基于监测数据的基坑工程风险分析及防控研究

王建成，傅赛男，姜爱斌

（上海城建职业学院数字建造学院，上海 200432）

1 引言

以往的许多基坑工程资料表明，基坑工程中施工阶段是土木工程事故高发期。边亦海等收集的342个基坑工程事故中，因施工原因造成的事故达到50.9%。加上前期决策、设计等方面的潜在风险，在施工期发生工程事故的概率则高达90%以上。因此，施工期的动态风险控制是基坑工程风险控制的主要环节[1]。但目前对于基坑工程的风险评估和控制体系方面，仍然缺乏成套的体系和理论，往往停留在可靠度、基坑失效概率以及风险等级计算方面的研究，且工程总体概括性的风险评价上，而没有具体地针对整个基坑开挖过程的动态风险评估和控制体系，使基坑风险的研究理论脱离实践，导致基坑风险分析方法不能在实际工程中得到应用。

基坑工程本身的不确定性和时效性，使基坑工程随着工程施工的进展，风险也不断变化。工程施工阶段的不同，所受的外荷载和支护结构也是动态变化的，风险重点也不同，随着施工阶段的推进，可能出现新的风险源，阶段不同，风险重点也跟随变化。因此，常规的初步风险评估不能满足施工期间风险控制的要求。充分考虑施工期间各施工阶段的动态风险，成为控制基坑工程风险的一种有效措施[2]。

基坑工程中的动态风险，在施工过程中，通过监测数据直接反映出来。监测数据的变化反映了对应的风险事故的发生可能性的变化。因此，施工中的监测，是监控施工过程中风险状态的主要方法，也成为施工期间动态风险控制的依据。

本文中的动态风险分析，以监测数据为判定分析基础，按照基坑工程的三个施工阶段，即开挖前准备阶段（包括围护结构施工）、开挖阶段和地下结构施工，分析不同施工阶段的风险变化。对每一施工阶段的监测项目进行具体分析，分析各监测异常项目所对应的可能发生的风险事故，并找出引起监测数据变化的可能的风险源，以此为依据，提出有效的风险控制措施及修复方案。

2 动态风险分析方法

2.1 本文的动态风险分析，主要依据三方面进行分析

2.1.1 以施工阶段为动态的时间主轴线

基坑工程的动态风险分析，依据施工阶段的进行为时间线。将基坑工程从开始到结束分为开挖前准备阶段、开挖阶段和地下结构施工阶段。开挖阶段是风险事故发生的主要阶段，因此，对开挖阶段的监测数据逐日分析风险等级。开挖阶段的主体工程分为土方工程、支撑施工和降水工程三个方面。从三个方面综合考虑，进行动态风险分析及风险控制。

2.1.2 以监测数据为风险表征进行风险评价

基坑工程监测是工程设计和施工的指导，对于复杂的、施工难度大的大中型基坑，往往很难预测风险因素的类型及风险变化，在理论上也找不到合理的定量分析方法，必须依靠现场监测数据分析。监测是基坑风险的有效防护手段，也实时地反映了基坑工程的风险变化水平，也是动态风险定量分析的依据[3]。基坑工程的动态风险评价即以此为基础。

2.1.3 风险因素的变化发展

风险随着施工的进行在不断变化的。不同的施工阶段，有不同的风险类型及风险变化特点。有的风险因素还具有很强的时效性。在风险因素形成之初可能并未表现出来任何事故征兆，存在非常大一部分的不为人知的黑色区域，从而使系统的风险分析出现偏差，甚至遗漏重要的风险事件的发生，影响系统的风险分析结果的真实性和风险控制与应急措施的有效性。只有经过一定时间，结合其他触发事件的发生，综合引起风险事故发生。

2.2 深基坑工程施工流程

针对基坑工程的施工特点，将基坑工程分为三个阶段，其中开挖阶段是风险事故的多发阶段。具体的施工流程图如图1所示。

图1 深基坑施工流程图

2.3 深基坑风险结构层次法分析——以SMW工法为例

以某深基坑工程为例，支护结构为SMW工法+二道内支撑施工，结合图1，依据收集的事故案例和专家的工程经验，得出SMW加二道内撑的支护结构形式的基坑工程风险因素层次结构[4]。如结构层次图2所示，基坑施工过程可能遇到的主要风险事故包括15项。

2.4 开挖阶段监测

深基坑工程开挖阶段的监测项目主要分为两部分[5]：

一部分为环境方面的监测，包括房屋各点的监测、上水管线的垂直沉降监测、信息管线的垂直沉降监测以及电力管线的垂直沉降监测；

图2 SMW工法基坑工程风险因素层次结构图

另一方面包括围护顶部垂直位移监测、围护墙体深层水平位移监测。对监测实测值进行风险指标分析，得出风险修正系数，并评定风险等级。

地下结构修筑阶段[6]也包括环境和支护结构自身二方面监测项目。求得各监测项的风险指标，并评定风险等级。

3 施工期重大风险防控

研究风险因素的变化规律就是为了更好地进行风险防控，提出基坑工程需要防范的两部分重大风险防控措施：

一部分分析基坑坍塌风险的相关风险因素，并提出相应的风险控制措施，见表1所示；

基坑坍塌风险因素及风险防控措施 表1

另一部分分析附近居民楼倒塌风险的相关风险因素，并给出控制措施和事故应急措施，见表2所示。

居民楼坍塌风险因素及风险防控措施 表2

4 结语

①提出施工过程中，以监测数据为依据，以施工阶段进程为顺序，适用于基坑工程的动态风险评价方法。动态分析方法基于基坑工程不同阶段的监测数据为主要计算依据，以施工阶段为动态的时间主轴线，研究风险因素的变化发展。充分考虑环境监测项目和基坑支护自身监测项目的监测项目特点，对基坑开挖阶段和地下结构修筑阶段风险等级评定提供理论依据。

②通过重大风险因素的分析及处理措施方法的研究，依据不同的风险因素类型，需要采取不同的风险应对措施，能够及时掌握地下土层、周围临近建筑物、地下管线及设施，在施工中所受到的影响，还可以及时发现险情，控制险情的发展，也为基坑工程中的人因差错控制提供实践依据。