基于AHP對新王府井隧道施工風(fēng)險(xiǎn)研究★

邵 坤，朱建明

(華北科技學(xué)院,北京 065201)

0 引言

近年來,全國地鐵車站隧道施工由于施工單位安全風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)不足、現(xiàn)場管理不到位、隱患排查不到位等原因引發(fā)的事故屢見不鮮。為降低地鐵車站施工風(fēng)險(xiǎn),減少地鐵車站安全事故,學(xué)者們對地鐵車站施工進(jìn)行了部分風(fēng)險(xiǎn)研究:蔣頻等[1]對地鐵車站施工運(yùn)用主成分分析法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估研究。沈紅良等[2]對長沙地鐵1號(hào)線新建西路地鐵車站周邊進(jìn)行勘測,分析出明挖法施工產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn),并進(jìn)行了重點(diǎn)保護(hù)等措施。杜憲武等[3]以十里河車站及暗挖區(qū)間隧道為背景,進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估確定了風(fēng)險(xiǎn)源,并用模糊綜合評估方法計(jì)算出風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。鄭逸雪[4]采用事故樹分析法和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對地鐵車站施工進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析以及概率計(jì)算。邵長青[5]對地鐵隧道盾構(gòu)法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析與控制,分析不同類型風(fēng)險(xiǎn)并提出對應(yīng)控制措施。

可見,地鐵車站隧道施工風(fēng)險(xiǎn)研究已經(jīng)取得一定成果,但目前還不是太完善,多以單獨(dú)的定性或單獨(dú)定量研究為主,往往定性與定量相結(jié)合的研究較少,特別是與現(xiàn)場管理相結(jié)合的研究目前不是很多,仍需做大量工作。本文結(jié)合普遍地鐵車站隧道施工風(fēng)險(xiǎn)分析與防范,對北京新王府井隧道施工項(xiàng)目運(yùn)用層次分析法,對其進(jìn)行定性與定量相結(jié)合的風(fēng)險(xiǎn)分析,并提出相應(yīng)管控措施,為今后車站隧道施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和現(xiàn)場安全管理具有相關(guān)參考作用。

1 工程概況

新王府井站是八號(hào)線和已經(jīng)完成的北京軌道交通一號(hào)線的轉(zhuǎn)乘車站,使用三層三跨島式站臺(tái),并采取洞樁法建設(shè)。該站的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)長度為176.8 m,標(biāo)段總寬為25.3 m,拱頂覆土總厚約為9.4 m,車站共設(shè)有兩個(gè)新建通風(fēng)道和兩個(gè)活塞風(fēng)道,井口部采取明挖法建設(shè),風(fēng)道部采取礦山法建設(shè),其中二號(hào)新建通風(fēng)道為雙層雙跨構(gòu)造,采取洞樁法建設(shè)。車站設(shè)三個(gè)出入口,三個(gè)安全出口、兩個(gè)換乘通道及一個(gè)無障礙換乘通道,通道跨路及管線密集部分采用礦山法施工,敞口段及淺覆土段采用明挖施工。本站主體共設(shè)有三個(gè)施工豎井及通道,其中一號(hào)施工豎井設(shè)在站臺(tái)本部,與一號(hào)新風(fēng)井結(jié)合設(shè)置;二號(hào)施工豎井位于車站中心,與F出入口通道結(jié)合布置;三號(hào)施工豎井則位于南部。由于站址位于繁華地區(qū),區(qū)域內(nèi)地下管線類型復(fù)雜,遍布著上水、燃?xì)狻崃Α㈦娏Α⑷朔馈⑽鬯⒂晁㈦娦殴舶朔N管線,周圍建筑物也較多,見圖1。因此風(fēng)險(xiǎn)因素較多,需要全面分析并加以控制,保障全方位安全。

2 層次分析法分析風(fēng)險(xiǎn)

層次分析法(Analytic Hierarchy Process,簡寫AHP)是二十世紀(jì)七十年代初期,由美國運(yùn)籌學(xué)家T.L.Saaty博士創(chuàng)立的一套便捷、靈活又實(shí)用的多準(zhǔn)則決策分析方法[6-7]。可用于對不同因素進(jìn)行比較和權(quán)重分配,得出各風(fēng)險(xiǎn)因素對新王府井施工安全的影響程度,從而制定相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)管控措施。對于新王府井隧道施工的分析,可以按照以下步驟使用AHP方法:

