成都某地鐵車站基坑施工風險評估與研究

路嘉錦，楊其新，蔣雅君，邱品茗

(1.西南交通大學交通隧道工程教育部重點實驗室， 成都 610031； 2.中國中鐵二院工程集團有限公司，成都 610031)

成都某地鐵車站基坑施工風險評估與研究

路嘉錦1，楊其新1，蔣雅君1，邱品茗2

(1.西南交通大學交通隧道工程教育部重點實驗室， 成都 610031； 2.中國中鐵二院工程集團有限公司，成都 610031)

地鐵車站基坑工程施工復雜，風險因素多，風險損失通常較大，需要提前對其風險進行分析與評價，并采用一定的措施來降低、轉移或利用風險。通過專家調查法得出重要的風險因子及其概率和損失的估計值。由于專家的估值本身具有一定的模糊性，于是用一個模糊區間來描述其模糊性，即由確信程度采用恰當的模糊隸屬函數曲線得到風險概率及損失的范圍，最后確定風險等級。針對成都某地鐵車站基坑施工風險評估，確定其風險等級為三級，屬于可接受范圍，應引起高度重視，加強監測，做好相應的處理措施。

風險評估；地鐵車站；基坑工程；隸屬函數；風險管理

近年來，我國地鐵建設已進入一個快速發展的時期。隨著地鐵建設周期的縮短，各類建設事故也頻繁發生，其主要集中在基坑工程的施工過程中。這是由于地鐵車站的施工從圍護結構開始一直到主體結構封頂，其主要風險集中在圍護結構施工、土方開挖和內支撐架設以及基坑降水等環節。由于地下工程施工過程中出現的一些風險是難以用非常準確的數據來表述的，而且帶有一定的不確定性、隨機性，如何采用數學的方法來較準確地對車站基坑施工風險進行評估一直是被廣泛關注的問題[1，2]。

一般在地下工程的風險評估中，僅采用定性或定量的分析方法是不準確的，因此，人們更習慣于針對不同的工程情況采取適合的、改進的、綜合應用的分析方法，比如可信性分析法[3]，模糊事故樹法[4]，模糊層次綜合評估方法[5]等。而這些方法都是基于專家打分評估的基礎上進行的，很多時候，專家對風險因子的評值是有一定的模糊性的，于是用一個模糊區間來描述專家的估計值，最終得到一個區間風險值會較符合實際情況。

因此，結合成都某地鐵車站基坑施工的風險，采用模糊綜合評判法，使用合適的模糊隸屬函數進行風險評估，得出風險度及其模糊區間，并對風險度較大的因素進行處置，可為今后類似工程的風險評估起到一定的參考作用。

1 工程概況

本車站為地下三層單柱雙跨島式站臺車站，總長136.5 m，標準段寬23.1 m，深23.74 m，東西端盾構擴大端最寬為23.8 m，深24.5 m，頂板覆土約3～3.3 m，車站西低東高，坡度0.2%。車站盾構過站，軌排井設于車站中部，采用明挖順筑法施工。地理位置為兩街道交叉口附近，沿路中布置，呈東西走向。該車站基坑安全等級為A級?；又ёo結構最大水平位移≤0.1%H且≤30 mm(H為結構高度)。結構設計中嚴格控制降水、基坑開挖引起的地面沉降量，基坑周圍地面最大沉降量≤0.1%H。

1.1 地質情況

其地層分布情況如下。

(1)第四系全新統人工填土層：人工填筑土，分布于地表，層厚1～4 m。

(2)第四系全新統沖積層：粉質黏土，層厚1.3～3.6 m；粉土，層厚1.1～3.1 m；細沙土，層厚0.5～2.2 m；卵石土，分3個亞層，頂面埋深3.7～5.8 m，各層厚約為2～6 m。

(3)第四系上更新統沖洪積層：細沙土，層厚0.4～0.6 m；卵石土，分3個亞層，頂面埋深14.3～15.7 m，各層厚約為2.3～6.5 m。

(4)白堊系灌口組泥巖：強風化泥巖，頂面埋深33.1～35.7 m，層厚1.2～4.6 m。

區域地質資料表明，場區內不存在強震源，不考慮斷層活動影響，無不良地質作用，為穩定場地。

1.2 水文情況

車站結構范圍內無地表水流過，場地內地下水埋藏深，受降水影響大，埋深為5.2～8.1 m。

1.3 周邊環境

該車站北側為某6層酒店，其圍護結構外邊緣與該酒店基礎外邊緣線平面凈距1.3 m。南側為某公司宿舍樓，最小距離僅為0.9 m。因此，與建筑近接處的圍護樁不宜采用鉆孔樁，而是采用人工挖孔樁。

