緊鄰既有隧道線的深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)分析與控制措施

王匯文

上海市浦東新區(qū)房地產(chǎn)（集團(tuán)）有限公司 上海 200122

相比一般的基坑工程，當(dāng)基坑周邊存在隧道、管線等敏感建（構(gòu)）筑物時(shí)，其對(duì)基坑工程的安全性要求更加嚴(yán)苛，發(fā)生事故造成的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)損失更大。因此，進(jìn)一步加強(qiáng)基坑設(shè)計(jì)施工控制、降低工程風(fēng)險(xiǎn)是此類項(xiàng)目的重難點(diǎn)[1-3]。在基坑工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與控制方面，毛金萍等[4]采用事故樹(shù)分析了深基坑工程支護(hù)系統(tǒng)的失效概率，以總費(fèi)用為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行了綜合風(fēng)險(xiǎn)分析，得到最佳的支護(hù)方案；黃宏偉等[5]基于基坑工程事故資料的缺乏以及風(fēng)險(xiǎn)因素的不確定性引入了可信性風(fēng)險(xiǎn)分析的方法，得出了深基坑施工期的總體風(fēng)險(xiǎn)；呂超等[6]采用綜合模糊評(píng)判等方法對(duì)濱江深基坑工程進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并對(duì)基坑施工控制效果進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

在此背景下，本文以上海市浦東新區(qū)黃浦江沿岸E8E10單元的E23-4、E24-1地塊基坑項(xiàng)目為例，開(kāi)展對(duì)鄰近既有隧道的基坑工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與控制措施的研究[7]。工程位置如圖1所示。

圖1 工程位置示意

1 鄰近既有隧道基坑工程風(fēng)險(xiǎn)分析

1.1 工程概況

1.1.1 基坑工程概況

基坑規(guī)模信息如表1所示。

表1 基坑規(guī)模信息

1.1.2 周邊鄰近隧道概況

基坑南側(cè)為浦東大道，道路寬度為50 m，道路下方有東西通道及軌交14號(hào)線，基坑開(kāi)挖時(shí)均已施工完畢，東西通道底板埋深為10～15 m，軌交14號(hào)線位于東西通道正下方約9 m。

東西通道北線結(jié)構(gòu)外墻與E23-4、E24-1地塊紅線距離為5～9 m，與本項(xiàng)目圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)邊線距離為9～14 m。軌交14號(hào)線隧道結(jié)構(gòu)與E23-4、E24-1地塊紅線距離為7～10 m，與本項(xiàng)目圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)邊線距離為11～15 m。鄰近隧道與基坑相對(duì)位置如圖2所示。

圖2 浦東大道剖面示意

1.2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工的風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)源如表2所示。

表2 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)

1.3 基坑地基加固風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)

基坑地基加固的風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)源如表3所示。

表3 基坑地基加固風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)

1.4 基坑降水、防水施工風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)

基坑降水、防水施工的風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)源如表4所示。

表4 基坑降水、防水施工風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)

1.5 基坑開(kāi)挖支撐施工風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)

基坑開(kāi)挖支撐施工階段的風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)源如表5所示。

表5 基坑開(kāi)挖支撐施工階段風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)

1.6 基坑施工對(duì)鄰近既有隧道影響風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)

基坑施工對(duì)鄰近的既有隧道影響的風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)源如表6所示。

表6 基坑施工對(duì)鄰近既有隧道影響風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)

1.7 基坑施工其他風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)

基坑施工的其他風(fēng)險(xiǎn)主要來(lái)源如表7所示。

表7 基坑施工的其他風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)

2 鄰近既有隧道基坑工程風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估

2.1 基于層次分析的模糊綜合評(píng)價(jià)法

基坑工程風(fēng)險(xiǎn)大小的評(píng)價(jià)是一個(gè)定量問(wèn)題，在風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)過(guò)程中存在分級(jí)邊界不明確等特點(diǎn)，因此本鄰近既有隧道基坑工程的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估屬于模糊問(wèn)題，本文采用模糊綜合評(píng)價(jià)法作為工程風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的評(píng)定方法。

