地鐵不良地質(zhì)基坑開挖安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及對(duì)策

陳益群

（漳州市角美軌道交通投資發(fā)展有限公司，福建 漳州 363107）

0 引言

在地鐵基坑工程施工中，因不良地質(zhì)、水文條件差異、周邊環(huán)境復(fù)雜、施工周期長(zhǎng)、基坑開挖深度深等原因，使得事故多發(fā)。尤其在東南沿海區(qū)域涉及城市建設(shè)的雜填土、流塑狀厚淤泥及中粗砂層的不良土層條件，周邊渠道水體相連通、地下水條件較發(fā)育，為地鐵工程施工增加不利的影響。因此，通過(guò)對(duì)不良條件下基坑開挖問(wèn)題進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、評(píng)估，提出有效的安全技術(shù)預(yù)防對(duì)策，能有效降低風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的概率，確保工程建設(shè)過(guò)程中人員安全、經(jīng)濟(jì)成效好和環(huán)境保護(hù)到位具有重要的意義。

1 工程概況

某東南沿海地鐵車站為地下二層島式，車站基坑長(zhǎng)度243.7m，寬度為19.7m，深度約16.1m?；訃o(hù)結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻（800mm厚）和內(nèi)支撐支護(hù)體系，施工工法為明挖順筑法。根據(jù)設(shè)計(jì)文件，基坑共設(shè)三道支撐，第一道為截面尺寸為800mm×1000mm 的鋼筋混凝土撐，間距9m。第二、三道為D=800mm，t=16mm 鋼支撐，間距3m。圖1 為該不良地質(zhì)地鐵基坑結(jié)構(gòu)剖面圖。

圖1 不良地質(zhì)地鐵基坑結(jié)構(gòu)剖面圖

根據(jù)地鐵勘察報(bào)告，基坑開挖深度范圍內(nèi)的土層依次為1-2 素填土、4-1 淤泥、4-6 淤泥質(zhì)砂、8-4 中粗砂、11-1-3 殘積砂質(zhì)黏性土。地連墻幅長(zhǎng)底部深入17-5 微風(fēng)化花崗巖中。各土層的物理力學(xué)參數(shù)參考地勘報(bào)告，如表1 所示。

表1 巖土物理力學(xué)參數(shù)表

2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的目的及方法

2.1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的目的

依據(jù)《城市軌道交通地下工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理規(guī)范》（GB50625-2011）中的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估辦法，對(duì)該不良地質(zhì)基坑工程實(shí)施過(guò)程進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查、識(shí)別、估計(jì)和評(píng)價(jià)，制定有針對(duì)性的風(fēng)險(xiǎn)控制措施。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是采用科學(xué)方法建立風(fēng)險(xiǎn)模型，對(duì)工程建設(shè)過(guò)程中可能涉及的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行徹底的識(shí)別、匯集和分析，用該過(guò)程中風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率、風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后可能造成的總體損失的乘積來(lái)表征，以此來(lái)衡量風(fēng)險(xiǎn)大小的量化指標(biāo)，既考慮風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生可能性，也考慮建設(shè)過(guò)程的經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題，綜合囊括風(fēng)險(xiǎn)管理促進(jìn)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的社會(huì)效應(yīng)[2]。通過(guò)對(duì)工程建設(shè)各環(huán)節(jié)、工序的分解，辨識(shí)可能產(chǎn)生的各類風(fēng)險(xiǎn)事件，按照其風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)的量化指標(biāo)進(jìn)行大小排序，以風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定準(zhǔn)則為依據(jù)，將各類風(fēng)險(xiǎn)事件劃分等級(jí)，形成風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告，為指導(dǎo)下一步的施工安全風(fēng)險(xiǎn)管控指明方向。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法

本文將對(duì)該項(xiàng)目地鐵基坑開挖施工前開展安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以設(shè)計(jì)勘察文件、前期風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估文件、現(xiàn)場(chǎng)踏勘結(jié)果等信息為依據(jù)，將基坑開挖過(guò)程自身風(fēng)險(xiǎn)按分部、分項(xiàng)目工程進(jìn)行細(xì)化、分解和分析。結(jié)合經(jīng)專家評(píng)審的施組、方案，采用融合層次分析法、專家評(píng)分法的綜合安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估法進(jìn)行分析風(fēng)險(xiǎn)因素，從定性、定量?jī)蓚€(gè)角度綜合評(píng)判風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，以風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率大小、風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后果嚴(yán)重程度和某個(gè)風(fēng)險(xiǎn)占整體風(fēng)險(xiǎn)模型的權(quán)重三個(gè)方面來(lái)衡量風(fēng)險(xiǎn)的高低水平，對(duì)基坑開挖過(guò)程自身風(fēng)險(xiǎn)的有效辨識(shí)、分析和梳理，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分類與分級(jí)，列出風(fēng)險(xiǎn)清單，形成風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估文件，提出風(fēng)險(xiǎn)控制技術(shù)措施建議，為施工階段的施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)提供安全保障，將風(fēng)險(xiǎn)控制在源頭。

