地下空間施工風(fēng)險(xiǎn)智能評(píng)價(jià)方法

李玉生，陳文逵

（江西交通咨詢有限公司，江西 南昌 330008）

近年來，我國城鎮(zhèn)化及城市規(guī)模迅猛發(fā)展，城市地鐵建設(shè)方興未艾，截至2019 年底，我國運(yùn)營及在建地鐵城市63座，運(yùn)營里程達(dá)6736.2 公里，在建里程達(dá)6902.5 公里。城市地鐵埋深相對(duì)較淺，常穿越第四系富水砂層、斷層破碎帶、富水裂隙巖體等不良地質(zhì)體，上述不良地質(zhì)體往往具有含水豐富、結(jié)構(gòu)松散、膠結(jié)強(qiáng)度低、自穩(wěn)能力差等顯著特點(diǎn)，在地鐵隧道施工擾動(dòng)與地下水作用下，極易誘發(fā)涌水潰砂、塌方等工程災(zāi)害事故，導(dǎo)致重大人員傷亡與經(jīng)濟(jì)損失，如杭州地鐵風(fēng)情大道塌方事故(死亡21 人)、佛山地鐵盾構(gòu)區(qū)間塌方事故(死亡10 人)、青島地鐵靜沙區(qū)間隧道塌方事故(死亡5 人)等。同時(shí)，地鐵周邊城市環(huán)境復(fù)雜，建筑林立、市政交通道路與管網(wǎng)密集，還易誘發(fā)道路塌陷、市政管線斷裂、建筑物差異沉降等間接次生災(zāi)害。

1 基于層次分析法的地下空間施工風(fēng)險(xiǎn)智能評(píng)價(jià)方法

城市地下空間施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)的影響因素非常多，各個(gè)因素之間又有一定的聯(lián)系與相對(duì)獨(dú)立性，基于各個(gè)因素對(duì)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)的影響分析，結(jié)合城市地下空間施工的特點(diǎn)以及城市環(huán)境特點(diǎn)，建立地下空間施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)層次，將不良地質(zhì)體分析、富水性分析、城市環(huán)境分析、施工工法分析四種方法定位一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)。二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)由相應(yīng)的一級(jí)指標(biāo)下的各個(gè)不同因素構(gòu)成，不良地質(zhì)體分析包括不良地質(zhì)體規(guī)模及不良地質(zhì)體類型；富水性分析下屬二級(jí)指標(biāo)包括地層飽和度及地層含水率；城市環(huán)境分析包括地下空間施工影響范圍內(nèi)有無建筑物、有無市政道路、有無市政管線；施工工法分析主要涉及施工擾動(dòng)程度分析。

根據(jù)城市地下空間施工安全性需求，將城市地下空間施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)分為極高風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)與低風(fēng)險(xiǎn)四個(gè)評(píng)價(jià)集，城市地下空間施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)體系及影響因素量化見表1。

根據(jù)城市地下空間施工風(fēng)險(xiǎn)使用的等級(jí)評(píng)價(jià)方法實(shí)際情況及專家意見，結(jié)合層級(jí)模型的邏輯結(jié)構(gòu)，對(duì)評(píng)價(jià)影響因素建立比較判斷矩陣，采用由1 至9 的分級(jí)比例指標(biāo)對(duì)各個(gè)因素的重要程度進(jìn)行賦值并對(duì)矩陣進(jìn)行計(jì)算，將dii的權(quán)重定義為1：

2 城市地下空間施工安全風(fēng)險(xiǎn)管理案例

某城市地鐵隧道工程中區(qū)間隧道下穿富水砂層，隧道拱頂埋深13 ～16m，上覆巖層厚度2 ～4m，覆巖以上為8 ～10m 厚富水砂層，通過本文所提出的基于層次分析的城市地下空間施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法對(duì)本工程的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)。本工程不良地質(zhì)體的規(guī)模在隧道走向上遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過10m，不良地質(zhì)體類型為富水砂層，為極高風(fēng)險(xiǎn)地層，富水性分析中，地層飽和度為1，地層含水率為45%，城市環(huán)境分析，隧道工程影響區(qū)域內(nèi)無建筑物，但是有市政道路和市政管線，本區(qū)間隧道施工采用鉆爆法施工，施工影響程度為強(qiáng)擾動(dòng)，綜合判定本工程風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為極高風(fēng)險(xiǎn)。

