緊鄰既有隧道線的深基坑施工風險分析與控制措施

王匯文

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

相比一般的基坑工程，當基坑周邊存在隧道、管線等敏感建（構）筑物時，其對基坑工程的安全性要求更加嚴苛，發(fā)生事故造成的經(jīng)濟、社會損失更大。因此，進一步加強基坑設計施工控制、降低工程風險是此類項目的重難點[1-3]。在基坑工程風險評估與控制方面，毛金萍等[4]采用事故樹分析了深基坑工程支護系統(tǒng)的失效概率，以總費用為標準對項目進行了綜合風險分析，得到最佳的支護方案；黃宏偉等[5]基于基坑工程事故資料的缺乏以及風險因素的不確定性引入了可信性風險分析的方法，得出了深基坑施工期的總體風險；呂超等[6]采用綜合模糊評判等方法對濱江深基坑工程進行了風險評估，并對基坑施工控制效果進行了評價。

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地塊基坑項目為例，開展對鄰近既有隧道的基坑工程風險評價與控制措施的研究[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險分析

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號線，基坑開挖時均已施工完畢，東西通道底板埋深為10～15 m，軌交14號線位于東西通道正下方約9 m。

東西通道北線結構外墻與E23-4、E24-1地塊紅線距離為5～9 m，與本項目圍護結構內邊線距離為9～14 m。軌交14號線隧道結構與E23-4、E24-1地塊紅線距離為7～10 m，與本項目圍護結構內邊線距離為11～15 m。鄰近隧道與基坑相對位置如圖2所示。

圖2 浦東大道剖面示意

1.2 基坑圍護結構施工風險辨識

基坑圍護結構施工的風險主要來源如表2所示。

表2 基坑圍護結構施工風險辨識

1.3 基坑地基加固風險辨識

基坑地基加固的風險主要來源如表3所示。

表3 基坑地基加固風險辨識

1.4 基坑降水、防水施工風險辨識

基坑降水、防水施工的風險主要來源如表4所示。

表4 基坑降水、防水施工風險辨識

1.5 基坑開挖支撐施工風險辨識

基坑開挖支撐施工階段的風險主要來源如表5所示。

表5 基坑開挖支撐施工階段風險辨識

1.6 基坑施工對鄰近既有隧道影響風險辨識

基坑施工對鄰近的既有隧道影響的風險主要來源如表6所示。

表6 基坑施工對鄰近既有隧道影響風險辨識

1.7 基坑施工其他風險辨識

基坑施工的其他風險主要來源如表7所示。

表7 基坑施工的其他風險辨識

2 鄰近既有隧道基坑工程風險等級評估

2.1 基于層次分析的模糊綜合評價法

基坑工程風險大小的評價是一個定量問題，在風險分級過程中存在分級邊界不明確等特點，因此本鄰近既有隧道基坑工程的風險等級評估屬于模糊問題，本文采用模糊綜合評價法作為工程風險等級的評定方法。

2.1.1 模糊綜合評價法

模糊綜合評價法，可對有些不明確、不容易定量的對象進行定量化處理，通過權衡各種因素項目，給出一個總概括式的優(yōu)劣評價或取舍標準，屬于多目標決策方法[8]。

2.1.2 層次分析法確定權重

由于本基坑工程的風險事件可分為多個等級，因此權重矩陣采用層次分析法進行計算，即請專家對各風險事件進行兩兩比較，通過確定各事件間的相對重要度構造判斷矩陣，經(jīng)過一致性檢驗后得出相應的權值系數(shù)[9]。

2.1.3 隸屬度矩陣確定

本項目中采用梯形型函數(shù)作為模糊綜合評價的隸屬函數(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 風險等級判斷標準

為對工程的風險事故有一個定量化的把握，以便指導風險決策的開展，需對不同的風險事故進行風險等級劃分。一般來說，風險可表征為風險事故發(fā)生的概率和事故損失的乘積。

