地鐵不良地質(zhì)基坑開挖安全風(fēng)險評估及對策

陳益群

（漳州市角美軌道交通投資發(fā)展有限公司，福建 漳州 363107）

0 引言

在地鐵基坑工程施工中，因不良地質(zhì)、水文條件差異、周邊環(huán)境復(fù)雜、施工周期長、基坑開挖深度深等原因，使得事故多發(fā)。尤其在東南沿海區(qū)域涉及城市建設(shè)的雜填土、流塑狀厚淤泥及中粗砂層的不良土層條件，周邊渠道水體相連通、地下水條件較發(fā)育，為地鐵工程施工增加不利的影響。因此，通過對不良條件下基坑開挖問題進行安全風(fēng)險辨識、評估，提出有效的安全技術(shù)預(yù)防對策，能有效降低風(fēng)險事件發(fā)生的概率，確保工程建設(shè)過程中人員安全、經(jīng)濟成效好和環(huán)境保護到位具有重要的意義。

1 工程概況

某東南沿海地鐵車站為地下二層島式，車站基坑長度243.7m，寬度為19.7m，深度約16.1m?；訃o結(jié)構(gòu)采用地下連續(xù)墻（800mm厚）和內(nèi)支撐支護體系，施工工法為明挖順筑法。根據(jù)設(shè)計文件，基坑共設(shè)三道支撐，第一道為截面尺寸為800mm×1000mm 的鋼筋混凝土撐，間距9m。第二、三道為D=800mm，t=16mm 鋼支撐，間距3m。圖1 為該不良地質(zhì)地鐵基坑結(jié)構(gòu)剖面圖。

圖1 不良地質(zhì)地鐵基坑結(jié)構(gòu)剖面圖

根據(jù)地鐵勘察報告，基坑開挖深度范圍內(nèi)的土層依次為1-2 素填土、4-1 淤泥、4-6 淤泥質(zhì)砂、8-4 中粗砂、11-1-3 殘積砂質(zhì)黏性土。地連墻幅長底部深入17-5 微風(fēng)化花崗巖中。各土層的物理力學(xué)參數(shù)參考地勘報告，如表1 所示。

表1 巖土物理力學(xué)參數(shù)表

2 風(fēng)險評估的目的及方法

2.1 風(fēng)險評估的目的

依據(jù)《城市軌道交通地下工程建設(shè)風(fēng)險管理規(guī)范》（GB50625-2011）中的安全風(fēng)險評估辦法，對該不良地質(zhì)基坑工程實施過程進行風(fēng)險調(diào)查、識別、估計和評價，制定有針對性的風(fēng)險控制措施。風(fēng)險評估是采用科學(xué)方法建立風(fēng)險模型，對工程建設(shè)過程中可能涉及的風(fēng)險進行徹底的識別、匯集和分析，用該過程中風(fēng)險發(fā)生概率、風(fēng)險發(fā)生后可能造成的總體損失的乘積來表征，以此來衡量風(fēng)險大小的量化指標(biāo)，既考慮風(fēng)險發(fā)生可能性，也考慮建設(shè)過程的經(jīng)濟效益問題，綜合囊括風(fēng)險管理促進經(jīng)濟建設(shè)的社會效應(yīng)[2]。通過對工程建設(shè)各環(huán)節(jié)、工序的分解，辨識可能產(chǎn)生的各類風(fēng)險事件，按照其風(fēng)險估計的量化指標(biāo)進行大小排序，以風(fēng)險等級評定準(zhǔn)則為依據(jù)，將各類風(fēng)險事件劃分等級，形成風(fēng)險評估報告，為指導(dǎo)下一步的施工安全風(fēng)險管控指明方向。

