成都某地铁车站基坑施工风险评估与研究

路嘉锦，杨其新，蒋雅君，邱品茗

(1.西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室， 成都 610031； 2.中国中铁二院工程集团有限公司，成都 610031)

成都某地铁车站基坑施工风险评估与研究

路嘉锦1，杨其新1，蒋雅君1，邱品茗2

(1.西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室， 成都 610031； 2.中国中铁二院工程集团有限公司，成都 610031)

地铁车站基坑工程施工复杂，风险因素多，风险损失通常较大，需要提前对其风险进行分析与评价，并采用一定的措施来降低、转移或利用风险。通过专家调查法得出重要的风险因子及其概率和损失的估计值。由于专家的估值本身具有一定的模糊性，于是用一个模糊区间来描述其模糊性，即由确信程度采用恰当的模糊隶属函数曲线得到风险概率及损失的范围，最后确定风险等级。针对成都某地铁车站基坑施工风险评估，确定其风险等级为三级，属于可接受范围，应引起高度重视，加强监测，做好相应的处理措施。

风险评估；地铁车站；基坑工程；隶属函数；风险管理

近年来，我国地铁建设已进入一个快速发展的时期。随着地铁建设周期的缩短，各类建设事故也频繁发生，其主要集中在基坑工程的施工过程中。这是由于地铁车站的施工从围护结构开始一直到主体结构封顶，其主要风险集中在围护结构施工、土方开挖和内支撑架设以及基坑降水等环节。由于地下工程施工过程中出现的一些风险是难以用非常准确的数据来表述的，而且带有一定的不确定性、随机性，如何采用数学的方法来较准确地对车站基坑施工风险进行评估一直是被广泛关注的问题[1，2]。

一般在地下工程的风险评估中，仅采用定性或定量的分析方法是不准确的，因此，人们更习惯于针对不同的工程情况采取适合的、改进的、综合应用的分析方法，比如可信性分析法[3]，模糊事故树法[4]，模糊层次综合评估方法[5]等。而这些方法都是基于专家打分评估的基础上进行的，很多时候，专家对风险因子的评值是有一定的模糊性的，于是用一个模糊区间来描述专家的估计值，最终得到一个区间风险值会较符合实际情况。

因此，结合成都某地铁车站基坑施工的风险，采用模糊综合评判法，使用合适的模糊隶属函数进行风险评估，得出风险度及其模糊区间，并对风险度较大的因素进行处置，可为今后类似工程的风险评估起到一定的参考作用。

1 工程概况

本车站为地下三层单柱双跨岛式站台车站，总长136.5 m，标准段宽23.1 m，深23.74 m，东西端盾构扩大端最宽为23.8 m，深24.5 m，顶板覆土约3～3.3 m，车站西低东高，坡度0.2%。车站盾构过站，轨排井设于车站中部，采用明挖顺筑法施工。地理位置为两街道交叉口附近，沿路中布置，呈东西走向。该车站基坑安全等级为A级。基坑支护结构最大水平位移≤0.1%H且≤30 mm(H为结构高度)。结构设计中严格控制降水、基坑开挖引起的地面沉降量，基坑周围地面最大沉降量≤0.1%H。

1.1 地质情况

其地层分布情况如下。

(1)第四系全新统人工填土层：人工填筑土，分布于地表，层厚1～4 m。

(2)第四系全新统冲积层：粉质黏土，层厚1.3～3.6 m；粉土，层厚1.1～3.1 m；细沙土，层厚0.5～2.2 m；卵石土，分3个亚层，顶面埋深3.7～5.8 m，各层厚约为2～6 m。

(3)第四系上更新统冲洪积层：细沙土，层厚0.4～0.6 m；卵石土，分3个亚层，顶面埋深14.3～15.7 m，各层厚约为2.3～6.5 m。

(4)白垩系灌口组泥岩：强风化泥岩，顶面埋深33.1～35.7 m，层厚1.2～4.6 m。

区域地质资料表明，场区内不存在强震源，不考虑断层活动影响，无不良地质作用，为稳定场地。

1.2 水文情况

车站结构范围内无地表水流过，场地内地下水埋藏深，受降水影响大，埋深为5.2～8.1 m。

1.3 周边环境

该车站北侧为某6层酒店，其围护结构外边缘与该酒店基础外边缘线平面净距1.3 m。南侧为某公司宿舍楼，最小距离仅为0.9 m。因此，与建筑近接处的围护桩不宜采用钻孔桩，而是采用人工挖孔桩。