1)確定目標(biāo):明確分析的目標(biāo)為評估施工期間的安全風(fēng)險(xiǎn)。

2)確定準(zhǔn)則:列出影響因素。包括施工期間的水文地質(zhì)、周邊環(huán)境影響、施工因素等。

3)構(gòu)建層次結(jié)構(gòu):將目標(biāo)和影響因素按照層次結(jié)構(gòu)進(jìn)行排列。

4)建立判斷矩陣:對準(zhǔn)則之間的兩兩比較,使用1～9的尺度進(jìn)行判斷。如準(zhǔn)則A相對于準(zhǔn)則B的重要性為4,則在判斷矩陣中該位置上填寫4。所有的兩兩比較都可以得到一個(gè)準(zhǔn)則間的判斷矩陣。

7)分析結(jié)果:根據(jù)權(quán)重計(jì)算的結(jié)果,可以評估各個(gè)準(zhǔn)則在決策中的重要性。

表1 RI值

2.1 建立安全評價(jià)體系

根據(jù)新王府井工程實(shí)際情況,從水文地質(zhì)(B1)、周邊環(huán)境影響因素(B2)以及施工因素(B3) 3個(gè)方面分析風(fēng)險(xiǎn)源。水文地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)包括地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)(C11)、地下水風(fēng)險(xiǎn)(C12)和特殊性巖土(C13);周邊環(huán)境因素包括周邊建筑物(C21)、周邊管線(C22)、既有1號(hào)線王府井站(C23);施工因素包括圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)(C31)、地基處理與降排水措施(C32)、區(qū)間結(jié)構(gòu)及軌道結(jié)構(gòu)沉降變形(C33)、工程防水(C34)、施工人員數(shù)量及狀態(tài)(C35)、機(jī)械設(shè)備與材料選型、數(shù)量等(C36),見圖2。

2.2 建立總風(fēng)險(xiǎn)判斷矩陣

根據(jù)圖2所示的新王府井施工安全評價(jià)指標(biāo),根據(jù)專家調(diào)查法,專家對各因素打分,得到表2的總風(fēng)險(xiǎn)判斷矩陣。

表2 總風(fēng)險(xiǎn)判斷矩陣

2.3 AHP層次分析結(jié)果

通過計(jì)算得到表3的AHP層次分析結(jié)果表。

表3 AHP層次分析結(jié)果

表3展示了層次分析法的權(quán)重計(jì)算結(jié)果,最大特征根12.809,根據(jù)RI表查到對應(yīng)的RI值為1.54,CI值為0.074,因此CR可算出為0.048<0.1,通過一次性檢驗(yàn)。根據(jù)結(jié)果可以分析出,既有1號(hào)線王府井站對此次施工風(fēng)險(xiǎn)影響最大,其次周邊管線和周邊建筑物也是主要風(fēng)險(xiǎn)源,分析結(jié)果與工程實(shí)際相符。

