基于AHP對新王府井隧道施工風險研究★

邵 坤，朱建明

(華北科技學院,北京 065201)

0 引言

近年來,全國地鐵車站隧道施工由于施工單位安全風險辨識不足、現場管理不到位、隱患排查不到位等原因引發的事故屢見不鮮。為降低地鐵車站施工風險,減少地鐵車站安全事故,學者們對地鐵車站施工進行了部分風險研究:蔣頻等[1]對地鐵車站施工運用主成分分析法進行風險評估研究。沈紅良等[2]對長沙地鐵1號線新建西路地鐵車站周邊進行勘測,分析出明挖法施工產生的風險,并進行了重點保護等措施。杜憲武等[3]以十里河車站及暗挖區間隧道為背景,進行風險評估確定了風險源,并用模糊綜合評估方法計算出風險等級。鄭逸雪[4]采用事故樹分析法和貝葉斯網絡對地鐵車站施工進行風險分析以及概率計算。邵長青[5]對地鐵隧道盾構法進行風險分析與控制,分析不同類型風險并提出對應控制措施。

可見,地鐵車站隧道施工風險研究已經取得一定成果,但目前還不是太完善,多以單獨的定性或單獨定量研究為主,往往定性與定量相結合的研究較少,特別是與現場管理相結合的研究目前不是很多,仍需做大量工作。本文結合普遍地鐵車站隧道施工風險分析與防范,對北京新王府井隧道施工項目運用層次分析法,對其進行定性與定量相結合的風險分析,并提出相應管控措施,為今后車站隧道施工風險識別和現場安全管理具有相關參考作用。

1 工程概況

新王府井站是八號線和已經完成的北京軌道交通一號線的轉乘車站,使用三層三跨島式站臺,并采取洞樁法建設。該站的基礎結構長度為176.8 m,標段總寬為25.3 m,拱頂覆土總厚約為9.4 m,車站共設有兩個新建通風道和兩個活塞風道,井口部采取明挖法建設,風道部采取礦山法建設,其中二號新建通風道為雙層雙跨構造,采取洞樁法建設。車站設三個出入口,三個安全出口、兩個換乘通道及一個無障礙換乘通道,通道跨路及管線密集部分采用礦山法施工,敞口段及淺覆土段采用明挖施工。本站主體共設有三個施工豎井及通道,其中一號施工豎井設在站臺本部,與一號新風井結合設置;二號施工豎井位于車站中心,與F出入口通道結合布置;三號施工豎井則位于南部。由于站址位于繁華地區,區域內地下管線類型復雜,遍布著上水、燃氣、熱力、電力、人防、污水、雨水、電信共八種管線,周圍建筑物也較多,見圖1。因此風險因素較多,需要全面分析并加以控制,保障全方位安全。

2 層次分析法分析風險

層次分析法(Analytic Hierarchy Process,簡寫AHP)是二十世紀七十年代初期,由美國運籌學家T.L.Saaty博士創立的一套便捷、靈活又實用的多準則決策分析方法[6-7]。可用于對不同因素進行比較和權重分配,得出各風險因素對新王府井施工安全的影響程度,從而制定相應風險管控措施。對于新王府井隧道施工的分析,可以按照以下步驟使用AHP方法:

1)確定目標:明確分析的目標為評估施工期間的安全風險。

2)確定準則:列出影響因素。包括施工期間的水文地質、周邊環境影響、施工因素等。

3)構建層次結構:將目標和影響因素按照層次結構進行排列。

4)建立判斷矩陣:對準則之間的兩兩比較,使用1～9的尺度進行判斷。如準則A相對于準則B的重要性為4,則在判斷矩陣中該位置上填寫4。所有的兩兩比較都可以得到一個準則間的判斷矩陣。

