關于地鐵深基坑施工風險控制探討

彭雪映

中鐵五局集團有限公司深圳地鐵指揮部 廣東深圳 518000

摘要：隨著經濟社會的飛速發展，地鐵已成為我國很多大中型城市的標志和不可缺少的交通設施，地鐵工程施工根據其特點在工程建設領域也獨成一脈，異軍突起。為了確保地鐵工程項目建設順利開展，完成預期管控目標，規避建設過程中可能發生的安全事故，必須針對地鐵工程項目進行安全風險管理，用先進的科學技術、管理方法對地鐵建設安全風險進行分析和研究，在實現建設目標的同時保證人員的安全，可供同行參考。

關鍵詞：地鐵工程；深基坑；風險；施工管理

1、研究背景

眾所周知，地下軌道交通，又稱為地鐵、地下鐵，用英文來說，法國和中國內地稱為Metro，新加坡、中國臺灣等地區稱為MRT，中國香港稱為MTR，美國及周邊地區、北京等稱為Subway，英國倫敦及周邊地區稱為Underground。地鐵，狹義上僅指在城市地下空間中運行的交通系統；就其廣義的含義而言，由于大多數地鐵交通系統在設計時需要配合城市設計規劃和適應地鐵交通系統周邊環境，地鐵線路常常會有地上空間的路段存在，因此地鐵廣義上一般泛指城市中的地下鐵和地上輕軌交通運輸系統。

2、國內外地鐵建設安全風險管理研究文獻評述

國內外地鐵建設安全風險管理的文獻表明，國外研究地鐵建設安全風險管理的文獻發表的時間比較早，最新的研究文獻并不多；與此相反，國內的研究文獻早期出現的少，但是近些年來國內的學者做了比較多的研究，安全風險管理成了我國地鐵建設安全管理領域的熱點問題。

一個行業的興起，勢必會影響學者們對這行業的支撐理論進行探索；同時，理論知識的深入研究和探索，又能夠指導行業的健康發展。對于地鐵建設而言，這個道理同樣適用。歐美等發達國家的地鐵建設基本上已經完成，專門論述地鐵施工安全風險管理的文獻近些年相對來說比較少，他們的研究集中在20世紀以前，這個時間段是國外地鐵建設高速發展的時期。而我國地鐵建設的高速發展時期，應該來說是以2000年為起點，而用于指導地鐵建設的理論知識的發展，也恰恰是集中在2000年以后，這是符合我國地鐵建設發展規律的。

國外安全風險管理知識發展比較早，形成了比較完善的安全風險管理知識體系。我國的地鐵建設發展的時間不長，安全風險管理也主要以借鑒國外先進的知識和經驗為基礎，盡管我國學者針對我國工程建設實際情況對安全風險管理做了相當多的研究，仍然還沒有形成切合實際的地鐵建設安全風險管理知識體系。因此，本文以地鐵深基坑工程安全風險辨識和評價為切入點，對地鐵施工安全風險管理進行研究和探討，是必要的也是有研究價值的。

3、地鐵深基坑工程安全風險辨識——基于WBS-RBS

論文對地鐵建設安全風險的定義是：在正常實現地鐵項目建設目標過程中，可能導致地鐵建設項目發生安全事故的危險源或其他可能造成不利后果的不確定因素。具體針對地鐵深基坑工程而言，安全風險是指，在地鐵深基坑工程建設過程中，可能導致地鐵深基坑工程建設發生安全事故的危險因素或者可能對建設目標實現造成不利后果的危險因素。

3.1地鐵深基坑工程安全風險影響因素分析

地鐵深基坑工程項目作為地鐵建設項目的子系統，在時空上是開放的動態的系統，影響地鐵深基坑工程建設安全的因素錯綜復雜，范圍廣泛。從宏觀的角度，地鐵深基坑工程與下面四個因素相關：人、技術、環境及管理。這四類要素相互協調，地鐵深基坑工程建設過程中才可能不發生安全事故。人是核心要素，管理作為其中協調、控制手段，協調著人、技術、環境相互關系，并將地鐵建設項目的施工安全狀態反饋給風險決策者，促其更改調整管理計劃，使地鐵工程項目達到一個安全狀態。圖3-1表示人、技術、環境、管理四要素之間的相互關系。

