高陡巖質(zhì)邊坡加固工程施工風(fēng)險(xiǎn)分析與控制

賴咸根, 劉運(yùn)思, 周伏良, 趙俊逸, 陳浩錕, 彭宇

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高陡巖質(zhì)邊坡加固工程施工風(fēng)險(xiǎn)分析與控制

賴咸根1, 劉運(yùn)思2, 周伏良1, 趙俊逸1, 陳浩錕1, 彭宇1

(1. 中國(guó)建筑第五工程局土木工程有限公司, 湖南長(zhǎng)沙, 410075; 2. 湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院, 湖南湘潭, 411201)

根據(jù)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的一般流程, 對(duì)長(zhǎng)沙冰雪大世界高陡巖質(zhì)邊坡加固工程施工風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行了識(shí)別。評(píng)估中考慮的主要風(fēng)險(xiǎn)因素有施工環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、基坑特征風(fēng)險(xiǎn)、施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、施工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)、施工管理風(fēng)險(xiǎn)、及預(yù)防措施風(fēng)險(xiǎn)6個(gè)一級(jí)指標(biāo), 以及與其相關(guān)的20個(gè)二級(jí)指標(biāo)。綜合運(yùn)用模糊層次分析法, 構(gòu)建了隸屬度函數(shù), 判斷了邊坡加固施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí), 并提出了邊坡加固過(guò)程中施工風(fēng)險(xiǎn)控制的要點(diǎn)。

高陡巖質(zhì)邊坡; 風(fēng)險(xiǎn)分析與控制; 層次分析法; 模糊綜合評(píng)價(jià)

隨著城市建設(shè)的迅速發(fā)展, 越來(lái)越多的超深超大基坑邊坡涌現(xiàn)[1–3]。而這些超深基坑開(kāi)挖過(guò)程中常會(huì)遇到不良地質(zhì)條件、周邊建筑物沉降過(guò)大導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞和失穩(wěn)以及周邊環(huán)境污染問(wèn)題。超深基坑相對(duì)于淺基坑, 施工過(guò)程中考慮的因素更多, 面臨的情況更復(fù)雜, 須將其視為一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程來(lái)進(jìn)行分析[4–6]。因此, 展開(kāi)超深基坑多因素、多層次的風(fēng)險(xiǎn)分析, 是確保施工順利進(jìn)行和安全的前提。

目前, 許多學(xué)者已針對(duì)超深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了分析。顧雷雨[7]基于風(fēng)險(xiǎn)理論, 提出了復(fù)雜環(huán)境中基坑安全風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)方法; 辛欣[8]首先對(duì)土巖組合復(fù)雜地質(zhì)情況下明挖地鐵基坑進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別, 建立了相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo); 包小華[9]從風(fēng)險(xiǎn)理念出發(fā), 通過(guò)對(duì)基坑事故的廣泛調(diào)查, 得到深基坑安全性的主要影響因素及其所占權(quán)重, 據(jù)此結(jié)果對(duì)深基坑安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行評(píng)判; 周紅波[10]根據(jù)工程地質(zhì)特點(diǎn)和周圍建筑物情況, 進(jìn)行了深基坑風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估, 得到了基坑不同因素的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

長(zhǎng)沙冰雪大世界高陡巖質(zhì)邊坡加固工程主體為一個(gè)經(jīng)人工采石形成的深坑, 該坑上寬下窄, 坡度較陡。工程地質(zhì)情況復(fù)雜, 存在巖溶、斷層、裂隙和崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象。又因工程地處湘江新區(qū), 周邊環(huán)境要求高, 因此, 施工風(fēng)險(xiǎn)高、難度大。本文開(kāi)展長(zhǎng)沙冰雪大世界高陡巖質(zhì)邊坡加固工程風(fēng)險(xiǎn)研究, 對(duì)復(fù)雜地質(zhì)情況下高陡邊坡施工的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了識(shí)別, 采用模糊層次分析法, 構(gòu)建了隸屬度函數(shù), 判斷邊坡加固施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí), 并提出了預(yù)防邊坡加固工程項(xiàng)目施工風(fēng)險(xiǎn)控制的要點(diǎn)。本項(xiàng)目的研究具有一定的理論和工程實(shí)際意義。