7)分析結果:根據權重計算的結果,可以評估各個準則在決策中的重要性。

表1 RI值

2.1 建立安全評價體系

根據新王府井工程實際情況,從水文地質(B1)、周邊環境影響因素(B2)以及施工因素(B3) 3個方面分析風險源。水文地質風險包括地質風險(C11)、地下水風險(C12)和特殊性巖土(C13);周邊環境因素包括周邊建筑物(C21)、周邊管線(C22)、既有1號線王府井站(C23);施工因素包括圍巖與支護結構(C31)、地基處理與降排水措施(C32)、區間結構及軌道結構沉降變形(C33)、工程防水(C34)、施工人員數量及狀態(C35)、機械設備與材料選型、數量等(C36),見圖2。

2.2 建立總風險判斷矩陣

根據圖2所示的新王府井施工安全評價指標,根據專家調查法,專家對各因素打分,得到表2的總風險判斷矩陣。

表2 總風險判斷矩陣

2.3 AHP層次分析結果

通過計算得到表3的AHP層次分析結果表。

表3 AHP層次分析結果

表3展示了層次分析法的權重計算結果,最大特征根12.809,根據RI表查到對應的RI值為1.54,CI值為0.074,因此CR可算出為0.048<0.1,通過一次性檢驗。根據結果可以分析出,既有1號線王府井站對此次施工風險影響最大,其次周邊管線和周邊建筑物也是主要風險源,分析結果與工程實際相符。

3 對主要風險源管控

3.1 對區間下穿既有1號線王府井車站,采取的保護及控制

1)施工前,根據評估檢測結果編制施工方案。2)開挖下穿既有線段隧道階段開挖輪廓以外的3 m矩形范圍內,采用長導管全斷面深孔注漿預加固地層。3)格柵架立施工過程中,在拱腳處使用混凝土塊墊實腳板,減少沉降。4)根據監測及現場實際情況,在施工過程中對初支背后進行多次補償注漿。5)在建筑施工過程中,嚴密地按建筑施工步驟,對暗挖的橫渠道嚴密按照“管超前、嚴注漿、短進尺、強支撐、快封閉、勤量測”的十八字建設基本原則引導實施,并上下分級,錯開實施,每層均按臺階法施工。明挖施工嚴格按照20字方針,縱向拉坡、橫向開槽、分段開挖、隨挖隨撐、量測回饋。6)下穿段采用增加一臨時仰拱開挖,開挖步距0.5 m,當上臺階完全下穿既有線貫通后,再施工下臺階;同時左右線錯開30 m施工。7)破除既有結構臨時樁,采用隨破隨架格柵的方式,上臺階開挖過程中在腳板位置使用方木墊實,破除圍護樁前,先在暗挖通道內穿樁深孔注漿加固土體,并對中柱位置進行監測;開挖至既有鉆孔樁位置時連接筋加密為500 mm間距布置。鉆孔樁破除應隨開挖進尺分2次～3次破除,嚴禁一次將樁體全部破除。樁孔樁破不截斷樁內鋼筋,待初支噴混凝土完成,且達到設計強度后再進行鋼筋割除作業,避免出現拱頂剩余樁體掉落以及既有結構沉降較大的情況。8)加強監測,實行三級預警管理。

3.2 對周圍管線及建筑物的控制與管理

1)施工前對管線、建筑物的現狀進行調查。2)在穿越段拱部開挖施工前應當做好超前探測。3)上層小導洞及拱頂均采用深孔注漿措施。4)及時進行初支和二襯的背后注漿,并嚴格控制注漿壓力,在必要時進行多次補漿。5)建設過程中做好了對管線和建筑物的監測與巡查,及時反饋情況,按照監測結果及時改變建設參數,確保周圍環境的安全。

4 “人機環管”綜合管控

1)對人員:鞏固樹立“生命安全第一位”的意識,對項目員工進行安全行培訓活動,經考評通過后可進入相應工作領域。在基坑中高處作業時應當嚴格執行施工的安全管理規范,作業人員著橘黃色服裝,正確佩戴安全帽、穿防滑型膠鞋,高空作業時必須帶安全繩索,聽從項目工作人員的指導與安排。在路面施工時還需確保過路行人和機動車的安全。同時注意處理好各部門與個人之間的關系,確保所有人員上工狀態,并保證現場的監測工作按時完成。

