地鐵建設(shè)對周邊環(huán)境及風(fēng)險源管理研究

文｜ 中鐵十六局集團有限公司 李菲

地鐵建設(shè)的位置選擇大多數(shù)位于城市繁華的街道，這個位置具有相對集中的地下管線、公路橋梁、城市建筑以及活動人口，在開挖地下隧道的時候，周圍的人文環(huán)境和自然環(huán)境將會表現(xiàn)出十分敏感的反應(yīng)，所以在建設(shè)地鐵的時候，如何做好周圍環(huán)境的保護工作成為工作的重要內(nèi)容。我國對于地鐵建設(shè)中防范風(fēng)險的研究起步較晚，在最近幾年我國才開始大規(guī)模的開始建設(shè)地鐵。本文將針對于地鐵建設(shè)中的風(fēng)險源等展開分析，探究順利發(fā)展城市地鐵的有效措施。

一、城市地鐵建設(shè)防范風(fēng)險源

在學(xué)術(shù)界，尚未出現(xiàn)關(guān)于城市地鐵建設(shè)施工過程中的風(fēng)險準(zhǔn)確定義，在《城市地鐵及地下工程建設(shè)風(fēng)險管理指南》中明確對風(fēng)險源做出概念定義：城市地鐵及地下工程建設(shè)中若是出現(xiàn)的現(xiàn)象與預(yù)期利益相違背的情況，或者是造成不利后果，對項目工程建設(shè)的參與方造成損失。雖然目前學(xué)術(shù)界尚未對城市地鐵風(fēng)險作出明確的定義，但是在當(dāng)前的學(xué)術(shù)界均涉及到了風(fēng)險造成損失和風(fēng)險發(fā)生概率兩種因素，關(guān)于風(fēng)險的公式表達如下所示：

在公式1.1 當(dāng)中，表示城市地鐵建設(shè)風(fēng)險的是字母R，字母p 所表示的內(nèi)容是城市地鐵建設(shè)過程中風(fēng)險發(fā)生的概率，字母c所表示的含義是發(fā)生風(fēng)險的時候所造成的損失。

1.典型的地鐵安全事故影響因素分析

國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局網(wǎng)站對國內(nèi)修建城市地鐵的192 起工程事故展開施工事故統(tǒng)計，得到在城市地鐵建設(shè)中存在著9種安全事故類型。根據(jù)數(shù)據(jù)分系統(tǒng)顯示，在地鐵安全事故影響中，發(fā)生頻率最高的是坍塌事故以及地表塌陷事故，發(fā)生頻率最少的安全事故是爆炸因素。詳細(xì)事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表1、圖1、圖2所示。

表1 國內(nèi)192 起城市地鐵修建工程事故數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

圖1 國內(nèi)192 起城市地鐵修建工程事故數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖

圖2 國內(nèi)192 起城市地鐵修建工程事故數(shù)據(jù)比例圖

在地鐵建設(shè)過程存在的9 種類型安全事故具體分類，如表2所示。

2.城市地鐵建設(shè)安全風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)等級

在對城市建設(shè)地鐵的工程項目中，對于地鐵工程項目的風(fēng)險標(biāo)準(zhǔn)展開評價，大體上有三個標(biāo)準(zhǔn)。在大多數(shù)情況之下，對城市的地鐵交通展開建設(shè)的時候，要自始至終的將防范安全事故作為出發(fā)點和落腳點。根據(jù)發(fā)生安全事故的概率，將安全風(fēng)險劃分如表3。

在城市地鐵建設(shè)過程中產(chǎn)生的風(fēng)險造成損失也可以詳細(xì)的劃分成為五個等級，如表4所示。

表2 地鐵工程建設(shè)中安全事故具體分類表

表3 城市地鐵建設(shè)產(chǎn)生風(fēng)險概率等級表

表4 城市地鐵建設(shè)風(fēng)險造成損失等級表

在城市地鐵建設(shè)過程中，不同的風(fēng)險等級所表現(xiàn)出的風(fēng)險程度也是不同的，如表5所示。

表5 城市地鐵建設(shè)風(fēng)險等級表

表6 九標(biāo)度法基本含義表示表

二、運用模糊數(shù)學(xué)理論和層次分析理論建立起風(fēng)險評價模型

1.劃分問題層次，構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)模型

在解決城市地鐵建設(shè)風(fēng)險問題的過程之中，首先要將存在的問題進行理順，將問題按照一定的依據(jù)進行分類，實現(xiàn)層次化處理，進而在分析和解決問題的時候，構(gòu)建出層次分明的結(jié)構(gòu)模型。其次，將構(gòu)建完成的層次結(jié)構(gòu)模型展開具體化分析，解析導(dǎo)致問題出現(xiàn)的多種元素。再次，以解析的問題元素作為依據(jù)分析其基本特點和屬性，繼續(xù)將元素進行細(xì)化，劃分成更多更細(xì)致的層次。最后，通過使用具體的數(shù)據(jù)對結(jié)構(gòu)模型的重要性做出表示。

2.建造科學(xué)模型，建設(shè)判斷矩陣

在徹底建設(shè)完成關(guān)于層析分析結(jié)構(gòu)的相關(guān)模型之后，針對性的構(gòu)建出判斷矩陣。做好判斷矩陣構(gòu)建需要高效實用層析分析法，與此同時，還應(yīng)該要將建設(shè)城市地鐵工程的時候，其最具有風(fēng)險性的位置做好判斷。在正式開始對判斷矩陣進行構(gòu)建的時候，要按照相應(yīng)的流程展開。第一，主觀判斷要高效運用層次結(jié)構(gòu)之中的相關(guān)重要性因素，粗略的對判斷矩陣做出判斷。第二，將不同層次之間的因素其重要意義做出具體而又詳細(xì)的對比。