3.1.1人員因素

地鐵深基坑工程建設系統的安全很大程度上與人員因素有關，所有有關建設安全的活動都依賴于人的行為。保障安全的建設環境需要人創造，先進的生產建設技術需要人實施，完善的管理制度也需要人來執行。因此，人在工程建設過程中處于絕對核心的地位。而就地鐵深基坑過程建設項目而言，人員因素可以分為系統外人員和系統內人員。

1.系統外人員

系統外人員主要包括地鐵深基坑工程項目周邊的居民。工程周邊的居民的不恰當行為可能會對工程項目的建設造成破壞或不利影響。由于地鐵深基坑工程項

目的建設要求多部門多工種協同作業，項目周邊的居民這一群體也或多或少地對現場施工的安全有影響。深基坑工程建設系統外的人員雖然不直接參與工程的建設，其行為也會影響到深基坑工程建設的安全，為了保障工程安全和人員的健康，他們也必須遵守相關的法律法規，規范其行為。

2.系統內人員

系統內人員主要包括地鐵深基坑工程建設的作業人員、管理人員。深基坑工程建設實施的每個環節，每項施工作業中，都由人來指揮和管理；每項工作所需要的機械設備也要由人來操作；人推動著整個項目的進行。作業人員的思想素質、職業道德、安全觀念、勞動紀律、技術業務素質乃至生理心理素質都與工程項目

的安全有著十分密切的關系。近年來發生的一系列安全事故也充分表明深基坑工程作業人員、管理人員的綜合素質直接影響項目建設的安全。提高操作人員和管理人員的安全風險管理意識，必須全方位培養作業人員、管理人員的綜合素質，在相關人員中開展專業技能、職業道德、勞動素養、文化修養等教育培訓，使整個建設團隊的每個參與者的綜合素質全面發展，才能保證工程建設的安全。

3.1.2技術因素

技術因素也是影響安全的重要方面。工程項目施工必須依賴各種基礎設備和安全技術設備，這些技術因素影響著工程項目建設系統的安全性能。在地鐵深基坑工程項目建設過程中，施工機械設備的正確操作和合理使用都需要技術力量作

為支撐，只有掌握了技術才有可能保證機械設備的有效運轉，才能使系統達到良好的安全運行狀態，才能完成預期的建設目標。同時，引進新的先進設備和技術，采用新工藝、新方法，對保障項目建設的安全也具有重要作用。地鐵深基坑工程項目的建設需要依靠先進的技術來控制在建設過程可能存在的安全風險，為生產和建設提供安全保障。

3.1.3環境因素

環境因素是指跟工程建設活動能夠發生作用的所有要素的總和，工程建設項目的邊緣區域就是環境，它在時間和空間層面影響著項目的建設。每個工程都處在時刻變化的環境中，這是從環境的時間層面來描述；每個工程建設項目時刻都在發生著變化，從表象上可能是隨道的挖掘、線路的鋪設或者車站的建成，這是從環境的空間層面來描述。

影響地鐵深基坑工程項目建設安全的環境因素可以從狹義和廣義兩個方面來定義，狹義的環境指的是建設系統內部小環境，主要包括施工作業環境和系統內部生活、生產環境；廣義的環境指的是影響建設系統的外部環境，包括自然環境和社會環境。

1.內部小環境

內部小環境主要包括施工作業環境和系統內部生活、生產環境。施工作業環境，例如照明條件、作業環境溫度、噪音、空氣中的灰塵等等，都會影響到作業人員和管理人員的生理和心理健康程度。系統內部生活、生產環境，例如政治文化氛圍、團結協作意識、職業道德、紀律觀念等等，都會影響到建設過程中的每個人員。地鐵深基坑工程的建設需要各個崗位的員工群策群力，沒有一個良好的生產、生活環境，工程項目建設的安全保障就無從談起。

2.外部大環境

外部大環境包括深基坑工程建設的外部自然環境和社會環境。自然環境往往很難被人所控制，建設過程中也很難避開自然環境帶來的安全風險，各種復雜的工程地質條件、水文條件對地鐵深基坑工程建設的安全影響極為關鍵，洪水、泥石流、臺風、暴雨、地震等自然災害時刻威脅著地鐵深基坑工程的安全。作為項目決策者，必須進行全方位的自然環境條件的調查，在恰當的時間恰當的地點進行工程項目的建設。社會環境涵蓋范圍廣泛，不僅包含常規的政治、經濟、文化、法律、道德等方面，還包含技術、家庭、風俗等其他方面。這些因素不同程度地