简要平面关系见图1。

图1 基坑地理位置

2 风险评估

车站围护结构施工中存在的各类风险大部分难以用准确的数据来描述，但根据以往工程经验和专家的学术知识可以描述出其性质及影响，所以用模糊理论来评价风险是有一定的现实意义的。

2.1 风险辨识

本工程采用故障树法进行辨识[6-7]，认为基坑施工风险主要集中在围护结构施工、基坑开挖与内支撑架设及基坑降水3个环节。通过反复咨询多位相关领域专家、知名高校教授及现场总工程师的意见，对其观点进行整理和归纳，提炼出了对重点风险因素的选取和对其概率和损失的估值等关键因素，其中主要风险因素为周围建筑变形，坑底隆起，局部地层坍塌，管线破坏。

2.2 风险概率等级、损失等级及接收准则

(1)确定风险因素发生的概率

风险因素的发生概率分为5个等级，估值方法如表1所示[8]。

表1 风险因素发生概率等级

(2)确定风险因素的损失等级

风险因素的损失分为5个等级，估值方法如表2所示[7]。

表2 风险因素损失等级

(3)风险接受准则

如表3所示[7]。

表3 风险接受准则

2.3 确定权重

采用层次分析法确定各风险因素的权重，该方法是先把同级的各个风险因子两两相互比较，再按比较重要性大小在一个九标度表中仿数量化，将各因子数量值构成一个“构造判断矩阵”，进行一致性检验后，其最大特征值对应的特征向量为对应各因子的权重向量[9]，如表4所示。

表4 风险因素发生概率估值、权重及范围

2.4 选取隶属函数

正态分布是连续随机变量概率分布的一种，自然界、人类社会和心理中大量现象均按正态形式分布，于是，本工程所采用的隶属函数是降半正态分布函数[10-11]，公式如下

式中，用n的大小表示对专家估计值的确信程度，n取5，4，3，2，1，分别描述“完全相信A”，“非常相信B”，“相信C”，“有点相信D”，“粗略相信E”。若由专家调查法得到的某一风险因素的估计值0.15，确信程度为非常相信，则令a=0.15，n=4，u=0.15为曲线对称轴，如图2所示。k的取值直接关系到估计值的区间大小，此处参照了隶属度的确定原则[12]。取置信水平为0.9，就有该风险因素的模糊范围的最小值最大值为隶属函数曲线与水平直线f(u)=0.9的两交点的横坐标。

图2 “u=0.15”模糊隶属曲线

因此，可以得到本工程施工风险因素发生的概率和损失的概率范围如表4，表5所示。

表5 风险损失发生概率估值、权重及范围

2.5 风险估计

风险事件的风险度R由其发生的概率P与损失C决定，可按下式计算

风险度R的模糊区间为[Rmin，Rmax]，其中

Rmin=Pmin+Cmin-PminCmin

Rmax=Pmax+Cmax-PmaxCmax

由上述公式及表4、表5可求得本车站基坑施工风险发生的总概率估值P=0.243，模糊区间为[0.213，0.273]，其损失C=0.301，模糊区间为[0.271，0.331]。

将上面求得的P，C及区间值代入风险度公式，可以得到：

R=0.243+0.301-0.243×0.301=0.47

Rmin=0.213+0.271-0.213×0.271=0.43

Rmax=0.273+0.331-0.273×0.331=0.51

3 风险评价与处置

3.1 评价

由以上计算可得本基坑工程施工风险度为0.47，置信水平0.9时的风险度范围是[0.43，0.51]，由表3可得，该工程风险等级为三级，属于可接受范围，但应引起高度重视，加强监测，做好相应的处理措施。

3.2 主要处置措施

针对施工中发生概率及损失较大的风险因素，由表4、表5，如管线破坏、周围建筑物变形等，采取的主要方针是“施工前预测，施工中监测”，因此，采取以下措施。

(1)对管线破坏风险，成立施工监测组，包括现场监测小组和信息反馈小组。施工前预测分析确认某些重要管线可能受到损害，则根据地面条件、管线埋深等采用临时加固、支吊或管下地基注浆等保护方案。施工期间，做好地表沉降、土体侧向变形、地下水位、周边重要建筑物沉降和倾斜、地下管线沉降和位移等监测，并及时地做好监测资料的分析、预测和信息反馈。这样有效降低了管线破坏的风险，确保施工安全。

