基坑風(fēng)險評估研究現(xiàn)狀綜述

（四川峨眉山地質(zhì)工程勘察有限責(zé)任公司，四川 峨眉山 614200）

0 引言

隨著城市軌道交通工程的快速發(fā)展，深大地鐵基坑也越來越多，地鐵基坑施工過程中發(fā)生了不少嚴(yán)重的工程事故。基坑施工期坍塌事故風(fēng)險評價的相關(guān)研宄任務(wù)迫切且意義重大。本文將基坑風(fēng)險評估理論和評估方法做簡要總結(jié)介紹。

1 基坑風(fēng)險評估理論和評估方法

在基坑風(fēng)險評估理論和評估方法研宄方面，美國的Einstein H.H.教授[1,2]當(dāng)屬地下工程風(fēng)險評估研宄的先驅(qū)，他指出了地下工程風(fēng)險評估的特點和應(yīng)遵循的理念，其團隊在研宄各種不確定性導(dǎo)致的投資及工期方面的風(fēng)險上成果豐碩，并開發(fā)了隧道風(fēng)險決策輔助系統(tǒng)-DAT[3]（Decision Aids in Tunneling），成功應(yīng)用于多個實際工程；國際隧道協(xié)會年發(fā)布了《Guidelines for tunnelling risk management》[4]，為隧道及地下工程的風(fēng)險管理工作提供了參考標(biāo)準(zhǔn)，對該領(lǐng)域的風(fēng)險管理工作進行了規(guī)范；韓國學(xué)者Hyun-Ho Choi[5]對地下工程風(fēng)險評估進行了理論研宄，并將研宄成果成功應(yīng)用于首爾地鐵；Blocly[6]將模糊數(shù)學(xué)的相關(guān)理論應(yīng)用到了地下工程結(jié)構(gòu)的安全風(fēng)險管理；Mogmesetm[7]對巖土工程風(fēng)險問題進行了較為系統(tǒng)的研宄了，并將其分為模型、管理、參數(shù)三大風(fēng)險，介紹了常用的風(fēng)險分析方法及接受準(zhǔn)則。

J.Kampmann 將蒙特卡洛模擬、電子表格與風(fēng)險管理相結(jié)合，構(gòu)建了一種新的風(fēng)險評估模型，并從風(fēng)險發(fā)生概率和損失兩方面對哥本哈根地鐵工程進行了研宄，建立了具體的風(fēng)險因素分類體系[8]; Burland 等（2002）[9]在總結(jié)倫敦城市地下鐵路建設(shè)的風(fēng)險管理經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合三階段風(fēng)險分析理論和基坑變形規(guī)律，對目前的風(fēng)險管理提出了自己的看法。

針對基坑工程的可靠度研宄有助于提升其風(fēng)險評估的定量化水平，從上世紀(jì) 80年代便開始了相關(guān)研宄[10]；20 世紀(jì)90年代初，美國國家科學(xué)研宄委員會對可靠度理論及其在巖土工程風(fēng)險評價中的應(yīng)用、推廣進行有益而全面的研宄，并取得了豐碩的成果[11]。Matsu[12]、Yossef[13]和Biemum[14]等人，針對基坑支撐圍護結(jié)構(gòu)的可靠性進行了系統(tǒng)而全面的研宄工作；J.M.Duncan[15]認(rèn)為可靠度分析是一種能夠評估計算中所涉及的參數(shù)不確定性的綜合影響的方法，可為常規(guī)分析提供了有益的補充；Phoon K.K[16]提出了一種基于可靠度理論的基坑施工設(shè)計簡化方法，并利用其作為基坑風(fēng)險的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。

在國內(nèi)，由于特殊的歷史原因，風(fēng)險管理研宄開始的時間大約比西方國家晚了近二十年，較早涉略這一領(lǐng)域研宄工作的的國內(nèi)學(xué)者有郭仲偉[17]、丁士昭[18]等。經(jīng)過近30年的發(fā)展，在基坑及地下工程風(fēng)險管理理念建立及理論研宄、基坑風(fēng)險分析方法研宄應(yīng)用和基坑周邊環(huán)境風(fēng)險分析等方面取得了一定的的研宄成果。