簡要平面關系見圖1。

圖1 基坑地理位置

2 風險評估

車站圍護結構施工中存在的各類風險大部分難以用準確的數據來描述，但根據以往工程經驗和專家的學術知識可以描述出其性質及影響，所以用模糊理論來評價風險是有一定的現實意義的。

2.1 風險辨識

本工程采用故障樹法進行辨識[6-7]，認為基坑施工風險主要集中在圍護結構施工、基坑開挖與內支撐架設及基坑降水3個環節。通過反復咨詢多位相關領域專家、知名高校教授及現場總工程師的意見，對其觀點進行整理和歸納，提煉出了對重點風險因素的選取和對其概率和損失的估值等關鍵因素，其中主要風險因素為周圍建筑變形，坑底隆起，局部地層坍塌，管線破壞。

2.2 風險概率等級、損失等級及接收準則

(1)確定風險因素發生的概率

風險因素的發生概率分為5個等級，估值方法如表1所示[8]。

表1 風險因素發生概率等級

(2)確定風險因素的損失等級

風險因素的損失分為5個等級，估值方法如表2所示[7]。

表2 風險因素損失等級

(3)風險接受準則

如表3所示[7]。

表3 風險接受準則

2.3 確定權重

采用層次分析法確定各風險因素的權重，該方法是先把同級的各個風險因子兩兩相互比較，再按比較重要性大小在一個九標度表中仿數量化，將各因子數量值構成一個“構造判斷矩陣”，進行一致性檢驗后，其最大特征值對應的特征向量為對應各因子的權重向量[9]，如表4所示。

表4 風險因素發生概率估值、權重及范圍

2.4 選取隸屬函數

正態分布是連續隨機變量概率分布的一種，自然界、人類社會和心理中大量現象均按正態形式分布，于是，本工程所采用的隸屬函數是降半正態分布函數[10-11]，公式如下

式中，用n的大小表示對專家估計值的確信程度，n取5，4，3，2，1，分別描述“完全相信A”，“非常相信B”，“相信C”，“有點相信D”，“粗略相信E”。若由專家調查法得到的某一風險因素的估計值0.15，確信程度為非常相信，則令a=0.15，n=4，u=0.15為曲線對稱軸，如圖2所示。k的取值直接關系到估計值的區間大小，此處參照了隸屬度的確定原則[12]。取置信水平為0.9，就有該風險因素的模糊范圍的最小值最大值為隸屬函數曲線與水平直線f(u)=0.9的兩交點的橫坐標。

圖2 “u=0.15”模糊隸屬曲線

因此，可以得到本工程施工風險因素發生的概率和損失的概率范圍如表4，表5所示。

表5 風險損失發生概率估值、權重及范圍

2.5 風險估計

風險事件的風險度R由其發生的概率P與損失C決定，可按下式計算

風險度R的模糊區間為[Rmin，Rmax]，其中

Rmin=Pmin+Cmin-PminCmin

Rmax=Pmax+Cmax-PmaxCmax

由上述公式及表4、表5可求得本車站基坑施工風險發生的總概率估值P=0.243，模糊區間為[0.213，0.273]，其損失C=0.301，模糊區間為[0.271，0.331]。

將上面求得的P，C及區間值代入風險度公式，可以得到：

R=0.243+0.301-0.243×0.301=0.47

Rmin=0.213+0.271-0.213×0.271=0.43

Rmax=0.273+0.331-0.273×0.331=0.51

3 風險評價與處置

3.1 評價

由以上計算可得本基坑工程施工風險度為0.47，置信水平0.9時的風險度范圍是[0.43，0.51]，由表3可得，該工程風險等級為三級，屬于可接受范圍，但應引起高度重視，加強監測，做好相應的處理措施。

3.2 主要處置措施

針對施工中發生概率及損失較大的風險因素，由表4、表5，如管線破壞、周圍建筑物變形等，采取的主要方針是“施工前預測，施工中監測”，因此，采取以下措施。

(1)對管線破壞風險，成立施工監測組，包括現場監測小組和信息反饋小組。施工前預測分析確認某些重要管線可能受到損害，則根據地面條件、管線埋深等采用臨時加固、支吊或管下地基注漿等保護方案。施工期間，做好地表沉降、土體側向變形、地下水位、周邊重要建筑物沉降和傾斜、地下管線沉降和位移等監測，并及時地做好監測資料的分析、預測和信息反饋。這樣有效降低了管線破壞的風險，確保施工安全。