2.1.1 模糊綜合評(píng)價(jià)法

模糊綜合評(píng)價(jià)法，可對(duì)有些不明確、不容易定量的對(duì)象進(jìn)行定量化處理，通過(guò)權(quán)衡各種因素項(xiàng)目，給出一個(gè)總概括式的優(yōu)劣評(píng)價(jià)或取舍標(biāo)準(zhǔn)，屬于多目標(biāo)決策方法[8]。

2.1.2 層次分析法確定權(quán)重

由于本基坑工程的風(fēng)險(xiǎn)事件可分為多個(gè)等級(jí)，因此權(quán)重矩陣采用層次分析法進(jìn)行計(jì)算，即請(qǐng)專家對(duì)各風(fēng)險(xiǎn)事件進(jìn)行兩兩比較，通過(guò)確定各事件間的相對(duì)重要度構(gòu)造判斷矩陣，經(jīng)過(guò)一致性檢驗(yàn)后得出相應(yīng)的權(quán)值系數(shù)[9]。

2.1.3 隸屬度矩陣確定

本項(xiàng)目中采用梯形型函數(shù)作為模糊綜合評(píng)價(jià)的隸屬函數(shù)，其分布函數(shù)如表8所示[10]。

表8 梯形型模糊分布函數(shù)

2.2 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)判斷標(biāo)準(zhǔn)

為對(duì)工程的風(fēng)險(xiǎn)事故有一個(gè)定量化的把握，以便指導(dǎo)風(fēng)險(xiǎn)決策的開(kāi)展，需對(duì)不同的風(fēng)險(xiǎn)事故進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分。一般來(lái)說(shuō)，風(fēng)險(xiǎn)可表征為風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生的概率和事故損失的乘積。

最終風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分為四級(jí)：低度（Ⅰ級(jí)）、中度（Ⅱ級(jí)）、高度（Ⅲ級(jí)）、極高（Ⅳ級(jí)） ，如表9所示。

表9 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，按照風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則，施工安全風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則如表10所示。

表10 風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則

2.3 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估

按照模糊綜合評(píng)價(jià)計(jì)算流程并考慮風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)層次分析法求得相應(yīng)的權(quán)重矩陣，再根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)可求得風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的隸屬函數(shù)為：

將風(fēng)險(xiǎn)值代入隸屬函數(shù)得到隸屬度矩陣，與權(quán)重矩陣相乘可求得評(píng)價(jià)矩陣為：[0 0 0.734 0.266]。

根據(jù)最大隸屬度原則可判斷本鄰近既有隧道的基坑工程施工風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅲ級(jí),須采取風(fēng)險(xiǎn)處理措施降低風(fēng)險(xiǎn)并加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。在本工程中，采取了分區(qū)開(kāi)挖、近既有隧道線側(cè)圍護(hù)改為地下連續(xù)墻并適當(dāng)加深、坑內(nèi)裙邊加固加強(qiáng)等風(fēng)險(xiǎn)控制措施，并對(duì)既有隧道線進(jìn)行了嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)。

3 風(fēng)險(xiǎn)控制

3.1 既有隧道線監(jiān)測(cè)方案

為及時(shí)收集、反饋和分析已建東西通道結(jié)構(gòu)在本工程施工中的變形信息，實(shí)現(xiàn)信息化施工，確保鄰近新老隧道結(jié)構(gòu)的安全，本工程對(duì)東西通道與軌交14號(hào)線盾構(gòu)隧道實(shí)施了保護(hù)性監(jiān)測(cè)，對(duì)東西通道垂直位移、水平位移、水平凈空收斂與施工縫收斂情況進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。東西通道監(jiān)測(cè)點(diǎn)類型及數(shù)量統(tǒng)計(jì)如表11所示，軌交14號(hào)線區(qū)間隧道監(jiān)測(cè)點(diǎn)類型及數(shù)量統(tǒng)計(jì)如表12所示。

表11 東西通道監(jiān)測(cè)點(diǎn)類型及數(shù)量統(tǒng)計(jì)

表12 軌交14號(hào)線區(qū)間隧道監(jiān)測(cè)點(diǎn)類型及數(shù)量統(tǒng)計(jì)