(2)对于人工挖孔桩主要采取以下措施来降低风险：采用跳桩施工，同时施工的相邻两桩净距不小于4.5 m。施工时井下发生流泥流沙涌水大时，采用半模或三分之一模方式施工，并先打挡土条或钢筋网、填沙包稻草等措施，必要时再采用钢板套筒作为护壁外模，以防止塌崩加剧。对细粉砂层，采用打水平花管进行注浆处理。

(3)对于周围建筑变形这一较大风险因素，主要是采取地基加固的方法。基坑开挖前，对周边酒店，宿舍楼采取加固措施，由地面向房屋基础底施作φ50 mm袖阀管，钻孔轴线距离房屋基础边线0.6 m，倾斜角度为60°，钻孔直径100 mm，沿房屋基础纵向间距1 m，钻孔长度2.5 m，钻孔应避免对房屋原基础的破坏。在基坑开挖到房屋基础底部深度后，为了避免房屋的沉降，采取在基坑内桩间预埋水平袖阀管注浆管，注浆管长度为4.5 m，注浆管距基础底1 m，注浆水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，水灰比0.6～1.5，注浆压力为0.4～0.5 MPa。注浆应分段控制注浆压力，加强对建筑物及地下室的监测，防止对其破坏。

(4)针对土方开挖过程中的风险，主要遵循“竖向分层、横向分块、先撑后挖”的原则，严格把握开挖速率与架设支撑的“时空效应”，开挖过程中掌握好“分层、分块、对称、平衡、限时”5个要点，严禁超挖。针对内支撑架设中的风险，主要做到由专人负责，做好检查加固工作，对设备做到定期维护。

4 结语

该工程的实践证明了地铁车站基坑施工过程中进行风险研究管理，运用模糊理论，对专家的估值用一个范围来描述，得到风险度及其范围，确定风险等级，是一种合理有效的风险评估的方法，也有利于各单位及时准确地发现所存在的各级风险，并采取有效的风险应对措施减缓风险和降低风险所带来的损失。从施工管理角度，对减少或遏制重大事故的发生具有重要的意义，使现场施工过程控制和管理由被动的管理模式向主动式、预防式的管理模式转变。

地下工程风险评估的方法，必是朝着定性与定量相结合方向发展的，但是真正做到定性与定量相结合不容易，如周围建筑物的变形，建筑物距离一般基坑10 m、深基坑5 m以内，其发生概率就应至少属于B级，这是定量的描述，专家的评分估值属于定性的描述，而这个时候应该以定量为准，不受定性描述的干扰。其他的风险因素能用定量描述的尽量以定量描述为准，不方便的则以专家评分为准。

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[12] 谢季坚.模糊数学方法及其应用[M].武汉：华中理工大学出版社,2006.

Construction Risk Assessment and Research of a Station Foundation Pit in Chengdu Metro

LU Jia-jin1， YANG Qi-xin1， JIANG Ya-jun1， QIU Pin-ming2

(1.MOE Key Laboratory of Transportation Tunnel Engineering， Southwest Jiaotong University， Chengdu 610031， China; 2.China Railway Eryuan Engineering Group Co.， Ltd.， Chengdu 610031， China)

The engineering construction of subway station foundation pit is complex and includes a lot of risk factors. As the risk loss is usually big， it is necessary to analyze and evaluate the risk in advance， and adopt some measures to reduce and transfer or utilize the risk. Through expert survey method， the estimated value of probability and loss of the risk factors and loss can be obtained. As the very estimate of the expert is of certain fuzzy， appropriate fuzzy membership function curve with the degree of trust is used to get the scope of the risk， and finally determine the risk level. In the case of Chengdu subway station foundation pit construction， it is concluded that the risk level is assessed as level 3， which is acceptable and should be addressed with great importance， strengthened monitoring and proper treatment measures．

Risk assessment; Subway station; Foundation pit engineering; Membership function; Risk management

2013-08-09；

：2014-01-07

中央高校基本科研业务费专项资金资助(SWJTU11ZT33)；教育部创新团队发展计划资助(IRT0955)

路嘉锦(1989—)，男，硕士研究生，E-mail：lujiajin865@163.com。

1004-2954(2014)09-0114-04

U231+.4

：A

10.13238/j.issn.1004-2954.2014.09.028