(2)對于人工挖孔樁主要采取以下措施來降低風險：采用跳樁施工，同時施工的相鄰兩樁凈距不小于4.5 m。施工時井下發生流泥流沙涌水大時，采用半?；蛉种荒７绞绞┕?，并先打擋土條或鋼筋網、填沙包稻草等措施，必要時再采用鋼板套筒作為護壁外模，以防止塌崩加劇。對細粉砂層，采用打水平花管進行注漿處理。

(3)對于周圍建筑變形這一較大風險因素，主要是采取地基加固的方法。基坑開挖前，對周邊酒店，宿舍樓采取加固措施，由地面向房屋基礎底施作φ50 mm袖閥管，鉆孔軸線距離房屋基礎邊線0.6 m，傾斜角度為60°，鉆孔直徑100 mm，沿房屋基礎縱向間距1 m，鉆孔長度2.5 m，鉆孔應避免對房屋原基礎的破壞。在基坑開挖到房屋基礎底部深度后，為了避免房屋的沉降，采取在基坑內樁間預埋水平袖閥管注漿管，注漿管長度為4.5 m，注漿管距基礎底1 m，注漿水泥采用42.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比0.6～1.5，注漿壓力為0.4～0.5 MPa。注漿應分段控制注漿壓力，加強對建筑物及地下室的監測，防止對其破壞。

(4)針對土方開挖過程中的風險，主要遵循“豎向分層、橫向分塊、先撐后挖”的原則，嚴格把握開挖速率與架設支撐的“時空效應”，開挖過程中掌握好“分層、分塊、對稱、平衡、限時”5個要點，嚴禁超挖。針對內支撐架設中的風險，主要做到由專人負責，做好檢查加固工作，對設備做到定期維護。

4 結語

該工程的實踐證明了地鐵車站基坑施工過程中進行風險研究管理，運用模糊理論，對專家的估值用一個范圍來描述，得到風險度及其范圍，確定風險等級，是一種合理有效的風險評估的方法，也有利于各單位及時準確地發現所存在的各級風險，并采取有效的風險應對措施減緩風險和降低風險所帶來的損失。從施工管理角度，對減少或遏制重大事故的發生具有重要的意義，使現場施工過程控制和管理由被動的管理模式向主動式、預防式的管理模式轉變。

地下工程風險評估的方法，必是朝著定性與定量相結合方向發展的，但是真正做到定性與定量相結合不容易，如周圍建筑物的變形，建筑物距離一般基坑10 m、深基坑5 m以內，其發生概率就應至少屬于B級，這是定量的描述，專家的評分估值屬于定性的描述，而這個時候應該以定量為準，不受定性描述的干擾。其他的風險因素能用定量描述的盡量以定量描述為準，不方便的則以專家評分為準。

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[12] 謝季堅.模糊數學方法及其應用[M].武漢：華中理工大學出版社,2006.

Construction Risk Assessment and Research of a Station Foundation Pit in Chengdu Metro

LU Jia-jin1， YANG Qi-xin1， JIANG Ya-jun1， QIU Pin-ming2

(1.MOE Key Laboratory of Transportation Tunnel Engineering， Southwest Jiaotong University， Chengdu 610031， China; 2.China Railway Eryuan Engineering Group Co.， Ltd.， Chengdu 610031， China)

The engineering construction of subway station foundation pit is complex and includes a lot of risk factors. As the risk loss is usually big， it is necessary to analyze and evaluate the risk in advance， and adopt some measures to reduce and transfer or utilize the risk. Through expert survey method， the estimated value of probability and loss of the risk factors and loss can be obtained. As the very estimate of the expert is of certain fuzzy， appropriate fuzzy membership function curve with the degree of trust is used to get the scope of the risk， and finally determine the risk level. In the case of Chengdu subway station foundation pit construction， it is concluded that the risk level is assessed as level 3， which is acceptable and should be addressed with great importance， strengthened monitoring and proper treatment measures．

Risk assessment; Subway station; Foundation pit engineering; Membership function; Risk management

2013-08-09；

：2014-01-07

中央高?；究蒲袠I務費專項資金資助(SWJTU11ZT33)；教育部創新團隊發展計劃資助(IRT0955)

路嘉錦(1989—)，男，碩士研究生，E-mail：lujiajin865@163.com。

1004-2954(2014)09-0114-04

U231+.4

：A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.09.028