3.2 風(fēng)險(xiǎn)控制效果

根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果，從基坑工程開(kāi)始施工到底板澆筑完成期間，東西通道的累計(jì)最大垂直位移出現(xiàn)在測(cè)點(diǎn)JWY03處，為－1.3 mm（下沉）；累計(jì)最大水平位移出現(xiàn)在測(cè)點(diǎn)JWY35處，為0.7 mm（向基坑內(nèi)移動(dòng)）；結(jié)構(gòu)累計(jì)最大凈空收斂出現(xiàn)在測(cè)點(diǎn)JJSL09處，為0.64 mm（拉張）；相鄰結(jié)構(gòu)段施工縫累計(jì)最大收斂出現(xiàn)在測(cè)點(diǎn)YSL02（右）處，為0.97 mm（側(cè)結(jié)構(gòu)施工縫變大）。監(jiān)測(cè)值變化過(guò)程如圖3所示。

圖3 東西通道測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)累計(jì)值

軌交14號(hào)線區(qū)間隧道累計(jì)最大橫直徑收斂出現(xiàn)在測(cè)點(diǎn)SL03處，為2.9 mm；累計(jì)最大道床沉降出現(xiàn)在測(cè)點(diǎn)XC35處，為2.2 mm。監(jiān)測(cè)值變化過(guò)程示意如圖4所示。通過(guò)有效的風(fēng)險(xiǎn)控制措施對(duì)基坑工程鄰近新老隧道進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，本工程施工期間未出現(xiàn)工程事故，對(duì)周邊環(huán)境的影響均在可接受范圍內(nèi)，未造成額外經(jīng)濟(jì)損失，且在規(guī)定的工期內(nèi)順利完工。

圖4 軌交14號(hào)線區(qū)間隧道測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)累計(jì)值

4 結(jié)語(yǔ)

上海市浦東新區(qū)黃浦江沿岸E8E10單元E23-4、E24-1地塊基坑工程作為具有代表性的鄰近新老隧道深基坑開(kāi)挖項(xiàng)目，周邊同時(shí)存在東西通道與軌交14號(hào)線區(qū)間隧道上下2條既有隧道，對(duì)變形控制要求高，施工難度大。本文結(jié)合基于層次分析的模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)本基坑項(xiàng)目施工風(fēng)險(xiǎn)做了全面的評(píng)估，并針對(duì)主要風(fēng)險(xiǎn)提出了相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，通過(guò)施工過(guò)程中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)實(shí)際的風(fēng)險(xiǎn)控制效果進(jìn)行了驗(yàn)證，風(fēng)險(xiǎn)控制措施達(dá)到了預(yù)期效果，項(xiàng)目在規(guī)定工期內(nèi)順利完工。本基坑工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與控制體系的建立以及在實(shí)踐中的有效實(shí)施為同類工程積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，具有重要的參考價(jià)值。

[1] 張國(guó)亮.緊鄰既有線地鐵車站深基坑工程穩(wěn)定與變形特性研究[D].長(zhǎng)沙:中南大學(xué),2012.

[2] 蔣洪勝,侯學(xué)淵.基坑開(kāi)挖對(duì)臨近軟土地鐵隧道的影響[J].工業(yè)建筑,2002,32(5):53-56.

[3] 戚科駿,王旭東,蔣剛,等.臨近地鐵隧道的深基坑開(kāi)挖分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2005(增刊2):5485-5489.

[4] 毛金萍,鐘建馳,徐偉.深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方案的風(fēng)險(xiǎn)分析[J].建筑施工,2003,25(4):249-252.

[5] 黃宏偉,邊亦海.深基坑工程施工中的風(fēng)險(xiǎn)管理[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2005,1(4):611-614,645.

[6] 呂超,彭建,彭芳樂(lè).濱江超大超深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)分析與控制[J].地下空間與工程學(xué)報(bào),2014,10(6):1440-1448.

[7] 黃芮.深基坑開(kāi)挖對(duì)近鄰隧道的影響及其風(fēng)險(xiǎn)傳遞研究[D].北京:北京交通大學(xué),2019.

[8] 韓傳模,汪士果.基于AHP的企業(yè)內(nèi)部控制模糊綜合評(píng)價(jià)[J].會(huì)計(jì)研究,2009(4):55-61,97.

[9] 符學(xué)葳.基于層次分析法的模糊綜合評(píng)價(jià)研究和應(yīng)用[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2011.

[10] 楊靜.改進(jìn)的模糊綜合評(píng)價(jià)法在水質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[D].重慶:重慶大學(xué),2014.