2)對機械設備:在現場量測和施工進行前,技術人員需要對擬使用的儀表或裝置進行檢驗,一是檢查儀表設備使用的有效期,即是否處于有效的檢定期間;二是檢測儀器設備能否正常工作,發現問題的設備及時停止使用,檢查需要充電的儀器其電池或電壓是否足夠。以保證儀器設備充分、完整和正常。

為防止突發事件發生,施工前預備相應數量的應急鋼橫撐及其他材料,確保工程建設安全、順暢地完成。盾構始發、接收前進行土體加固,確定合理掘進參數、中低速均衡勻速施工、合適的添加劑、控制盾構姿態、及時進行同步及二次補充注漿。始發、接收時保證無水作業。

3)對周邊環境:由于擬建車站場區及周邊的工美大廈、北京飯店等主要建筑物距工程很近,且沿線地下管道錯綜復雜,施工前,建設部門應對該場區域內的所有管線和地下建筑物進行詳查,首先要準確了解各類管道型式、直徑、材質、連接方式、埋置深度、使用狀況等信息,摸清了各類管道的閥門情況、權屬、應急使用方式、緊急聯系方式等,并對重要管線的偏移、撓曲、接頭錯位等初始值和附近建筑物的現狀做好了記錄。

施工時,應嚴格控制施工參數,加強支護及地層加固,以保證施工安全;出入口、風道或豎井等明挖施工時應先對場區內地下管線設施合理處置(移出或保護),并采取有效的基坑圍護結構(如護坡樁+錨樁+內支撐方案),控制基坑位移,確保基坑穩定,避免對周邊既有建筑、道路及軌道交通造成不利影響。二襯扣拱施工破除控制施工步驟,做好鋼筋綁扎及防水施工措施。

對新王府井地表沉降、周邊構筑物變形、管線沉降、鋼柱、鋼筋應變、初支拱頂沉降、初支凈空收斂、土體分層沉降監測、土體水平位移監測、地下水位等問題進行了監測。及時反饋監測數據,實施信息化施工。若開挖過程中遇到管線滲漏引起地層軟化,可考慮補充小導管超前加固措施。

為避免雨水造成附近的構筑物或道路結構及管道破裂,采用降、隔水的綜合性控制措施。施工過程中保證地下水降至每步開挖面下1 m。在開挖過程中若有土壤地面上殘留積水,應及時清除,如果初支完全封閉成環以后還出現滲水,可在初支背后注漿堵水。

通過對區域資料與勘察結果的分析,擬建車站并不存在影響區域穩定性的不良地質影響。勘察深度范圍內揭露的特殊性巖土主要為人工堆積層,同時周邊建筑施工期間,其基坑周邊新近人工回填土層分布較厚,人工填土層可能對豎井、風道及出入口段的支護體系穩固、圍巖側壁變形控制也會產生不利影響,因此采取相應的支護及預加固措施。結合不同的地層條件優化深孔注漿范圍及注漿工藝。

4)對管理:建立應急預案,建立施工監測預警響應。有關單位對已發出預警的工程部位和周圍環境做好監測和巡查,施工單位針對預警部位應及時進行必要措施,防止危害事故的發生。各級風險工程依據預警的類別、等級實施相應的響應流程(詳見圖3,圖4)。

5 結論

地鐵車站隧道施工是復雜的系統工程,每個車站隧道都有其特殊性,在實際中應具體問題具體分析。以新王府井車站施工為例,運用層次分析法,分析出既有1號線王府井站對此次施工風險影響最大,其次周邊管線和周邊建筑物也是主要風險源,并對風險源進行了管控,以確保車站隧道施工安全得到有效加強。