影響著地鐵深基坑工程建設的安全。

由于地鐵深基坑工程的建設通常都處于難以完全勘測清楚的環境中，因此其中存在著許多不同的風險因素，只有因地制宜地加以識別和分析，才能有效地采取措施，避免安全事故的發生。此外，通過施工監測和三方監測等手段對施工環境進行預警分析，合理安排施工方案和施工工藝，也有助于提高工程建設系統的安全性。

3.1.4管理因素

影響地鐵深基坑工程建設安全的管理因素，主要指的是管理者按照深基坑工程建設的客觀規律，對工程建設實施相關的人、財、物、信息等資源進行風險控

制的一切活動。管理因素具體包括隊伍管理、組織體系管理、制度建設管理、施工方法、監測手段等方面。管理的主體是工程項目的建設者和管理人員，管理的客體是人力、物力、財力和信息等方面。影響工程施工安全的管理因素見圖3-2。

圖3-2影響地鐵深基坑工程項目實施安全的管理因素

安全管理的本質就是調動一切資源和力量，制定科學系統的安全管理制度，發揮人的主觀能動性來減少事故促進安全施工。管理的方法主要有計劃、組織、領導、協調。管理因素是保障地鐵深基坑工程建設安全的重要因素。定期對地鐵深基坑工程建設的各級領導、管理人員以及作業人員進行安全、思想政治教育和安全知識教育，對提高工程建設系統安全性能有重要意義。

3.2基于WBS-RBS的風險辨識方法

所謂風險辨識，是指人們以工程經驗和知識儲備作為指導，利用已經存在的客觀風險事故數據對未知項目潛在的風險進行鑒別。風險辨識的目的是識別出風險管理的對象，它是進行風險管理的基礎，沒有辨識出風險因素，風險管理也就沒有任何意義。

3.2.1安全風險辨識方法

地鐵安全風險因素辨識有許多不同的方法和模式，一般而言，可以分為經驗分析法和系統安全分析方法兩大類。

1.經驗分析法

經驗分析法，原本是價值工程中的方法，指參照一定的評價標準，借助專業人士的經驗知識和理性思維邏輯評判能力，對項目潛在的風險因素進行鑒別的方法。經驗分析法適合運用在有類比工程的新建項目中，而不適合運用在那些沒有

可以借鑒或具有參考價值的歷史類比工程的新建項目。常用的經驗分析方法有2種：經驗法和類比法。但是單獨運用上述2種方法進行風險辨識，其結論的可靠性沒有預期的那么高。經驗法的優點是簡單易操作，所需的經費非常低，但是這種方法帶有極為強烈的個人主觀意識色彩，容易遭受由于辨識人員經驗的局限性、個人感情偏好、占有資料不全等方面的影響，從而影響到風險辨識結果的準確性。類比法的優點在于，它以具體歷史類似工程作為參考對象，用比較嚴謹的邏輯推理思維類推分析得出新建工程的風險因素，其辨識的結果有較高的置信度。在現實中，工程項目具有單一性和獨特性，完全相似的類比工程并不存在，而且由于同行競爭的影響，所獲取的資料其全面性、可靠性難以保障，這種方法的應用范圍會受到較大的限制。因此，在風險識別過程中，這2種方法經常會同時使用，并且會擴大辨識人員的規模，形成專家組進行辨識。

2.系統安全分析方法

系統安全分析方法，是指通過研究系統中人、設備和環境之間的關系，從系統整體出發，對安全風險進行辨識的一種方法。系統安全分析方法適用于各種復雜的系統，因此其應用領域非常廣泛，幾乎沒有一個領域不能用到這種方法。系統安全分析方法的種類非常多，適用在風險識別領域的方法有：預先危險性分析（PHA）、故障類型及致命度分析（FEMCA）、事件樹分析（CETA）、安全檢查表法（SCL）、故障樹分析（FTA）和工作結構分解（WBS）等。