在進行構(gòu)造判斷矩陣的時候，可以選擇使用九標(biāo)度法，這種方法可以將兩個對象做出比較，可以相對比較簡單地做出判斷反饋，提升判斷效率。九標(biāo)度法的基本原理是明確固定的研究對象，之后再逐一將其它的影響因素選取出來，讓這些因素之間互相比較，將影響因素對于研究對象的重要性做出明確。在完成對比之后，再尋找下一個對象，以此類推，獲得所有對象的比較判斷值。九標(biāo)度法的基本概念如表6所示。

比較建立完成之后的判斷矩陣，可以得知如下判斷矩陣當(dāng)中的元素性質(zhì)：

3.模糊數(shù)學(xué)理論

模糊數(shù)學(xué)理論又被稱作為Fuzzy 數(shù)學(xué)，這是一種對模糊性現(xiàn)象進行研究和處理的理論概念和數(shù)學(xué)方法。城市建設(shè)地鐵工程的時候，具有較大的施工難度，并且涉及到更加廣闊的領(lǐng)域，比如政治領(lǐng)域、經(jīng)濟領(lǐng)域、施工環(huán)境領(lǐng)域以及技術(shù)領(lǐng)域。但是在分析的過程中只能依賴定性分析，不能采取定量分析。

在對等級展開評判的時候，評判等級集V={V1,V2,V3,V4,V5}={較低風(fēng)險，低風(fēng)險，中度風(fēng)險，高風(fēng)險，較高風(fēng)險}。為了實現(xiàn)計算過程的簡化，采用量化定義的方法描述主觀評價的感性，與此同時依次將其進行賦值為V={0.1,0.2,0.3,0.4,0.5}。與工程專家的相關(guān)咨詢意見相結(jié)合，通過使用專家打分的方法，明確判斷出城市地鐵建設(shè)出現(xiàn)的各種風(fēng)險因素對評估標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)生的影響程度，通過評價矩陣RK 對出現(xiàn)的風(fēng)險作出模糊的評價。

三、城市地鐵建設(shè)風(fēng)險工程數(shù)值分析

1.地鐵工程主體結(jié)構(gòu)計算模型

為了降低邊界約束對于計算結(jié)果所產(chǎn)生的不良影響，在不同方向中進行取值的時候，取值范圍要做好嚴(yán)格的控制，除此之外，還應(yīng)該要建筑主體結(jié)構(gòu)周圍的建筑物實際情況作出分析。在本次探究活動中，地鐵工程風(fēng)險數(shù)值的取值范圍控制在縱向230m，橫向260m，豎向為75m。地下工程支護工程初期階段借助于板單元模擬，邊樁采用的是樁單元模擬……其模擬的形狀如圖3所示。

2.城市地鐵風(fēng)險源計算步驟分析

分析城市地鐵工程建設(shè)過程中風(fēng)險源步驟，總體上分成三步：

第一步，將初始地區(qū)的應(yīng)力做好平衡工作，清理位移。

第二步，借助于PBA 技術(shù)獎主體結(jié)構(gòu)分布開挖，與此同時還應(yīng)該將支護工程的初步環(huán)節(jié)做成封閉形式，每步的進尺為10m。

第三步，將臨時搭建的初步支護結(jié)構(gòu)按部就班的進行拆除，拆撐步長10m。

3.城市地鐵建設(shè)風(fēng)險計算結(jié)果分析

在風(fēng)險計算完成之后，地面的沉降詳細(xì)過程如圖4所示。

地面發(fā)生沉降受到開挖中部導(dǎo)洞的影響力度是最大的，當(dāng)將左邊導(dǎo)洞和右邊導(dǎo)洞貫通的時候，地面出現(xiàn)2.05mm 的沉降量，地表沉降力度較小。但是在貫穿中部導(dǎo)洞的時候，地面將會出現(xiàn)12.49mm 的沉降量，地表沉降力度增加。在扣拱施工階段，地面發(fā)生的沉降量將為2.34mm，地表沉降力度受到主體結(jié)構(gòu)施工的影響力度較低。地表沉降受影響最大的階段是開挖導(dǎo)洞與扣拱施工，由此可以發(fā)現(xiàn)，這兩個階段具有較大的風(fēng)險。在完成施工以后，地表出現(xiàn)的總沉降為16.4mm。

主體結(jié)構(gòu)邊樁變形的基本情況如圖5所示。

從圖5可以得知，在開挖主體結(jié)構(gòu)的階段中，導(dǎo)洞內(nèi)的邊樁發(fā)生的最大位移是8.3mm。

結(jié)束語

城市化建設(shè)讓城市人口不斷增加，為了降低城市交通壓力，節(jié)省道路空間，城市地鐵建設(shè)將會在實現(xiàn)上述目標(biāo)的同時為人們的出行帶來了便利，也為城市經(jīng)濟發(fā)展提供新的解決方案。現(xiàn)如今我國城市發(fā)展與道路建設(shè)亦步亦趨，在城市地鐵建設(shè)中，要強化施工技術(shù)，嚴(yán)格控制風(fēng)險，采取針對性的方法解決存在的問題。

圖3 計算地鐵主體結(jié)構(gòu)風(fēng)險源模型

圖4 完成地面開挖后地表沉降云圖

圖5 主體結(jié)構(gòu)邊樁的變形移云圖