地铁不良地质基坑开挖安全风险评估及对策

陈益群

（漳州市角美轨道交通投资发展有限公司，福建 漳州 363107）

0 引言

在地铁基坑工程施工中，因不良地质、水文条件差异、周边环境复杂、施工周期长、基坑开挖深度深等原因，使得事故多发。尤其在东南沿海区域涉及城市建设的杂填土、流塑状厚淤泥及中粗砂层的不良土层条件，周边渠道水体相连通、地下水条件较发育，为地铁工程施工增加不利的影响。因此，通过对不良条件下基坑开挖问题进行安全风险辨识、评估，提出有效的安全技术预防对策，能有效降低风险事件发生的概率，确保工程建设过程中人员安全、经济成效好和环境保护到位具有重要的意义。

1 工程概况

某东南沿海地铁车站为地下二层岛式，车站基坑长度243.7m，宽度为19.7m，深度约16.1m。基坑围护结构采用地下连续墙（800mm厚）和内支撑支护体系，施工工法为明挖顺筑法。根据设计文件，基坑共设三道支撑，第一道为截面尺寸为800mm×1000mm 的钢筋混凝土撑，间距9m。第二、三道为D=800mm，t=16mm 钢支撑，间距3m。图1 为该不良地质地铁基坑结构剖面图。

图1 不良地质地铁基坑结构剖面图

根据地铁勘察报告，基坑开挖深度范围内的土层依次为1-2 素填土、4-1 淤泥、4-6 淤泥质砂、8-4 中粗砂、11-1-3 残积砂质黏性土。地连墙幅长底部深入17-5 微风化花岗岩中。各土层的物理力学参数参考地勘报告，如表1 所示。

表1 岩土物理力学参数表

2 风险评估的目的及方法

2.1 风险评估的目的

依据《城市轨道交通地下工程建设风险管理规范》（GB50625-2011）中的安全风险评估办法，对该不良地质基坑工程实施过程进行风险调查、识别、估计和评价，制定有针对性的风险控制措施。风险评估是采用科学方法建立风险模型，对工程建设过程中可能涉及的风险进行彻底的识别、汇集和分析，用该过程中风险发生概率、风险发生后可能造成的总体损失的乘积来表征，以此来衡量风险大小的量化指标，既考虑风险发生可能性，也考虑建设过程的经济效益问题，综合囊括风险管理促进经济建设的社会效应[2]。通过对工程建设各环节、工序的分解，辨识可能产生的各类风险事件，按照其风险估计的量化指标进行大小排序，以风险等级评定准则为依据，将各类风险事件划分等级，形成风险评估报告，为指导下一步的施工安全风险管控指明方向。

2.2 风险评估的方法

本文将对该项目地铁基坑开挖施工前开展安全风险评估，以设计勘察文件、前期风险评估文件、现场踏勘结果等信息为依据，将基坑开挖过程自身风险按分部、分项目工程进行细化、分解和分析。结合经专家评审的施组、方案，采用融合层次分析法、专家评分法的综合安全风险评估法进行分析风险因素，从定性、定量两个角度综合评判风险等级，以风险发生概率大小、风险发生后果严重程度和某个风险占整体风险模型的权重三个方面来衡量风险的高低水平，对基坑开挖过程自身风险的有效辨识、分析和梳理，进行风险分类与分级，列出风险清单，形成风险评估文件，提出风险控制技术措施建议，为施工阶段的施工技术风险提供安全保障，将风险控制在源头。

风险指数定义为风险发生概率大小的可能性乘以该风险发生后可能造成的人员、经济和环境总体损失大小的估值。其中风险事件的P 值（风险发生概率大小）、C 值（风险发生后可能造成总体损失估值），运用专家评分法根据标准确定，P 值、C 值两者的乘积为其风险指数。同时，对各个分部、分项风险进行按标准集成，可以推断出该工程风险指数[3]。计算方法如下：

地铁基坑工程开挖施工过程风险发生概率大小用指标P 表示，见表2 所示[4]。风险发生后可能造成人员、经济和环境总体损失大小用指标C 表示，见表3 所示。根据地铁基坑工程建设过程中风险发生概率大小和可能造成损失等级，通常按照风险等级评定准则在0～25指数之间，划分为四个风险等级，具体见表4 所示。