3.2.2 WBS-RBS風險辨識方法

WBS-RBS風險辨識方法，是指從橫向和縱向2個角度對項目的風險進行辨識，一般而言，從縱向將項目進行工作分解結構分析（WBS，Work BreakdownStructure），從橫向將項目進行風險分解結構分析（RBS，Risk BreakdownStructure）c它在本質上還是一種系統分析方法，將項目作為一個完整的工作包（Work Package）.根據系統的特性進行合理的系統層次分解，選取分解后的恰當的系統層次進行風險辨識，從而可以得出整個系統的風險。若將橫向的風險分解結構定義成安全風險分解機構，那么WBS-RBS就成為了安全風險辨識方法，可以用來對項目的安全風險進行識別。

1.工作分解結構（WBS）

工作分解結構是將整個工程項目進行結構分解，例如在建設工程領域最常見的結構分解方式：工程總體一單位工程一分部分項工程一工序，見圖3-3。當然也可以按照其他邏輯順序進行分類，比如說可以按空間和時間的邏輯順序展開。

圖3-3 WBS分解圖

2.風險分解結構（RBS）

按3.1節中對安全風險因素分析的結論，將風險分為人員風險、技術風險、環境風險和管理風險，由于人員風險在地鐵深基坑工程中在很大程度上可以歸結為管理風險，因此本文將人員風險歸并于管理風險類，以簡化分析和計算過程。按類別對安全風險因素分析進行分解，見圖3-4。

圖3-4 RBS分解圖

針對工程建設風險辨識而言，WBS-RBS風險辨識是從工程的施工（縱向） 和工程的風險特性（橫向）來對工程進行系統分解，從而分解出適合風險辨識的基本工作單元。具體步驟如下：

第一步，工程的工作分解結構分析。工程的工作分解結構通常可以從施工流程、功能特性和要素進行，從施工流程角度可以分解成“流程1—流程2—…一流程N”，從功能特性角度可以分解成“功能1—功能2—…一功能N”，從要素角度可以分解成“要素1—要素2—…一要素N”。工作分解結構分析的角度要視具體的工程區別對待，必須始終堅持的原則是將系統分解成易于識別風險的基本工作單元。

第二步，工程的風險分解結構分析。針對工程的特性，對其可能存在的風險進行分解，一般可以按“4M1E”——人、機、事、物、環境來分解，也可以按照本文“人員、技術、環境、管理”進行分解，當然，在具體的分解過程中，遵循分類互斥原則，達到識別起來更加方便的目的，可以對某些因素進行合并處理，或者對某些因素進行細化分解。風險分解結構分析的原則是，將風險分解到適合工作分解結構中的基本工作單元根據其進行風險歸類。

第三步，將工作分解結構和風險分解結構得出的結果進行親合處理。所謂的親合，就是將縱向和橫向的結果進行交叉處理，構建成縱橫結合的矩陣形式，從而得出WBS-RBS風險辨識矩陣。若構建的是安全風險辨識矩陣，則只要用安全風險分解結構代替風險分解結構即可。WBS和RBS耦合的原則是，二者的基本單元可以構成系統的風險因素時，耦合矩陣中該交叉處取值為1；二者的基本單元不構成系統的風險因素時，耦合矩陣中該交叉處取值為0。

WBS-RBS最先使用是在計算機軟件編程方面，將其引入工程項目風險辨識之中，它的優點有如下幾條：

首先，它是系統分析方法，具有分析全面系統的特點。WBS-RBS是從系統的角度出發，按照嚴謹的邏輯推理分析，對系統的基本構成單元進行風險辨識。就本文將構建的地鐵深基坑工程WBS-RBS安全風險辨識方法而言，對地鐵深基坑施工中可能存在的安全風險進行比較全面的辨識，能夠很好的避免由于邏輯上的錯誤或者其他方面造成的安全風險因素的缺失。

其次，利用WBS-RBS進行風險識別，可以從宏觀方面將安全風險管理與進度管理、成本管理進行完美的結合。工程建設領域中進度控制的最常見工具是網絡進度計劃，而WBS是建立網絡計劃的基礎，利用WBS-RBS方法，有利于工程建設中安全風險管理、進度管理和成本管理的有機結合，實現工程項目管理的一體化。

再次，WBS是從計算機軟件領域發展起來的，有利于安全風險管理信息系統的構建。

3.2.3地鐵深基坑工程安全風險WBS-RBS風險辨識

1.本文WBS研究對象是地鐵深基坑工程施工的安全風險，大部分深基坑工程的圍護支撐結構采用的是地下連續墻，因此選取地下連續墻作為深基坑工程的工藝。從施工的角度出發，將地鐵深基坑工程的工作結構分解，見圖3-5。