1 工程概況及風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

1.1 工程概況

長(zhǎng)沙冰雪大世界工程位于長(zhǎng)沙市岳麓區(qū)坪塘鎮(zhèn)山塘村至獅峰山地段, 坪塘大道東側(cè)、清風(fēng)南路南側(cè)。采石坑為長(zhǎng)直徑約500 m、短直徑約400 m的類橢圓形, 經(jīng)人工采石深度達(dá)100 m?；由蠈捪抡? 坡度較陡, 坡角約為80o～90o, 其平面面積約為150 000 m2。抽水前, 坑內(nèi)積水深度約30 m。采石坑場(chǎng)地呈四周高中間低地形。

工程場(chǎng)地基巖為灰?guī)r(俗稱石灰?guī)r), 巖層產(chǎn)狀較為平緩, 節(jié)理裂隙發(fā)育、巖溶作用發(fā)育(圖1), 局部發(fā)育有溶洞及溶溝(槽), 場(chǎng)地范圍內(nèi)還存在數(shù)條斷層。由于溶蝕及礦坑開(kāi)采導(dǎo)致坑內(nèi)巖壁存在危巖, 主要分布于礦坑坑頂部及南側(cè)礦坑。危巖形狀各異, 且大小不一, 最大直徑達(dá)3 m。

圖1 巖溶地質(zhì)

場(chǎng)地東側(cè)為中建五局項(xiàng)目部生活區(qū), 距A拱腳區(qū)爆破最近點(diǎn)260 m; 南側(cè)是本項(xiàng)目酒店施工場(chǎng)地, 距C拱腳區(qū)爆破點(diǎn)最近相距250 m, 東南角300 m外是原湖南省新生水泥廠生活區(qū); 西側(cè)是坪塘大道, B拱腳區(qū)爆破點(diǎn)距坪塘大道約100 m, 距水塘村民房超過(guò)200 m; 北側(cè)是清風(fēng)南路, 路北是岳麓區(qū)第二醫(yī)院, 路南是本公司鋼構(gòu)項(xiàng)目部, 距A拱腳區(qū)爆破點(diǎn)220 m, 中間為鋼構(gòu)加工場(chǎng)地。工地位于湘江新區(qū)坪塘街道, 該工程屬于國(guó)內(nèi)極其罕見(jiàn)的超高巖壁加固支護(hù)工程, 對(duì)工程施工安全、環(huán)境保護(hù)、揚(yáng)塵、渣土運(yùn)輸要求非常嚴(yán)格, 加上周邊環(huán)境復(fù)雜, 施工難度極大。

1.2 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

本文確定了施工環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、基坑特征風(fēng)險(xiǎn)、施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、施工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)、施工管理風(fēng)險(xiǎn)以及預(yù)防措施風(fēng)險(xiǎn)共6個(gè)一級(jí)指標(biāo)。每種風(fēng)險(xiǎn)一級(jí)指標(biāo)下設(shè)置若干風(fēng)險(xiǎn)因素二級(jí)指標(biāo), 二級(jí)指標(biāo)共20個(gè)。本文建立的基坑工程安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)對(duì)象及評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如表1所示。

表1 基坑安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)

2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

2.1 專家調(diào)查法

專家評(píng)估采用函調(diào)方法, 安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估單位將制定好的風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別和評(píng)估表、冰雪大世界勘察設(shè)計(jì)資料以及對(duì)冰雪大世界的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研成果一并郵寄給專家, 專家根據(jù)提供的資料進(jìn)行評(píng)估后返回給安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估單位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。共邀5名專家對(duì)基坑工程施工風(fēng)險(xiǎn)事件打分。

2.2 層次分析法

本項(xiàng)目采用層次分析法對(duì)所需評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行比較, 并構(gòu)成一個(gè)判斷矩陣, 然后采用方根法對(duì)權(quán)重進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算公式為:;;;。式中:b為判斷矩陣中的元素;u為元素b按行相乘;u為個(gè)u所得的乘積分別開(kāi)次方;W為特征向量的第個(gè)分量; ()為向量的第個(gè)分量;max為判斷矩陣的最大特征根。