在基坑風(fēng)險評估方法研宄與應(yīng)用方面，目前應(yīng)用較多的有可靠度分析方法、 模糊綜合評價、層次分析法、基于監(jiān)測和事故統(tǒng)計的方法等。

基于可靠度分析的基坑風(fēng)險評估研宄能夠有效提升基坑風(fēng)險評價的定量化水平，是目前的一個研宄熱點。在基坑工程方面，研宄成果主要集中在基坑支撐圍護結(jié)構(gòu)的可靠性研宄方面。陳震（1995）在對基坑支撐圍護結(jié)構(gòu)所受外力作用研宄分析的基礎(chǔ)上，提出了深基坑支撐圍護結(jié)構(gòu)的4 個可靠度模型，給出了確定的可靠指標(biāo)，并以工程實例對所提方法的應(yīng)用做了進一步的說明；白峰青等（2000）成功將可靠度相關(guān)理論引入到地下工程設(shè)計的技術(shù)經(jīng)濟方面的風(fēng)險分析，并強調(diào)了現(xiàn)場數(shù)據(jù)的可靠性、模型及可信因子的合理性是提高風(fēng)險決策可靠性的根本;劉國彬等（1998）將可靠度相關(guān)理論用于基坑支撐圍護系統(tǒng)的受力及變形分析，并就模型不確定性對結(jié)果的影響展開了研宄，利用蒙特卡洛有限元分析法研宄了粘聚力和摩擦角的變異性對結(jié)果的影響，綜上提出了基于可靠度的基坑支撐圍護系統(tǒng)受力與變形的概率預(yù)測的方法；呂鳳梧 （2003）提出了基坑支撐圍護結(jié)構(gòu)帶撐擋墻開挖過程中的“動態(tài)剛度可靠度”以及“動態(tài)強度可靠度”兩個新概念，研宄了基于蒙特卡洛方法的帶撐擋墻動態(tài)可靠度求解方法，并成功應(yīng)用于潤揚長江大橋錨碇基坑地連墻可靠度的動態(tài)計算；張小敏（2003）將模糊理論與可靠度理論用于基坑穩(wěn)定性的分析，提出了基坑穩(wěn)定性分析的模糊可靠度模型；李俊松（2012）利用可靠度原理和蒙特卡洛模擬對近接既有建筑物的明挖基坑失穩(wěn)風(fēng)險進行了評價，并制定了不同近接程度下的風(fēng)險控制措施。通過實例驗證了模型和控制措施的有效性。

模糊綜合評價法是目前應(yīng)用較多的一種基坑風(fēng)險綜合評價方法，為更加客觀合理的確定影響因素權(quán)重和單因素評價矩陣，常常與其他方法結(jié)合使用，例如層次分析法、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)、故障樹分析等。周紅波（2009）將貝葉斯網(wǎng)絡(luò)和模糊綜合評價法結(jié)合后形成了新的深基坑 風(fēng)險評估方法，該方法以深基坑安全事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理風(fēng)險事件的發(fā)生概率，并利用模糊綜合評判模型評估深基坑的風(fēng)險水平，通過對上海市地鐵深基坑的實例應(yīng)用，驗證了評估方法的適用性和正確性；廖瑛等（2004）將層次分析法和模糊綜合評判法相結(jié)合，實現(xiàn)了對深基坑支護系統(tǒng)方案 的優(yōu)選。兩者的分工為用層次分析法評價基坑支撐維護體系各評價指標(biāo)體系的權(quán)重，模糊綜合評判法用來綜合評價支護方案的優(yōu)劣。類似的，陳神龍等（2006）、何錫興（2006）、陳曉勇等（2009）、王鳴曉（2011）也利用該方法對地鐵車站施工期風(fēng)險進行了評估。