2.2 風(fēng)險評估的方法

本文將對該項目地鐵基坑開挖施工前開展安全風(fēng)險評估，以設(shè)計勘察文件、前期風(fēng)險評估文件、現(xiàn)場踏勘結(jié)果等信息為依據(jù)，將基坑開挖過程自身風(fēng)險按分部、分項目工程進行細化、分解和分析。結(jié)合經(jīng)專家評審的施組、方案，采用融合層次分析法、專家評分法的綜合安全風(fēng)險評估法進行分析風(fēng)險因素，從定性、定量兩個角度綜合評判風(fēng)險等級，以風(fēng)險發(fā)生概率大小、風(fēng)險發(fā)生后果嚴(yán)重程度和某個風(fēng)險占整體風(fēng)險模型的權(quán)重三個方面來衡量風(fēng)險的高低水平，對基坑開挖過程自身風(fēng)險的有效辨識、分析和梳理，進行風(fēng)險分類與分級，列出風(fēng)險清單，形成風(fēng)險評估文件，提出風(fēng)險控制技術(shù)措施建議，為施工階段的施工技術(shù)風(fēng)險提供安全保障，將風(fēng)險控制在源頭。

風(fēng)險指數(shù)定義為風(fēng)險發(fā)生概率大小的可能性乘以該風(fēng)險發(fā)生后可能造成的人員、經(jīng)濟和環(huán)境總體損失大小的估值。其中風(fēng)險事件的P 值（風(fēng)險發(fā)生概率大?。?、C 值（風(fēng)險發(fā)生后可能造成總體損失估值），運用專家評分法根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)確定，P 值、C 值兩者的乘積為其風(fēng)險指數(shù)。同時，對各個分部、分項風(fēng)險進行按標(biāo)準(zhǔn)集成，可以推斷出該工程風(fēng)險指數(shù)[3]。計算方法如下：

地鐵基坑工程開挖施工過程風(fēng)險發(fā)生概率大小用指標(biāo)P 表示，見表2 所示[4]。風(fēng)險發(fā)生后可能造成人員、經(jīng)濟和環(huán)境總體損失大小用指標(biāo)C 表示，見表3 所示。根據(jù)地鐵基坑工程建設(shè)過程中風(fēng)險發(fā)生概率大小和可能造成損失等級，通常按照風(fēng)險等級評定準(zhǔn)則在0～25指數(shù)之間，劃分為四個風(fēng)險等級，具體見表4 所示。

表2 風(fēng)險發(fā)生概率大小P 等級標(biāo)準(zhǔn)

表3 風(fēng)險發(fā)生后可能造成損失大小C 等級標(biāo)準(zhǔn)

表4 風(fēng)險等級打分表（R=PC）

3 不良地質(zhì)地鐵基坑開挖自身風(fēng)險評估

根據(jù)采用基于融合層次分析法、專家評分法的綜合安全風(fēng)險評估法，通過將基坑開挖過程自身風(fēng)險按分部、分項目工程進行細化、分解和分析，共分解為6 個分部工程17 個分項工程，充分辨識基坑開挖過程中各分項工程潛在的風(fēng)險因素，描述可能造成的風(fēng)險事件，專家對各分項工程進行定性分析打分，并按照風(fēng)險等級打分表進行風(fēng)險分級，如表5 所示[5]。

通過對不良地質(zhì)地鐵基坑開挖的安全風(fēng)險評估，其中2 個分項工程為Ⅱ級風(fēng)險（同個分項工程中存在Ⅱ、Ⅲ級風(fēng)險，按Ⅱ級風(fēng)險從嚴(yán)管控），其余全為Ⅲ級風(fēng)險。對Ⅱ級風(fēng)險源制定風(fēng)險防范、監(jiān)測和處置措施，實施風(fēng)險降低措施以減少風(fēng)險，及時進行風(fēng)險處置；對Ⅲ級風(fēng)險源加強風(fēng)險管理和監(jiān)控，采取措施進行風(fēng)險處置。

表5 不良地質(zhì)地鐵基坑開挖自身風(fēng)險因素清單

4 安全技術(shù)對策及措施

4.1 特殊性巖土和不良地質(zhì)安全技術(shù)對策措施

施工前進一步核實人工填土、軟土等軟弱松散土層、殘積土與風(fēng)化巖等上下左右軟硬不均地層以及孤石等不良地質(zhì)體，組織有經(jīng)驗的專家對設(shè)計方案、專項施工方案進行評審，制定有針對性的不良地質(zhì)處理措施，提前處置風(fēng)險因素。同時，嚴(yán)格按照圖紙、方案施工，擬定合理的降水方案，避免開挖過程中土體泡水軟化，加強基坑支護，做好開挖過程的監(jiān)測監(jiān)控，建立預(yù)報警機制，遇到基坑失穩(wěn)、周邊環(huán)境沉降、管涌和流土等問題及時采取處理措施]6]。