圖3-5地鐵深基坑工程工作分解結構圖（WBS）

4、基于WBS-RBS故障樹安全風險評價模型

4.1故障樹法定義、發展及優點

故障樹分析方法（FTA，Fault Tree Assessment），也稱為失效樹分析，它是一種邏輯演繹方法，是從結果出發推導出原因的邏輯模型。故障樹分析方法可以用來推導系統發生故障的原因，還原事故發生的過程。以地鐵深基坑圍護結構滲漏事故為例，從結果開始演繹，找出各種可能引起滲漏的原因，識別出導致事故發生的原因如混凝土開裂、機械碰撞等等，而這些所識別出的事故原因也就是項目潛在的安全風險因素。

故障樹分析方法不僅能對系統的安全風險因素進行定性分析，也能夠對安全風險因素做定量分析。既可以用來辨識潛在的安全風險因素，又能對風險發生概率做評估，還能在此基礎上提出相應的風險預控措施。故障樹分析方法通常運用在以下這幾個方面：

1.定位查找系統發生的故障；

2.辨識系統中潛在的可能造成系統故障的因素；

3.形象地描述系統故障發生的過程；

4.定期關注系統中某個子系統特定的功能性故障。

4.2深基坑工程主要安全事故分為5種。

1.圍護結構滲流破壞

圍護結構滲流破壞，是指在深基坑開挖過程中，由于阻止水流滲入和沙土擠壓的圍護結構失效，導致地下水攜帶砂粒、土壤滲入深基坑施工作業環境中，造成深基坑支護結構破壞。例如天津地鐵3號線華苑站深基坑工程，在建設過程中由于圍護結構錯位變形，導致發生圍護結構滲流破壞事故。

2.深基坑支撐失穩

深基坑支撐失穩，是指深基坑支撐錨固體系由于設計不當、施工缺陷或其他不可預期外力干擾，導致其強度、穩定性不足以達到支撐作用，造成深基坑圍護結構向內部傾倒破壞。例如深圳地鐵1號線大新站深基坑工程，在建設過程中由于支撐體系遭受機械碰撞，導致支撐結構失穩。

3.坑內土體滑坡

坑內土體滑坡，是指深基坑土方作業由于放坡過陡、頂部堆荷或暴雨等原因，導致深基坑中既有圍護、支撐結構遭到破壞。例如臺灣捷運鼓山1號站深基坑工程，由于暴雨的原因導致坑內土體滑坡。

4.深基坑圍護結構踢腳破壞

深基坑圍護結構踢腳破壞，是指圍護結構吃土深度不夠或者土質松軟，導致被動土壓力過小，造成深基坑圍護結構踢腳破壞。例如上海4號線海倫站，由于地下連續墻吃土深度不夠，發生了踢腳破壞。

5.突涌破壞

突涌破壞，是指在深基坑施工過程中、坑底產生的自重不足以抵抗承壓水力，導致坑底土體受剪切，引起坑底破壞。例如南京地鐵某車站深基坑工程，由于降水不及時導致地下水壓力徒增，沖破坑底造成突涌破壞。

5、結束語

綜上所述，地鐵建設安全風險管理作為大的研究背景，以地鐵深基坑工程建設為實際研究的承載對象，對地鐵深基坑工程安全進行風險辨識和評價。通過安全風險辨識和評價，可以提高對地鐵深基坑過程建設過程中危險源的預判能力，能夠在施工安全事故發生之前對安全風險進行規避和化解，從而提高整個系統的安全性能，加強地鐵深基坑的質量。

參考文獻：

[1]王廣冰，張遠芳，蘇福全.深基坑支護工程事故原因綜合分析[J].山西建筑，2011

[2]朱征.深基坑工程風險管理與技術應對措施[J].建筑施工，2009，31（10）：853-856.

[3]錢健仁，黃捷，吳盛等.鄭州地鐵車站超深基坑施工風險管理與控制[J].華北水利水電學院學報.2011，32（3）：86-89.

[4]沈尉.城市軌道交通樞紐站超深基坑的施工風險控制[J].上海交通大學學報，2012，46（7）：1168-1172.