風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)定義為風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率大小的可能性乘以該風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后可能造成的人員、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境總體損失大小的估值。其中風(fēng)險(xiǎn)事件的P 值（風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率大?。 值（風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后可能造成總體損失估值），運(yùn)用專家評(píng)分法根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)確定，P 值、C 值兩者的乘積為其風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。同時(shí)，對(duì)各個(gè)分部、分項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行按標(biāo)準(zhǔn)集成，可以推斷出該工程風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)[3]。計(jì)算方法如下：

地鐵基坑工程開挖施工過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率大小用指標(biāo)P 表示，見表2 所示[4]。風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后可能造成人員、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境總體損失大小用指標(biāo)C 表示，見表3 所示。根據(jù)地鐵基坑工程建設(shè)過(guò)程中風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率大小和可能造成損失等級(jí)，通常按照風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定準(zhǔn)則在0～25指數(shù)之間，劃分為四個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，具體見表4 所示。

表2 風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率大小P 等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表3 風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后可能造成損失大小C 等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表4 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)打分表（R=PC）

3 不良地質(zhì)地鐵基坑開挖自身風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

根據(jù)采用基于融合層次分析法、專家評(píng)分法的綜合安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估法，通過(guò)將基坑開挖過(guò)程自身風(fēng)險(xiǎn)按分部、分項(xiàng)目工程進(jìn)行細(xì)化、分解和分析，共分解為6 個(gè)分部工程17 個(gè)分項(xiàng)工程，充分辨識(shí)基坑開挖過(guò)程中各分項(xiàng)工程潛在的風(fēng)險(xiǎn)因素，描述可能造成的風(fēng)險(xiǎn)事件，專家對(duì)各分項(xiàng)工程進(jìn)行定性分析打分，并按照風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)打分表進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)，如表5 所示[5]。

通過(guò)對(duì)不良地質(zhì)地鐵基坑開挖的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，其中2 個(gè)分項(xiàng)工程為Ⅱ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)（同個(gè)分項(xiàng)工程中存在Ⅱ、Ⅲ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，按Ⅱ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)從嚴(yán)管控），其余全為Ⅲ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)Ⅱ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源制定風(fēng)險(xiǎn)防范、監(jiān)測(cè)和處置措施，實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)降低措施以減少風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)處置；對(duì)Ⅲ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)管理和監(jiān)控，采取措施進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)處置。

表5 不良地質(zhì)地鐵基坑開挖自身風(fēng)險(xiǎn)因素清單

4 安全技術(shù)對(duì)策及措施

4.1 特殊性巖土和不良地質(zhì)安全技術(shù)對(duì)策措施

施工前進(jìn)一步核實(shí)人工填土、軟土等軟弱松散土層、殘積土與風(fēng)化巖等上下左右軟硬不均地層以及孤石等不良地質(zhì)體，組織有經(jīng)驗(yàn)的專家對(duì)設(shè)計(jì)方案、專項(xiàng)施工方案進(jìn)行評(píng)審，制定有針對(duì)性的不良地質(zhì)處理措施，提前處置風(fēng)險(xiǎn)因素。同時(shí)，嚴(yán)格按照?qǐng)D紙、方案施工，擬定合理的降水方案，避免開挖過(guò)程中土體泡水軟化，加強(qiáng)基坑支護(hù)，做好開挖過(guò)程的監(jiān)測(cè)監(jiān)控，建立預(yù)報(bào)警機(jī)制，遇到基坑失穩(wěn)、周邊環(huán)境沉降、管涌和流土等問(wèn)題及時(shí)采取處理措施]6]。