層次分析法屬于定性的風(fēng)險評價方法，應(yīng)用范圍較為廣泛。但是目前多與其他綜合評價方法結(jié)合使用，用作評價指標(biāo)權(quán)重的確定，單獨用來進行基坑風(fēng)險評價應(yīng)用較少，多為早期研宄成果。同濟大學(xué)黃宏偉 （2005）將層次分析法與專家調(diào)查法結(jié)合，評估了某深基坑工程施工過程中的風(fēng)險，探討了深基坑風(fēng)險控制的常用方法，并就目前基坑風(fēng)險分析研宄中的問題和方向給出了自己的看法；謝秀棟（2011）也建立深基坑施工過程中風(fēng)險因子的層次結(jié)構(gòu)模型，采用層次分析方法對基坑施工過程中的風(fēng)險水平進行了評價；何蓓（2016）在研宄了深基坑開挖對房屋影響的基礎(chǔ)上，構(gòu)建了受影響房屋安全風(fēng)險評價指標(biāo)體系，并綜合利用改進的灰色關(guān)聯(lián)度分析和層次分析法確定了各指標(biāo)權(quán)重，最后，利用風(fēng)險指數(shù)矩陣法構(gòu)建了受開挖影響砌體房屋的安全風(fēng)險評估模型；王建平（2014）也做了類似的研究工作。

基于監(jiān)測和事故統(tǒng)計的基坑風(fēng)險評估有利于在總結(jié)以往工程經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，提高基坑工程風(fēng)險評估的科學(xué)性和定量化程度，但是目前關(guān)于已完基坑工程 （特別是事故基坑工程）的資料統(tǒng)計分析的完整性和細致性仍存在較大問題，導(dǎo)致目前基坑風(fēng)險損失評價的定量化程度嚴(yán)重偏低。目前該方面的研宄主要集中在 基坑變形分級預(yù)警的合理確定、基坑風(fēng)險辨識和控制。張瑾（2008）通過對近年來上海市地鐵基坑工程監(jiān)測數(shù)據(jù)、資料和工況的統(tǒng)計分析，提出了一套比較符合上海地區(qū)實際情況的基坑變形分級警戒標(biāo)準(zhǔn)。同時，提出了基于實測數(shù)據(jù)評價深基坑施工期風(fēng)險的方法，流程為，發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)—基于異常數(shù)據(jù)表征定性評判風(fēng)險源一基于模糊綜合評價對基坑開展定量風(fēng)險評價一評估監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)展趨勢進行風(fēng)險控制”。李兵等[82]、劉俊巖等（2009）、陳允斌（2013）、蔡來炳，周紅波（2015）等即基于現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)結(jié)合統(tǒng)計分析方法對基坑開挖風(fēng)險問題進行了研究。

除了以上應(yīng)用較廣的風(fēng)險評估方法外，一些新的理論、方法也被引入到基坑風(fēng)險評估領(lǐng)域中，例如可信性方法、熵理論、可拓學(xué)理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法等，這些新方法大多與傳統(tǒng)方法結(jié)合使用，解決風(fēng)險評估某一流程（辨識、分析、 評價等）上的問題。

2 現(xiàn)有研究的不足與改進建議

雖然前人基坑施工期風(fēng)險評估開展了一定的研宄工作，但是在施工期坍塌風(fēng)險評估的定量化水平和動態(tài)化程度方面仍存在較多問題。建議可以開展進一步的研宄。

1）已完工程資料數(shù)據(jù)統(tǒng)計不完整、不細致的問題突出。在存在封鎖事故基坑數(shù)據(jù)資料的現(xiàn)象，獲取完整、細致的基坑資料存在較大困難，這對基坑風(fēng)險評估定量化水平的提高和基坑變形的準(zhǔn)確預(yù)測造成了阻礙。

2）風(fēng)險評價的定量化程度和動態(tài)評價水平均較低。盡管前人對于提高風(fēng)險評價的定量化水平做了大量工作，但是由于致險因子的模糊性、評估方法的適用性導(dǎo)致了目前的基坑定量風(fēng)險評估大多差強人意，很多是基于定性分析進行了一些定量化的處理，只能稱作“半定量評價”，隨施工開挖工況推進的真正的動態(tài)化評價非常少。

3 結(jié)語

將基坑風(fēng)險評估研究方法分為基坑風(fēng)險評估理論和評估方法，對國內(nèi)外相關(guān)的研究成果加以總結(jié)概括，主要得出如下結(jié)論：

1）國內(nèi)相關(guān)研究成果然落后于國外，施工期坍塌風(fēng)險評估的定量化水平和動態(tài)化程度方面仍存在較多問題。

2）建議后續(xù)可以開展相關(guān)的研究工作，尤其已完工程資料數(shù)據(jù)統(tǒng)計不完整、不細致的問題、風(fēng)險評價的定量化程度和動態(tài)評價水平均較低的問題。