基于監測數據的基坑工程風險分析及防控研究

王建成，傅賽男，姜愛斌

（上海城建職業學院數字建造學院，上海 200432）

1 引言

以往的許多基坑工程資料表明，基坑工程中施工階段是土木工程事故高發期。邊亦海等收集的342個基坑工程事故中，因施工原因造成的事故達到50.9%。加上前期決策、設計等方面的潛在風險，在施工期發生工程事故的概率則高達90%以上。因此，施工期的動態風險控制是基坑工程風險控制的主要環節[1]。但目前對于基坑工程的風險評估和控制體系方面，仍然缺乏成套的體系和理論，往往停留在可靠度、基坑失效概率以及風險等級計算方面的研究，且工程總體概括性的風險評價上，而沒有具體地針對整個基坑開挖過程的動態風險評估和控制體系，使基坑風險的研究理論脫離實踐，導致基坑風險分析方法不能在實際工程中得到應用。

基坑工程本身的不確定性和時效性，使基坑工程隨著工程施工的進展，風險也不斷變化。工程施工階段的不同，所受的外荷載和支護結構也是動態變化的，風險重點也不同，隨著施工階段的推進，可能出現新的風險源，階段不同，風險重點也跟隨變化。因此，常規的初步風險評估不能滿足施工期間風險控制的要求。充分考慮施工期間各施工階段的動態風險，成為控制基坑工程風險的一種有效措施[2]。

基坑工程中的動態風險，在施工過程中，通過監測數據直接反映出來。監測數據的變化反映了對應的風險事故的發生可能性的變化。因此，施工中的監測，是監控施工過程中風險狀態的主要方法，也成為施工期間動態風險控制的依據。

本文中的動態風險分析，以監測數據為判定分析基礎，按照基坑工程的三個施工階段，即開挖前準備階段（包括圍護結構施工）、開挖階段和地下結構施工，分析不同施工階段的風險變化。對每一施工階段的監測項目進行具體分析，分析各監測異常項目所對應的可能發生的風險事故，并找出引起監測數據變化的可能的風險源，以此為依據，提出有效的風險控制措施及修復方案。

2 動態風險分析方法

2.1 本文的動態風險分析，主要依據三方面進行分析

2.1.1 以施工階段為動態的時間主軸線

基坑工程的動態風險分析，依據施工階段的進行為時間線。將基坑工程從開始到結束分為開挖前準備階段、開挖階段和地下結構施工階段。開挖階段是風險事故發生的主要階段，因此，對開挖階段的監測數據逐日分析風險等級。開挖階段的主體工程分為土方工程、支撐施工和降水工程三個方面。從三個方面綜合考慮，進行動態風險分析及風險控制。

2.1.2 以監測數據為風險表征進行風險評價

基坑工程監測是工程設計和施工的指導，對于復雜的、施工難度大的大中型基坑，往往很難預測風險因素的類型及風險變化，在理論上也找不到合理的定量分析方法，必須依靠現場監測數據分析。監測是基坑風險的有效防護手段，也實時地反映了基坑工程的風險變化水平，也是動態風險定量分析的依據[3]?；庸こ痰膭討B風險評價即以此為基礎。

2.1.3 風險因素的變化發展

風險隨著施工的進行在不斷變化的。不同的施工階段，有不同的風險類型及風險變化特點。有的風險因素還具有很強的時效性。在風險因素形成之初可能并未表現出來任何事故征兆，存在非常大一部分的不為人知的黑色區域，從而使系統的風險分析出現偏差，甚至遺漏重要的風險事件的發生，影響系統的風險分析結果的真實性和風險控制與應急措施的有效性。只有經過一定時間，結合其他觸發事件的發生，綜合引起風險事故發生。

2.2 深基坑工程施工流程

針對基坑工程的施工特點，將基坑工程分為三個階段，其中開挖階段是風險事故的多發階段。具體的施工流程圖如圖1所示。

圖1 深基坑施工流程圖

2.3 深基坑風險結構層次法分析——以SMW工法為例

以某深基坑工程為例，支護結構為SMW工法+二道內支撐施工，結合圖1，依據收集的事故案例和專家的工程經驗，得出SMW加二道內撐的支護結構形式的基坑工程風險因素層次結構[4]。如結構層次圖2所示，基坑施工過程可能遇到的主要風險事故包括15項。

2.4 開挖階段監測

深基坑工程開挖階段的監測項目主要分為兩部分[5]：

一部分為環境方面的監測，包括房屋各點的監測、上水管線的垂直沉降監測、信息管線的垂直沉降監測以及電力管線的垂直沉降監測；

圖2 SMW工法基坑工程風險因素層次結構圖

另一方面包括圍護頂部垂直位移監測、圍護墻體深層水平位移監測。對監測實測值進行風險指標分析，得出風險修正系數，并評定風險等級。

地下結構修筑階段[6]也包括環境和支護結構自身二方面監測項目。求得各監測項的風險指標，并評定風險等級。

3 施工期重大風險防控

研究風險因素的變化規律就是為了更好地進行風險防控，提出基坑工程需要防范的兩部分重大風險防控措施：

一部分分析基坑坍塌風險的相關風險因素，并提出相應的風險控制措施，見表1所示；

基坑坍塌風險因素及風險防控措施 表1

另一部分分析附近居民樓倒塌風險的相關風險因素，并給出控制措施和事故應急措施，見表2所示。

居民樓坍塌風險因素及風險防控措施 表2

4 結語

①提出施工過程中，以監測數據為依據，以施工階段進程為順序，適用于基坑工程的動態風險評價方法。動態分析方法基于基坑工程不同階段的監測數據為主要計算依據，以施工階段為動態的時間主軸線，研究風險因素的變化發展。充分考慮環境監測項目和基坑支護自身監測項目的監測項目特點，對基坑開挖階段和地下結構修筑階段風險等級評定提供理論依據。

②通過重大風險因素的分析及處理措施方法的研究，依據不同的風險因素類型，需要采取不同的風險應對措施，能夠及時掌握地下土層、周圍臨近建筑物、地下管線及設施，在施工中所受到的影響，還可以及時發現險情，控制險情的發展，也為基坑工程中的人因差錯控制提供實踐依據。