3 對主要風(fēng)險(xiǎn)源管控

3.1 對區(qū)間下穿既有1號(hào)線王府井車站,采取的保護(hù)及控制

1)施工前,根據(jù)評估檢測結(jié)果編制施工方案。2)開挖下穿既有線段隧道階段開挖輪廓以外的3 m矩形范圍內(nèi),采用長導(dǎo)管全斷面深孔注漿預(yù)加固地層。3)格柵架立施工過程中,在拱腳處使用混凝土塊墊實(shí)腳板,減少沉降。4)根據(jù)監(jiān)測及現(xiàn)場實(shí)際情況,在施工過程中對初支背后進(jìn)行多次補(bǔ)償注漿。5)在建筑施工過程中,嚴(yán)密地按建筑施工步驟,對暗挖的橫渠道嚴(yán)密按照“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支撐、快封閉、勤量測”的十八字建設(shè)基本原則引導(dǎo)實(shí)施,并上下分級(jí),錯(cuò)開實(shí)施,每層均按臺(tái)階法施工。明挖施工嚴(yán)格按照20字方針,縱向拉坡、橫向開槽、分段開挖、隨挖隨撐、量測回饋。6)下穿段采用增加一臨時(shí)仰拱開挖,開挖步距0.5 m,當(dāng)上臺(tái)階完全下穿既有線貫通后,再施工下臺(tái)階;同時(shí)左右線錯(cuò)開30 m施工。7)破除既有結(jié)構(gòu)臨時(shí)樁,采用隨破隨架格柵的方式,上臺(tái)階開挖過程中在腳板位置使用方木墊實(shí),破除圍護(hù)樁前,先在暗挖通道內(nèi)穿樁深孔注漿加固土體,并對中柱位置進(jìn)行監(jiān)測;開挖至既有鉆孔樁位置時(shí)連接筋加密為500 mm間距布置。鉆孔樁破除應(yīng)隨開挖進(jìn)尺分2次～3次破除,嚴(yán)禁一次將樁體全部破除。樁孔樁破不截?cái)鄻秲?nèi)鋼筋,待初支噴混凝土完成,且達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后再進(jìn)行鋼筋割除作業(yè),避免出現(xiàn)拱頂剩余樁體掉落以及既有結(jié)構(gòu)沉降較大的情況。8)加強(qiáng)監(jiān)測,實(shí)行三級(jí)預(yù)警管理。

3.2 對周圍管線及建筑物的控制與管理

1)施工前對管線、建筑物的現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查。2)在穿越段拱部開挖施工前應(yīng)當(dāng)做好超前探測。3)上層小導(dǎo)洞及拱頂均采用深孔注漿措施。4)及時(shí)進(jìn)行初支和二襯的背后注漿,并嚴(yán)格控制注漿壓力,在必要時(shí)進(jìn)行多次補(bǔ)漿。5)建設(shè)過程中做好了對管線和建筑物的監(jiān)測與巡查,及時(shí)反饋情況,按照監(jiān)測結(jié)果及時(shí)改變建設(shè)參數(shù),確保周圍環(huán)境的安全。

4 “人機(jī)環(huán)管”綜合管控

1)對人員:鞏固樹立“生命安全第一位”的意識(shí),對項(xiàng)目員工進(jìn)行安全行培訓(xùn)活動(dòng),經(jīng)考評通過后可進(jìn)入相應(yīng)工作領(lǐng)域。在基坑中高處作業(yè)時(shí)應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格執(zhí)行施工的安全管理規(guī)范,作業(yè)人員著橘黃色服裝,正確佩戴安全帽、穿防滑型膠鞋,高空作業(yè)時(shí)必須帶安全繩索,聽從項(xiàng)目工作人員的指導(dǎo)與安排。在路面施工時(shí)還需確保過路行人和機(jī)動(dòng)車的安全。同時(shí)注意處理好各部門與個(gè)人之間的關(guān)系,確保所有人員上工狀態(tài),并保證現(xiàn)場的監(jiān)測工作按時(shí)完成。

2)對機(jī)械設(shè)備:在現(xiàn)場量測和施工進(jìn)行前,技術(shù)人員需要對擬使用的儀表或裝置進(jìn)行檢驗(yàn),一是檢查儀表設(shè)備使用的有效期,即是否處于有效的檢定期間;二是檢測儀器設(shè)備能否正常工作,發(fā)現(xiàn)問題的設(shè)備及時(shí)停止使用,檢查需要充電的儀器其電池或電壓是否足夠。以保證儀器設(shè)備充分、完整和正常。

為防止突發(fā)事件發(fā)生,施工前預(yù)備相應(yīng)數(shù)量的應(yīng)急鋼橫撐及其他材料,確保工程建設(shè)安全、順暢地完成。盾構(gòu)始發(fā)、接收前進(jìn)行土體加固,確定合理掘進(jìn)參數(shù)、中低速均衡勻速施工、合適的添加劑、控制盾構(gòu)姿態(tài)、及時(shí)進(jìn)行同步及二次補(bǔ)充注漿。始發(fā)、接收時(shí)保證無水作業(yè)。