最終風險等級分為四級：低度（Ⅰ級）、中度（Ⅱ級）、高度（Ⅲ級）、極高（Ⅳ級） ，如表9所示。

表9 風險等級標準

根據(jù)風險評估結果，按照風險接受準則，施工安全風險接受準則如表10所示。

表10 風險接受準則

2.3 風險等級評估

按照模糊綜合評價計算流程并考慮風險等級評定標準，根據(jù)層次分析法求得相應的權重矩陣，再根據(jù)風險等級評價標準可求得風險等級的隸屬函數(shù)為：

將風險值代入隸屬函數(shù)得到隸屬度矩陣，與權重矩陣相乘可求得評價矩陣為：[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險等級為Ⅲ級,須采取風險處理措施降低風險并加強監(jiān)測。在本工程中，采取了分區(qū)開挖、近既有隧道線側圍護改為地下連續(xù)墻并適當加深、坑內裙邊加固加強等風險控制措施，并對既有隧道線進行了嚴格的監(jiān)測。

3 風險控制

3.1 既有隧道線監(jiān)測方案

為及時收集、反饋和分析已建東西通道結構在本工程施工中的變形信息，實現(xiàn)信息化施工，確保鄰近新老隧道結構的安全，本工程對東西通道與軌交14號線盾構隧道實施了保護性監(jiān)測，對東西通道垂直位移、水平位移、水平凈空收斂與施工縫收斂情況進行了監(jiān)測。東西通道監(jiān)測點類型及數(shù)量統(tǒng)計如表11所示，軌交14號線區(qū)間隧道監(jiān)測點類型及數(shù)量統(tǒng)計如表12所示。

表11 東西通道監(jiān)測點類型及數(shù)量統(tǒng)計

表12 軌交14號線區(qū)間隧道監(jiān)測點類型及數(shù)量統(tǒng)計

3.2 風險控制效果

根據(jù)實際監(jiān)測結果，從基坑工程開始施工到底板澆筑完成期間，東西通道的累計最大垂直位移出現(xiàn)在測點JWY03處，為－1.3 mm（下沉）；累計最大水平位移出現(xiàn)在測點JWY35處，為0.7 mm（向基坑內移動）；結構累計最大凈空收斂出現(xiàn)在測點JJSL09處，為0.64 mm（拉張）；相鄰結構段施工縫累計最大收斂出現(xiàn)在測點YSL02（右）處，為0.97 mm（側結構施工縫變大）。監(jiān)測值變化過程如圖3所示。

圖3 東西通道測點監(jiān)測數(shù)據(jù)累計值

軌交14號線區(qū)間隧道累計最大橫直徑收斂出現(xiàn)在測點SL03處，為2.9 mm；累計最大道床沉降出現(xiàn)在測點XC35處，為2.2 mm。監(jiān)測值變化過程示意如圖4所示。通過有效的風險控制措施對基坑工程鄰近新老隧道進行嚴密監(jiān)測，本工程施工期間未出現(xiàn)工程事故，對周邊環(huán)境的影響均在可接受范圍內，未造成額外經(jīng)濟損失，且在規(guī)定的工期內順利完工。

圖4 軌交14號線區(qū)間隧道測點監(jiān)測數(shù)據(jù)累計值

4 結語

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挖項目，周邊同時存在東西通道與軌交14號線區(qū)間隧道上下2條既有隧道，對變形控制要求高，施工難度大。本文結合基于層次分析的模糊綜合評價法對本基坑項目施工風險做了全面的評估，并針對主要風險提出了相應的風險控制措施，通過施工過程中監(jiān)測數(shù)據(jù)對實際的風險控制效果進行了驗證，風險控制措施達到了預期效果，項目在規(guī)定工期內順利完工。本基坑工程項目風險評價與控制體系的建立以及在實踐中的有效實施為同類工程積累了寶貴經(jīng)驗，具有重要的參考價值。

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