表2 风险发生概率大小P 等级标准

表3 风险发生后可能造成损失大小C 等级标准

表4 风险等级打分表（R=PC）

3 不良地质地铁基坑开挖自身风险评估

根据采用基于融合层次分析法、专家评分法的综合安全风险评估法，通过将基坑开挖过程自身风险按分部、分项目工程进行细化、分解和分析，共分解为6 个分部工程17 个分项工程，充分辨识基坑开挖过程中各分项工程潜在的风险因素，描述可能造成的风险事件，专家对各分项工程进行定性分析打分，并按照风险等级打分表进行风险分级，如表5 所示[5]。

通过对不良地质地铁基坑开挖的安全风险评估，其中2 个分项工程为Ⅱ级风险（同个分项工程中存在Ⅱ、Ⅲ级风险，按Ⅱ级风险从严管控），其余全为Ⅲ级风险。对Ⅱ级风险源制定风险防范、监测和处置措施，实施风险降低措施以减少风险，及时进行风险处置；对Ⅲ级风险源加强风险管理和监控，采取措施进行风险处置。

表5 不良地质地铁基坑开挖自身风险因素清单

4 安全技术对策及措施

4.1 特殊性岩土和不良地质安全技术对策措施

施工前进一步核实人工填土、软土等软弱松散土层、残积土与风化岩等上下左右软硬不均地层以及孤石等不良地质体，组织有经验的专家对设计方案、专项施工方案进行评审，制定有针对性的不良地质处理措施，提前处置风险因素。同时，严格按照图纸、方案施工，拟定合理的降水方案，避免开挖过程中土体泡水软化，加强基坑支护，做好开挖过程的监测监控，建立预报警机制，遇到基坑失稳、周边环境沉降、管涌和流土等问题及时采取处理措施]6]。

4.2 围护工程安全技术对策

根据拟定的专项施工方案，复测地下连续墙的施工控制点、水准基点轴线高程，结合工程地质、施工环境、槽深选择合适的成槽机，采用试成槽验算槽壁稳定性、跳槽段施工相隔1～2 槽段，严格控制成槽过程中垂直度、宽度和泥浆性能指标等的精准度，对钢筋笼吊装按危大工程进行管理，连续浇筑水下混凝土，导管底部至孔底距离、导管埋深、相邻导管间距、相邻导管混凝土面高差、浇筑速度应满足规范要求，按规范要求进行检测检验。

4.3 地基及基础工程安全技术对策

加强三轴搅拌桩施工过程控制，严格按照技术标准和设计要求控制商混外加剂掺量、三轴提升速度和搅拌次数。立柱桩正式施工前做好试打桩工作，注意桩长的确定，复核桩基轴线，检查桩径、桩的有效长度，随时检测泥浆比重和粘度，特别是当进入不同的界面必须捞渣取样，应认真鉴定确认。浇注水下混凝土时，应对导管进行试拼试压严密性试验，导管埋深控制在2～6m，浇注过程连续进行严禁中途停顿，成桩达到强度按规范进行检测。

4.4 基坑开挖与支撑工程安全技术对策

采用不同地下水控制方式时，应进行可行性或风险性评价，应在基坑周围制作挡水围堰阻水。按照设计要求提前采取降水措施彻底降低地下水位和水量，抽水应根据开挖部位、深度和施工进度，分批、分期进行抽排。开挖前应依据水文地质条件制定专项开挖方案，严格做好开挖前人、机、法等条件核查，根据时空效应规律分层、分段进行开挖，随挖随撑，防止超挖。按设计和方案要求做好坡面防护，边坡顶部荷载应满足设计要求，禁止大量堆载。

4.5 结构工程安全技术对策

按设计文件的要求，做好支架模板系统的设计、验算和施工验收，加强支架地基的处理，确保高大模板及支架体系的安全稳定，模板、支架拆除需核实结构混凝土强度达到标准后方可进行。大体积混凝土浇筑前需制定专项方案、进行专家论证，模板、钢筋隐蔽工程要经监理验收合格，才可进行连续混凝土浇筑，边浇注边振捣混凝土达到密实、可靠的要求。换撑、拆撑作业应按照先撑后拆的顺序进行，混凝土支撑拆除应选择合适的施工方法和施工设备，避免因振动、坠落对结构造成损伤。

5 结束语

综上所述，通过对不良地质地铁基坑开挖过程自身风险进行分解，辨识开挖施工过程中风险因素可能造成的风险事件，运用融合层次分析法、专家评分法的综合安全风险评估法，对基坑开挖过程风险发生概率大小与风险发生后的可能造成人员、经济和环境总体损失大小进行评估，可得出该分项工程的风险指数，判定风险等级，采取安全技术措施降低施工过程风险，使风险水平处于可控的状态，推进地铁基坑开挖安全有序进展。