2.3 模糊綜合評(píng)價(jià)法

模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)于不確定復(fù)雜問(wèn)題很適用, 在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中應(yīng)用非常廣泛, 特別是對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素多的模型, 比其他方法更能準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)水平。在評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)水平之前需要建立隸屬度函數(shù), 本文采用了指派法來(lái)得出隸屬度函數(shù)。風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)一、二、三、四、五所對(duì)應(yīng)的隸屬度函數(shù)表達(dá)式分別為:

3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

3.1 風(fēng)險(xiǎn)源權(quán)重的確定

本文采用專家調(diào)查法確定風(fēng)險(xiǎn)源的權(quán)重。5位專家根據(jù)項(xiàng)目情況進(jìn)行打分, 再根據(jù)層次分析法求出各指標(biāo)的權(quán)重, 結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重

3.2 高陡巖質(zhì)邊坡施工的模糊綜合評(píng)價(jià)

邀請(qǐng)5位專家(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ)對(duì)基坑工程施工風(fēng)險(xiǎn)事件打分, 專家評(píng)分表見(jiàn)3。

表3 專家評(píng)分統(tǒng)計(jì)表

將一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則權(quán)重向量和模糊運(yùn)算得到的判斷矩陣相乘, 得到6種風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則的隸屬度向量分別為: 施工環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)隸屬度向量1=11= (0.066 0, 0.000 0, 0.000 0, 0.720 8, 0.212 2); 基坑特征風(fēng)險(xiǎn)隸屬度向量2=22= (0.426 0, 0.574 0, 0.000 0, 0.000 0, 0.000 0); 施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)隸屬度向量3=33= (0.000 0, 0.297 0, 0.588 9, 0.114 1, 0.000 0); 施工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)隸屬度向量4=44= (0.048 0, 0.000 0, 0.127 7, 0.417 6, 0.407 7); 施工管理風(fēng)險(xiǎn)隸屬度向量5=55= (0.000 0, 0.000 0, 0.970 4, 0.028 6, 0.0000); 預(yù)防措施因素風(fēng)險(xiǎn)隸屬度向量6=66= (0.000 0, 0.667 0, 0.333 0, 0.000 0, 0.000 0)。

根據(jù)最大隸屬度原則可知, 施工環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)為四級(jí), 基坑特征風(fēng)險(xiǎn)為二級(jí), 施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)為二級(jí), 施工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)為四級(jí), 施工管理風(fēng)險(xiǎn)為三級(jí), 預(yù)防措施因素風(fēng)險(xiǎn)為二級(jí)。

將施工環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、基坑特征風(fēng)險(xiǎn)、施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、施工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)、施工管理風(fēng)險(xiǎn)和預(yù)防措施因素風(fēng)險(xiǎn)的隸屬度向量1、2、3、4、5、6與進(jìn)行模糊運(yùn)算, 可以得出深基坑施工的總體風(fēng)險(xiǎn)=?[1,2,3,4,5,6]T6= (0.052 4, 0.185 8, 0.271 3, 0.369 1, 0.139 2)。根據(jù)最大隸屬度原則, 得出本基坑工程施工總體風(fēng)險(xiǎn)為四級(jí)。

3.3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)論

結(jié)合以上基坑工程施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的結(jié)果和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)相應(yīng)的處置措施, 該工程整體風(fēng)險(xiǎn)大, 為四級(jí), 應(yīng)當(dāng)引起重視, 立即采取風(fēng)險(xiǎn)處理措施, 響應(yīng)應(yīng)急預(yù)案。基坑特征風(fēng)險(xiǎn)、施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和預(yù)防措施因素風(fēng)險(xiǎn)為二級(jí), 由于基坑屬于超深超大基坑, 存在一些潛在的施工風(fēng)險(xiǎn), 遇到施工難度較大的地方, 需及時(shí)與設(shè)計(jì)方溝通, 在施工過(guò)程中應(yīng)做好安全監(jiān)控。施工管理風(fēng)險(xiǎn)為三級(jí), 應(yīng)當(dāng)重視, 需要加強(qiáng)日常管理, 加強(qiáng)人員安全培訓(xùn), 分包管理者應(yīng)得到一些專業(yè)培訓(xùn)以增強(qiáng)他們的管理技巧, 在設(shè)備管理方面需特別注意風(fēng)險(xiǎn)防范。從施工環(huán)境和施工作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)角度來(lái)看, 其處于四級(jí)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài), 應(yīng)當(dāng)引起高度重視, 特別是支護(hù)結(jié)構(gòu)施工、爆破開(kāi)挖以及腳手架搭設(shè)應(yīng)立即采取風(fēng)險(xiǎn)處理措施, 響應(yīng)應(yīng)急預(yù)案。

