淺談地鐵深基坑開挖風險分析及控制對策

周少良

（鐵科院（北京）工程咨詢有限公司,廣東深圳518057）

淺談地鐵深基坑開挖風險分析及控制對策

周少良

（鐵科院（北京）工程咨詢有限公司,廣東深圳518057）

隨著我國城市化進程不斷加快，城市交通壓力也隨之增大，為了適應城市交通發展的需求，地鐵在近些年得到不斷的發展，在城市交通中占據的比例逐漸增加。而基坑開挖工程是地鐵建設的重要組成部分，同時也是最關鍵和復雜的環節，施工過程中存在多種類型的風險因素，做好地鐵深基坑開挖風險分析及風險控制顯得尤為重要。

地鐵；基坑開挖；風險因素；風險控制

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.09.016

1 引言

由于地鐵施工周邊環境復雜，各種管線較多，對環境保護要求較高。同時，地鐵深基坑工程內容復雜，涉及的工程流程、施工工藝較為繁雜以及受工程地質和自然環境的影響，使深基坑開挖工程具有較高的風險性，在施工過程中一旦出現操作不當，不但給周邊環境造成影響，同時無法保證基坑本身的安全，嚴重時還會發生較大的安全事故。因此，論文從地鐵深基坑施工特點及潛在風險因素出發，通過探討識別、分析和評價基坑施工中的危險源，根據時空效應理論選擇合理的施工參數；進行有效的監測管理措施，提高施工技術管理水平來控制地鐵深基坑開挖潛在風險，以確保地鐵深基坑開挖過程中的安全、穩定并減少對周邊環境的影響。

2 做好深基坑開挖施工前的安全風險辨識及評價

風險評估的意義在于規范地鐵工程建設風險管理，做到有效控制工程建設風險，減少各類風險事故的發生，降低工程經濟損失、人員傷亡和環境影響，保障工程建設的安全、質量、進度、效益和環境保護等，達到以較低成本獲得最大安全的目標。為了確保基坑工程建設項目的順利實施,在工程施工前事先對危險源進行客觀、合理的識別、分析和評價,并采取相應的措施是完全必要的。

通常情況下，對工程施工現場危險源進行有效管理必須從多方面共同入手：（1）建立起一個具有專業技術和安全管理經驗的風險評價小組，對工程建設過程中各區域及相關施工人員的行為規范進行指導；（2）由風評小組對危險源進行風險評價，依照危險源的不同及其對應的后果進行劃分，做到有針對性、有重點的管理和控制。

下面簡要地介紹一下風險識別、分析和評價的方法：對基坑結構風險進行靜態分析與評估時，可采用層次分析法與專家打分相結合的綜合評判方法，對風險進行定量評估。經過專家的充分討論，對層次分析法模型中底層風險因素發生的可能性以及發生的后果非效用值進行評分，結合層次分析法中各層次風險權重的計算，計算出各層次風險的風險系數，作為衡量風險因素、風險水平的最終指標，進而根據風險等級的評定標準來判斷各風險因素的風險等級。

由專家打分法確定風險事件的P（風險發生的概率）、C（風險發生產生的破壞程度）值，二者的乘積為其風險指數Ri，再用層次分析法得到風險事件的權重ωi。在此基礎上，對各個風險進行集成，得到總體的風險指數R。計算方法：

根據城市軌道交通地下工程建設風險指數，確定風險等級。在現場應急方案處置中，對重大風險源進行重點關注并做出相應的對策，以保證基坑及周邊環境的安全。

3 充分利用深基坑工程“時空效應”理論選擇合理的施工參數

對于地鐵深基坑工程，要可靠地解決基坑穩定和控制坑周土體位移問題，需要研究的不明確因素較多，其中一個難點是如何評估和處理土質，尤其是軟土的流變性對支護墻體的內力和位移的影響，因此，在建筑物和管線密集地區，要按控制土體位移保護環境的要求進行深基坑設計和施工就帶有風險性。而時空效應理論是地鐵深基坑工程的重要特征,該理論綜合考慮了地基參數、支護結構力學性能參數、施工工藝參數，并著重考慮了特殊條件下周圍環境要求[1]。下面主要從施工工藝參數方面討論如何進行控制。在基坑開挖過程中由于基坑內部土體被大量移走以及降水對土中水引起的改變，圍護結構在外側土壓力的作用下產生變形，同時，基坑周圍的土體受到基坑開挖的擾動影響，使圍護結構的不同深度位置受力不均，因此，應當考慮其空間受力狀態和隨時間而改變的應力與變形狀態。實踐證明：科學地制定考慮時空效應的開挖和支撐的施工方案,可以合理地利用土體本身在開挖過程中控制位移的潛力,達到控制基坑周邊地層位移及保護環境的目的，這是目前解決基坑施工過程中穩定和變形問題既安全又經濟的有效途徑。

基坑開挖和支撐施工是決定基坑工程成敗優劣的關鍵工序。在基坑開挖過程中每個基坑施工參數的確定要根據其規模、幾何尺寸、圍護墻體及支撐體系的布置，按照“時空效應”理論，采用分層、分段、接力開挖法，實施中進行分塊、對稱、平衡和支撐順序，并確定各工序的時限。具體的施工參數有：開挖分層的層數n、每層開挖的數量V、分部時間開挖的時間限制Tc、分部開挖后完成支撐的時間限制Ts、鋼支撐預加軸力N、每分層開挖高度H。

根據工程特點合理地選定基坑開挖及支撐的施工工序和施工參數，以減少基坑開挖中土體擾動范圍，保持基坑穩定，并使地層位移和差異位移符合預測值，最大限度地減少基坑周邊沉降的位移量和差異位移量。