4.2 圍護(hù)工程安全技術(shù)對(duì)策

根據(jù)擬定的專項(xiàng)施工方案，復(fù)測(cè)地下連續(xù)墻的施工控制點(diǎn)、水準(zhǔn)基點(diǎn)軸線高程，結(jié)合工程地質(zhì)、施工環(huán)境、槽深選擇合適的成槽機(jī)，采用試成槽驗(yàn)算槽壁穩(wěn)定性、跳槽段施工相隔1～2 槽段，嚴(yán)格控制成槽過(guò)程中垂直度、寬度和泥漿性能指標(biāo)等的精準(zhǔn)度，對(duì)鋼筋籠吊裝按危大工程進(jìn)行管理，連續(xù)澆筑水下混凝土，導(dǎo)管底部至孔底距離、導(dǎo)管埋深、相鄰導(dǎo)管間距、相鄰導(dǎo)管混凝土面高差、澆筑速度應(yīng)滿足規(guī)范要求，按規(guī)范要求進(jìn)行檢測(cè)檢驗(yàn)。

4.3 地基及基礎(chǔ)工程安全技術(shù)對(duì)策

加強(qiáng)三軸攪拌樁施工過(guò)程控制，嚴(yán)格按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求控制商混外加劑摻量、三軸提升速度和攪拌次數(shù)。立柱樁正式施工前做好試打樁工作，注意樁長(zhǎng)的確定，復(fù)核樁基軸線，檢查樁徑、樁的有效長(zhǎng)度，隨時(shí)檢測(cè)泥漿比重和粘度，特別是當(dāng)進(jìn)入不同的界面必須撈渣取樣，應(yīng)認(rèn)真鑒定確認(rèn)。澆注水下混凝土?xí)r，應(yīng)對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行試拼試壓嚴(yán)密性試驗(yàn)，導(dǎo)管埋深控制在2～6m，澆注過(guò)程連續(xù)進(jìn)行嚴(yán)禁中途停頓，成樁達(dá)到強(qiáng)度按規(guī)范進(jìn)行檢測(cè)。

4.4 基坑開挖與支撐工程安全技術(shù)對(duì)策

采用不同地下水控制方式時(shí)，應(yīng)進(jìn)行可行性或風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，應(yīng)在基坑周圍制作擋水圍堰阻水。按照設(shè)計(jì)要求提前采取降水措施徹底降低地下水位和水量，抽水應(yīng)根據(jù)開挖部位、深度和施工進(jìn)度，分批、分期進(jìn)行抽排。開挖前應(yīng)依據(jù)水文地質(zhì)條件制定專項(xiàng)開挖方案，嚴(yán)格做好開挖前人、機(jī)、法等條件核查，根據(jù)時(shí)空效應(yīng)規(guī)律分層、分段進(jìn)行開挖，隨挖隨撐，防止超挖。按設(shè)計(jì)和方案要求做好坡面防護(hù)，邊坡頂部荷載應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，禁止大量堆載。

4.5 結(jié)構(gòu)工程安全技術(shù)對(duì)策

按設(shè)計(jì)文件的要求，做好支架模板系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、驗(yàn)算和施工驗(yàn)收，加強(qiáng)支架地基的處理，確保高大模板及支架體系的安全穩(wěn)定，模板、支架拆除需核實(shí)結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后方可進(jìn)行。大體積混凝土澆筑前需制定專項(xiàng)方案、進(jìn)行專家論證，模板、鋼筋隱蔽工程要經(jīng)監(jiān)理驗(yàn)收合格，才可進(jìn)行連續(xù)混凝土澆筑，邊澆注邊振搗混凝土達(dá)到密實(shí)、可靠的要求。換撐、拆撐作業(yè)應(yīng)按照先撐后拆的順序進(jìn)行，混凝土支撐拆除應(yīng)選擇合適的施工方法和施工設(shè)備，避免因振動(dòng)、墜落對(duì)結(jié)構(gòu)造成損傷。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)對(duì)不良地質(zhì)地鐵基坑開挖過(guò)程自身風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分解，辨識(shí)開挖施工過(guò)程中風(fēng)險(xiǎn)因素可能造成的風(fēng)險(xiǎn)事件，運(yùn)用融合層次分析法、專家評(píng)分法的綜合安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估法，對(duì)基坑開挖過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率大小與風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后的可能造成人員、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境總體損失大小進(jìn)行評(píng)估，可得出該分項(xiàng)工程的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，判定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，采取安全技術(shù)措施降低施工過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)，使風(fēng)險(xiǎn)水平處于可控的狀態(tài)，推進(jìn)地鐵基坑開挖安全有序進(jìn)展。