以上分析符合工程的實(shí)際情況, 各種風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)是由基坑的具體情況、外界條件和施工單位自身情況共同決定的?？傮w看來(lái), 各種風(fēng)險(xiǎn)在可以控制的范圍內(nèi), 但須引起足夠的重視。該基坑工程項(xiàng)目施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)論綜合考慮了風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生的后果以及風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率, 并且在考慮5種風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上得出了整體的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí), 給決策者從宏觀上掌控施工風(fēng)險(xiǎn)提供了依據(jù)。

4 邊坡加固工程項(xiàng)目施工風(fēng)險(xiǎn)控制的要點(diǎn)

該基坑工程存在施工工期長(zhǎng)、技術(shù)難度大、施工地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜等因素, 施工過(guò)程中對(duì)施工風(fēng)險(xiǎn)控制應(yīng)注意以下幾點(diǎn)。

(1) 支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工。支護(hù)結(jié)構(gòu)的施工是重要的基礎(chǔ)環(huán)節(jié), 因此, 必須保證基坑的穩(wěn)定性。在做好支護(hù)結(jié)構(gòu)施工的同時(shí), 還應(yīng)注意周圍土體的變形。在保證支護(hù)結(jié)構(gòu)安全的前提下, 做好成本控制, 保證工期。

(2) 基坑周圍土體的加固。軟弱土層地區(qū)的基坑在開(kāi)挖時(shí)很容易發(fā)生變形, 這會(huì)對(duì)周圍的土體產(chǎn)生擾動(dòng), 這種情況下, 基坑隆起是常見(jiàn)的施工事故, 此外, 擋土墻縫隙可能還會(huì)產(chǎn)生水土流失。為了避免這些問(wèn)題, 在施工初期應(yīng)對(duì)基坑周圍的土體作好加固。

(3) 監(jiān)測(cè)和信息化施工。對(duì)基坑工程施工過(guò)程的監(jiān)測(cè)能隨時(shí)反映風(fēng)險(xiǎn)的變化情況, 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是施工決策的重要參考依據(jù), 因此, 信息化施工是施工安全的有力保障。

(4) 基坑工程施工前的必要準(zhǔn)備。除了嚴(yán)格規(guī)范施工外, 還要提前準(zhǔn)備好施工所必需的一些條件和設(shè)備。在施工前要確保原材料的質(zhì)量達(dá)標(biāo), 確保施工所需設(shè)備齊全并達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn), 確保質(zhì)量技術(shù)文件達(dá)到業(yè)主對(duì)運(yùn)行、擴(kuò)建和維修的要求。

(5) 注意對(duì)基坑周圍環(huán)境的保護(hù)?；娱_(kāi)挖前, 應(yīng)該估計(jì)開(kāi)挖對(duì)周圍土層產(chǎn)生的影響, 注意保護(hù)地下建(構(gòu))筑物和地下管線, 避免對(duì)周圍產(chǎn)生的擾動(dòng)過(guò)大。規(guī)范處置建筑垃圾, 避免對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。安排好施工時(shí)間, 盡量減小干擾附近居民日常生活的噪音。