4 實現監測過程中的信息化管理

地鐵深基坑施工監測的主要目的是監測基坑整體的剛度和穩定性，主要包括基坑支護結構的變形、水平位移、軸力變化、基底隆起，周圍道路和建筑物的傾斜、沉降等。基坑工程監測工作應貫穿于基坑工程施工的全過程。監測工作一般應從基坑工程施工前開始，直至結構施工完成為止。對有特殊要求的周邊環境的監測應根據需要延續至變形趨于穩定后才能結束。

為保證地鐵深基坑施工安全，應認真對基坑工程的監測方案進行審核，充分運用信息化監測管理手段確保監測數據真實準確地反映實際施工情況，并進行預警分析，及時指導監控施工的進程。

現在國內有部分城市軌道交通深基坑施工過程中，組建了現場監測監控分中心組織機構并開發了遠程監測監控管理平臺,通過遠程監測監控系統和現場分中心互動機制，以“三圖四表”作為數據分析、安全評價的重要工具，提供專業技術分析和監測管理工作，已達到各管理層的現場執行遠程監控目的。現場監測監控分中心人員將“三圖四表”（即基坑工況平面圖、總剖面圖、監測布點圖、每塊土無支撐暴露時間記錄表、土方開挖記錄表、現場巡檢記錄表、監測分析表）、施工監控量測數據、數據分析結論、現場實時基坑開挖剖面圖上傳到遠程監測監控管理平臺，監控中心管理人員通過遠程監測監控管理平臺及時、準確地獲取第一手資料，及時、全面地了解到基坑開挖過程中當天的工況、監測數據、安全情況等重要信息，當監控管理中心人員發現異常情況，根據綜合考慮，判定其預警等級并發布綜合預警，根據不同的綜合預警級別分別響應不同層級領導，及時趕赴現場，組織召開監測預警分析會，根據現場勘查和數據變化情況，各參建單位對預警原因進行分析，及時提供、落實處置措施和意見，并對采取的措施做出后期發展的預測。

遠程監測監控管理平臺與監測監控分中心相結合，使各方更加直接地通過現場分中心管理施工，對監測資料及其他信息通過現場監測分析會進行處理及綜合分析判斷，及時了解各監測點數據變化趨勢，為優化和合理組織施工提供可靠信息，及時優化施工工藝，變更施工方同時根據監測數據對基坑安全施工切實起到警示、監控作用，真正實現管理，監督、建議與控制的結合。同時明確各方職責，體現分級管理、以現場為重心的思想，做到全面堵塞可能的安全隱患，最大程度地降低事故發生的概率，保障地鐵工程建設的順利進行[2]。

5 提高深基坑施工技術及管理水平

地鐵深基坑的建設本身就存在較高的科技含量，對施工技術水平要求較高，因此，施工技術水平也是影響基坑工程風險的關鍵因素。技術管理在很大程度上影響著工程的建設成果和安全系數，左右著工程的最終質量。通過施工技術的管理來提升深基坑工程的施工質量與安全性。目前，我國基坑施工基本上都已經實現了自動化或是半自動化，引進了大量的施工設備和先進的施工工藝，這都是基坑施工技術水平高低的重要體現。只有擁有較高的操作技術才能有效地保證設備性能的充分發揮，高效率地完成基坑施工目標。同時，不斷提高基坑施工工程的技術水平，對降低施工過程中的風險也具有重要的作用。地鐵深基坑工程需要依靠先進的技術手段來有效控制開挖過程中的風險，保證工程建設的穩定性、有效性。大量的實踐結果證明，管理人員技術管理水平直接影響到事故的發生機率，決定著工程的質量和進度。

地鐵深基坑屬于一種地下作業，施工過程必須要提高施工效率，快速、準確地完成施工作業。施工人員要合理、科學地安排施工活動，在保障施工安全的前提下，提高施工操作速度，保障工程的高效完成。同時，施工管理人員要提高超前意識，并制定科學、合理的施工規劃，對人員進行合理的分配，明確各項操作細節，從而做到快速有秩序的作業。為此，我們應當在未來的發展中不斷改進和完善深基坑支護的施工技術和管理手段，并在理念上應予以創新思考。

6 結語

綜上所述，在地鐵深基坑開挖中根據其特點,做好風險因素分析并制定相應的風險控制對策，在施工管理中做到突出重點，這不僅能有效地保證深基坑開挖過程中深基坑本身的安全，而且還能最大限度地降低對周邊環境的影響。

【1】王政富，鞠泳.時空效應規律在軟土深基坑工程中的運用[J].山西建筑，2003(11)∶67-69.

【2】吳勇，陳文華，林平.寧波軌道交通第三方監測的管理模式的創新與實踐[J].交通建設與管理，2014(10)∶34-36.

Discussion on the Risk Analysis and Control Countermeasures of Subway Deep Foundation Pit Excavation

ZHOU Shao-liang
(Academy of Railway Sciences(Beijing)Engineering Consulting Co.Ltd.,Shen zhen 518057,China)

With the rapid development ofurbanization in our country,the urban traffic pressure is getting higher.In order to adapt to the demand of the urban traffic,subway develops rapidly,and its proportion in the traffic is increasing.The foundation pit excavation is an important part of the subway construction,as well as the most critical and complex step.There are multiple types of risk factors in the construction process,andit's important to do risk analysis and risk controlin subway deep foundation excavation.

subway;foundation pit excavation;risk factors;risk control

U231+.3

A

1007-9467（2016）09-0034-03

2016-08-16

周少良（1983～），男，湖南婁底人，工程師，一級建造師、全國注冊監理工程師，從事市政工程施工技術研究。