地鐵隧道工程中區間隧道下穿富水砂層，隧道拱頂埋深13 ～16m，上覆巖層厚度2 ～4m，覆巖以上為8 ～10m 厚富水砂層，通過本文所提出的基于層次分析的城市地下空間施工風險評價方法對本工程的風險等級進行評價。本工程不良地質體的規模在隧道走向上遠遠超過10m，不良地質體類型為富水砂層，為極高風險地層，富水性分析中，地層飽和度為1，地層含水率為45%，城市環境分析，隧道工程影響區域內無建筑物，但是有市政道路和市政管線，本區間隧道施工采用鉆爆法施工，施工影響程度為強擾動，綜合判定本工程風險等級為極高風險。

在隧道開挖過程中發生了潰砂塌方事故，洞內潰砂涌出物照片如圖1 所示，事故發生的具體過程如下：

現場隧道掌子面圍巖主要呈綠褐色、灰褐色等顏色狀態，構造為塊狀構造，地層之間的膠結物為火山灰等，圍巖的節理裂隙較為發育，通過取芯得到的巖芯多呈砂土狀，無水狀態下干鉆不容易鉆進，在該區段巖體為極軟巖，巖體呈現散體狀結構，圍巖的完整性為極破碎，巖體的基本質量等級為V 級。在5 月27 日，施工單位正在施工的區間隧道突發掌子面涌水潰砂事故，造成多個工作人員被困隧道內。在現場，現場技術人員發現隧道內掌子面發生局部出水、掉塊，并立即通知項目管理人員分別趕赴現場，現場采取噴射混凝土、附加鋼筋網片進行封閉及反壓加固。在搶險期間，施工人員又發現掌子面穩定，隨后離開，在之后一段時間，掌子面突然出現大面積涌水潰砂，瞬間沖垮剛剛封閉的掌子面，現場若干人員被困，掌子面上方出現約600m2的地面塌陷。在豎井橫通道附近的現場工作人員立即出井向項目負責人匯報險情，項目負責人向施工總承包項目指揮部報告事故情況，事故信息分別從不同渠道上報省級及部級單位。

按照地面搶險處治方案，對地面塌陷區進行混凝土回填，待穩定后再繼續豎井內區間隧道的進一步搜救。現場組織2臺混凝土泵車、多臺混凝土罐車，對地面塌陷區采用混凝土和加氣磚等相關物資輔助回填，回填混凝土1280 方，加氣磚308 方，速凝劑5 噸，河砂1650 立方，袋裝水泥80 噸，砂袋3000 個，以及修復路面用的瀝青混凝土、水泥穩定料。回填結束之后，在填筑頂面埋設沉降觀測點，用于持續觀測回填區的沉降狀況。

啟動井下洞內的搜救程序，在封堵完成后，現場救援組經過反復偵查和現場評估，因為隧道內已形成堰塞，部分區段積水淤積非常嚴重，依然不具備繼續搜救條件，施工單位決定采用泥漿泵清淤排水處理后，進一步營造搜救救援條件。

豎井井口局部清淤工作完成后，搶險救援組對豎井井口30m 深處進行了多輪搜索，未發現失聯人員。因為隧道內部塌陷區雜物和淤泥依然較多，救援隊伍無法繼續深入，消防相關隊伍攜帶可燃氣體及有毒氣體探測儀器對豎井及橫通道內空氣進行持續監測，現場指揮部重新確定了搜救方案，與現場搜救配合組研究在井下鋪設搜救浮橋的新方案，井下泥漿浮橋鋪設完畢。經偵查發現，井下豎井口到左線洞分叉口之間淤泥深度為1.5 ～1.8m 遞增，泥漿稀稠程度仍不能承載任何人員，左線洞內淤泥深度在3m 以上，若干個救援小組和工程人員對隧道內所有泥漿表面及能夠探查的空間進行了搜尋，未發現失聯人員。根據現場情況判斷，失聯人員被泥漿埋壓，具體位置無法確定，并重新研究了救援方案。因抽水泥漿液沉降及泥中混雜石塊雜物等原因，人力挖掘效果不明顯，緊急調用小型挖掘機械到坑道內進行清淤搜救。

表1 評價等級體系

消防支隊組織多名消防隊員分別進入井下對搜救工作進行幫助和指導，因排淤過程中發現大量枕木等大型雜物，組織現場多名人員攜帶破拆工具分批次深入井下協助排淤工作，在井下淤泥中發現失聯人員，已無生命跡象，繼續進行搜救后，最后失聯人員找到，已無生命體征，搜救工作結束。

現場實際情況與通過本文基于層次分析的城市地下空間施工風險智能評價方法所得到的的極高風險等級相匹配，一定程度驗證了本文所提方法的合理性。

圖1 地鐵隧道潰砂塌方后洞內涌出物

3 結語

基于層次分析的城市地下空間施工風險智能評價方法對于城市地下空間安全建設具有重要意義，通過對地下空間施工風險的智能預警，可顯著提升城市地下空間安全施工的管理水平與風險防控水平，相關成果可為類似工程提供一定工程借鑒。