(6) 安全施工。安全施工已經(jīng)成為施工規(guī)范中的強(qiáng)制性條款, 并且有專款為安全施工預(yù)備。安全施工的含義有2個(gè)方面的考慮: 一是避免事故對(duì)施工主體和周圍人的人身受到傷害和財(cái)產(chǎn)受到損傷; 二是避免包括施工現(xiàn)場(chǎng)材料、機(jī)械設(shè)備和臨時(shí)設(shè)施等遭受損失。常見(jiàn)的安全管理辦法大致要求做到5點(diǎn): ① 建立完備的風(fēng)險(xiǎn)管理制度; ② 定期舉行安全教育和培訓(xùn); ③ 對(duì)機(jī)械設(shè)備質(zhì)量和特種作業(yè)人員的資質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格審查; ④ 及時(shí)處理安全隱患; ⑤ 購(gòu)買保險(xiǎn)。

5 結(jié)論

長(zhǎng)沙冰雪大世界高陡邊坡加固工程存在地質(zhì)情況復(fù)雜, 周邊環(huán)境和施工工藝要求高的特點(diǎn)。通過(guò)建立冰雪大世界高陡邊坡工程風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別模型, 利用模糊綜合評(píng)判法對(duì)施工階段的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了識(shí)別和評(píng)估。判定該加固工程風(fēng)險(xiǎn)為四級(jí), 整體風(fēng)險(xiǎn)大, 應(yīng)當(dāng)引起重視, 立即采取風(fēng)險(xiǎn)處理措施, 響應(yīng)應(yīng)急預(yù)案?；犹卣黠L(fēng)險(xiǎn)、施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和預(yù)防措施風(fēng)險(xiǎn)為二級(jí), 遇到施工難度較大的地方, 需及時(shí)與設(shè)計(jì)方溝通, 在施工過(guò)程中及時(shí)做好安全監(jiān)控。現(xiàn)場(chǎng)管理風(fēng)險(xiǎn)為三級(jí), 應(yīng)當(dāng)重視, 需要加強(qiáng)日常管理, 加強(qiáng)人員安全知識(shí)培訓(xùn), 在設(shè)備管理方面, 需要采取風(fēng)險(xiǎn)防范措施。工程環(huán)境和施工作業(yè)為四級(jí)風(fēng)險(xiǎn), 應(yīng)當(dāng)引起高度重視, 特別是支護(hù)結(jié)構(gòu)施工、爆破開(kāi)挖以及腳手架搭設(shè)應(yīng)立即采取風(fēng)險(xiǎn)處理措施, 響應(yīng)應(yīng)急預(yù)案。

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[10] 周紅波, 姚浩, 盧劍華. 上海某軌道交通深基坑工程施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J]. 巖土工程學(xué)報(bào), 2006, 28(z1): 1 902–1 906.

(責(zé)任編校: 江河)

Risk analysis and control of high and steep rock slope reinforcement engineering construction

Lai Xiangen1, Liu Yunsi2, Zhou Fuliang1, Zhao Junyi1, Chen Haokun1, Peng Yu1

(1. Civil Engineering Co Ltd, China Construction Fifth Engineering Bureau, Changsha 410075, China; 2. School of Civil Engineering, Hunan University of Science & Technology, Xiangtan 411201, China)

Based on the general process for construction risk assessment, the risk source of the high steep rock slope reinforcement engineering for Ice and snow world in Changsha is identified. Evaluation of the main risk factors include six indicators: risks of foundation pit risk characteristics, construction technology, construction, construction management risk, and risk prevention measures, and 20 secondary indexes. By the integrated use of fuzzy analytic hierarchy process (AHP), the membership functions is constructed and the risk level of slope reinforcement construction process is judge, and the main points of the construction of risk control in the process of slope reinforcement are put forward.

high and steep rock slope; risk analysis and control; AHP; fuzzy comprehensive evaluation

http://www.cnki.net/kcms/detail/43.1420.N.20161009.1038.002.html

10.3969/j.issn.1672–6146.2016.04.014

TU 473.2

1672–6146(2016)04–0058–05

賴咸根, 429491862@qq.com; 劉運(yùn)思, 429491862@qq.com。

2016–03–23

湖南省自然科學(xué)基金(2015JJ6038); 湖南省教育廳一般項(xiàng)目(15C0555); 湖南科技大學(xué)校級(jí)科研項(xiàng)目(E51498)。