4.2 圍護工程安全技術(shù)對策

根據(jù)擬定的專項施工方案，復(fù)測地下連續(xù)墻的施工控制點、水準(zhǔn)基點軸線高程，結(jié)合工程地質(zhì)、施工環(huán)境、槽深選擇合適的成槽機，采用試成槽驗算槽壁穩(wěn)定性、跳槽段施工相隔1～2 槽段，嚴(yán)格控制成槽過程中垂直度、寬度和泥漿性能指標(biāo)等的精準(zhǔn)度，對鋼筋籠吊裝按危大工程進行管理，連續(xù)澆筑水下混凝土，導(dǎo)管底部至孔底距離、導(dǎo)管埋深、相鄰導(dǎo)管間距、相鄰導(dǎo)管混凝土面高差、澆筑速度應(yīng)滿足規(guī)范要求，按規(guī)范要求進行檢測檢驗。

4.3 地基及基礎(chǔ)工程安全技術(shù)對策

加強三軸攪拌樁施工過程控制，嚴(yán)格按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計要求控制商混外加劑摻量、三軸提升速度和攪拌次數(shù)。立柱樁正式施工前做好試打樁工作，注意樁長的確定，復(fù)核樁基軸線，檢查樁徑、樁的有效長度，隨時檢測泥漿比重和粘度，特別是當(dāng)進入不同的界面必須撈渣取樣，應(yīng)認真鑒定確認。澆注水下混凝土?xí)r，應(yīng)對導(dǎo)管進行試拼試壓嚴(yán)密性試驗，導(dǎo)管埋深控制在2～6m，澆注過程連續(xù)進行嚴(yán)禁中途停頓，成樁達到強度按規(guī)范進行檢測。

4.4 基坑開挖與支撐工程安全技術(shù)對策

采用不同地下水控制方式時，應(yīng)進行可行性或風(fēng)險性評價，應(yīng)在基坑周圍制作擋水圍堰阻水。按照設(shè)計要求提前采取降水措施徹底降低地下水位和水量，抽水應(yīng)根據(jù)開挖部位、深度和施工進度，分批、分期進行抽排。開挖前應(yīng)依據(jù)水文地質(zhì)條件制定專項開挖方案，嚴(yán)格做好開挖前人、機、法等條件核查，根據(jù)時空效應(yīng)規(guī)律分層、分段進行開挖，隨挖隨撐，防止超挖。按設(shè)計和方案要求做好坡面防護，邊坡頂部荷載應(yīng)滿足設(shè)計要求，禁止大量堆載。

4.5 結(jié)構(gòu)工程安全技術(shù)對策

按設(shè)計文件的要求，做好支架模板系統(tǒng)的設(shè)計、驗算和施工驗收，加強支架地基的處理，確保高大模板及支架體系的安全穩(wěn)定，模板、支架拆除需核實結(jié)構(gòu)混凝土強度達到標(biāo)準(zhǔn)后方可進行。大體積混凝土澆筑前需制定專項方案、進行專家論證，模板、鋼筋隱蔽工程要經(jīng)監(jiān)理驗收合格，才可進行連續(xù)混凝土澆筑，邊澆注邊振搗混凝土達到密實、可靠的要求。換撐、拆撐作業(yè)應(yīng)按照先撐后拆的順序進行，混凝土支撐拆除應(yīng)選擇合適的施工方法和施工設(shè)備，避免因振動、墜落對結(jié)構(gòu)造成損傷。

5 結(jié)束語

綜上所述，通過對不良地質(zhì)地鐵基坑開挖過程自身風(fēng)險進行分解，辨識開挖施工過程中風(fēng)險因素可能造成的風(fēng)險事件，運用融合層次分析法、專家評分法的綜合安全風(fēng)險評估法，對基坑開挖過程風(fēng)險發(fā)生概率大小與風(fēng)險發(fā)生后的可能造成人員、經(jīng)濟和環(huán)境總體損失大小進行評估，可得出該分項工程的風(fēng)險指數(shù)，判定風(fēng)險等級，采取安全技術(shù)措施降低施工過程風(fēng)險，使風(fēng)險水平處于可控的狀態(tài)，推進地鐵基坑開挖安全有序進展。