3)對周邊環(huán)境:由于擬建車站場區(qū)及周邊的工美大廈、北京飯店等主要建筑物距工程很近,且沿線地下管道錯(cuò)綜復(fù)雜,施工前,建設(shè)部門應(yīng)對該場區(qū)域內(nèi)的所有管線和地下建筑物進(jìn)行詳查,首先要準(zhǔn)確了解各類管道型式、直徑、材質(zhì)、連接方式、埋置深度、使用狀況等信息,摸清了各類管道的閥門情況、權(quán)屬、應(yīng)急使用方式、緊急聯(lián)系方式等,并對重要管線的偏移、撓曲、接頭錯(cuò)位等初始值和附近建筑物的現(xiàn)狀做好了記錄。

施工時(shí),應(yīng)嚴(yán)格控制施工參數(shù),加強(qiáng)支護(hù)及地層加固,以保證施工安全;出入口、風(fēng)道或豎井等明挖施工時(shí)應(yīng)先對場區(qū)內(nèi)地下管線設(shè)施合理處置(移出或保護(hù)),并采取有效的基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)(如護(hù)坡樁+錨樁+內(nèi)支撐方案),控制基坑位移,確保基坑穩(wěn)定,避免對周邊既有建筑、道路及軌道交通造成不利影響。二襯扣拱施工破除控制施工步驟,做好鋼筋綁扎及防水施工措施。

對新王府井地表沉降、周邊構(gòu)筑物變形、管線沉降、鋼柱、鋼筋應(yīng)變、初支拱頂沉降、初支凈空收斂、土體分層沉降監(jiān)測、土體水平位移監(jiān)測、地下水位等問題進(jìn)行了監(jiān)測。及時(shí)反饋監(jiān)測數(shù)據(jù),實(shí)施信息化施工。若開挖過程中遇到管線滲漏引起地層軟化,可考慮補(bǔ)充小導(dǎo)管超前加固措施。

為避免雨水造成附近的構(gòu)筑物或道路結(jié)構(gòu)及管道破裂,采用降、隔水的綜合性控制措施。施工過程中保證地下水降至每步開挖面下1 m。在開挖過程中若有土壤地面上殘留積水,應(yīng)及時(shí)清除,如果初支完全封閉成環(huán)以后還出現(xiàn)滲水,可在初支背后注漿堵水。

通過對區(qū)域資料與勘察結(jié)果的分析,擬建車站并不存在影響區(qū)域穩(wěn)定性的不良地質(zhì)影響。勘察深度范圍內(nèi)揭露的特殊性巖土主要為人工堆積層,同時(shí)周邊建筑施工期間,其基坑周邊新近人工回填土層分布較厚,人工填土層可能對豎井、風(fēng)道及出入口段的支護(hù)體系穩(wěn)固、圍巖側(cè)壁變形控制也會(huì)產(chǎn)生不利影響,因此采取相應(yīng)的支護(hù)及預(yù)加固措施。結(jié)合不同的地層條件優(yōu)化深孔注漿范圍及注漿工藝。

4)對管理:建立應(yīng)急預(yù)案,建立施工監(jiān)測預(yù)警響應(yīng)。有關(guān)單位對已發(fā)出預(yù)警的工程部位和周圍環(huán)境做好監(jiān)測和巡查,施工單位針對預(yù)警部位應(yīng)及時(shí)進(jìn)行必要措施,防止危害事故的發(fā)生。各級(jí)風(fēng)險(xiǎn)工程依據(jù)預(yù)警的類別、等級(jí)實(shí)施相應(yīng)的響應(yīng)流程(詳見圖3,圖4)。

5 結(jié)論

地鐵車站隧道施工是復(fù)雜的系統(tǒng)工程,每個(gè)車站隧道都有其特殊性,在實(shí)際中應(yīng)具體問題具體分析。以新王府井車站施工為例,運(yùn)用層次分析法,分析出既有1號(hào)線王府井站對此次施工風(fēng)險(xiǎn)影響最大,其次周邊管線和周邊建筑物也是主要風(fēng)險(xiǎn)源,并對風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行了管控,以確保車站隧道施工安全得到有效加強(qiáng)。