在隧道開挖過程中發(fā)生了潰砂塌方事故，洞內(nèi)潰砂涌出物照片如圖1 所示，事故發(fā)生的具體過程如下：

現(xiàn)場(chǎng)隧道掌子面圍巖主要呈綠褐色、灰褐色等顏色狀態(tài)，構(gòu)造為塊狀構(gòu)造，地層之間的膠結(jié)物為火山灰等，圍巖的節(jié)理裂隙較為發(fā)育，通過取芯得到的巖芯多呈砂土狀，無水狀態(tài)下干鉆不容易鉆進(jìn)，在該區(qū)段巖體為極軟巖，巖體呈現(xiàn)散體狀結(jié)構(gòu)，圍巖的完整性為極破碎，巖體的基本質(zhì)量等級(jí)為V 級(jí)。在5 月27 日，施工單位正在施工的區(qū)間隧道突發(fā)掌子面涌水潰砂事故，造成多個(gè)工作人員被困隧道內(nèi)。在現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)隧道內(nèi)掌子面發(fā)生局部出水、掉塊，并立即通知項(xiàng)目管理人員分別趕赴現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)采取噴射混凝土、附加鋼筋網(wǎng)片進(jìn)行封閉及反壓加固。在搶險(xiǎn)期間，施工人員又發(fā)現(xiàn)掌子面穩(wěn)定，隨后離開，在之后一段時(shí)間，掌子面突然出現(xiàn)大面積涌水潰砂，瞬間沖垮剛剛封閉的掌子面，現(xiàn)場(chǎng)若干人員被困，掌子面上方出現(xiàn)約600m2的地面塌陷。在豎井橫通道附近的現(xiàn)場(chǎng)工作人員立即出井向項(xiàng)目負(fù)責(zé)人匯報(bào)險(xiǎn)情，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人向施工總承包項(xiàng)目指揮部報(bào)告事故情況，事故信息分別從不同渠道上報(bào)省級(jí)及部級(jí)單位。

按照地面搶險(xiǎn)處治方案，對(duì)地面塌陷區(qū)進(jìn)行混凝土回填，待穩(wěn)定后再繼續(xù)豎井內(nèi)區(qū)間隧道的進(jìn)一步搜救?，F(xiàn)場(chǎng)組織2臺(tái)混凝土泵車、多臺(tái)混凝土罐車，對(duì)地面塌陷區(qū)采用混凝土和加氣磚等相關(guān)物資輔助回填，回填混凝土1280 方，加氣磚308 方，速凝劑5 噸，河砂1650 立方，袋裝水泥80 噸，砂袋3000 個(gè)，以及修復(fù)路面用的瀝青混凝土、水泥穩(wěn)定料。回填結(jié)束之后，在填筑頂面埋設(shè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，用于持續(xù)觀測(cè)回填區(qū)的沉降狀況。

啟動(dòng)井下洞內(nèi)的搜救程序，在封堵完成后，現(xiàn)場(chǎng)救援組經(jīng)過反復(fù)偵查和現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估，因?yàn)樗淼纼?nèi)已形成堰塞，部分區(qū)段積水淤積非常嚴(yán)重，依然不具備繼續(xù)搜救條件，施工單位決定采用泥漿泵清淤排水處理后，進(jìn)一步營造搜救救援條件。

豎井井口局部清淤工作完成后，搶險(xiǎn)救援組對(duì)豎井井口30m 深處進(jìn)行了多輪搜索，未發(fā)現(xiàn)失聯(lián)人員。因?yàn)樗淼纼?nèi)部塌陷區(qū)雜物和淤泥依然較多，救援隊(duì)伍無法繼續(xù)深入，消防相關(guān)隊(duì)伍攜帶可燃?xì)怏w及有毒氣體探測(cè)儀器對(duì)豎井及橫通道內(nèi)空氣進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)指揮部重新確定了搜救方案，與現(xiàn)場(chǎng)搜救配合組研究在井下鋪設(shè)搜救浮橋的新方案，井下泥漿浮橋鋪設(shè)完畢。經(jīng)偵查發(fā)現(xiàn)，井下豎井口到左線洞分叉口之間淤泥深度為1.5 ～1.8m 遞增，泥漿稀稠程度仍不能承載任何人員，左線洞內(nèi)淤泥深度在3m 以上，若干個(gè)救援小組和工程人員對(duì)隧道內(nèi)所有泥漿表面及能夠探查的空間進(jìn)行了搜尋，未發(fā)現(xiàn)失聯(lián)人員。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況判斷，失聯(lián)人員被泥漿埋壓，具體位置無法確定，并重新研究了救援方案。因抽水泥漿液沉降及泥中混雜石塊雜物等原因，人力挖掘效果不明顯，緊急調(diào)用小型挖掘機(jī)械到坑道內(nèi)進(jìn)行清淤搜救。

表1 評(píng)價(jià)等級(jí)體系

消防支隊(duì)組織多名消防隊(duì)員分別進(jìn)入井下對(duì)搜救工作進(jìn)行幫助和指導(dǎo)，因排淤過程中發(fā)現(xiàn)大量枕木等大型雜物，組織現(xiàn)場(chǎng)多名人員攜帶破拆工具分批次深入井下協(xié)助排淤工作，在井下淤泥中發(fā)現(xiàn)失聯(lián)人員，已無生命跡象，繼續(xù)進(jìn)行搜救后，最后失聯(lián)人員找到，已無生命體征，搜救工作結(jié)束。

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況與通過本文基于層次分析的城市地下空間施工風(fēng)險(xiǎn)智能評(píng)價(jià)方法所得到的的極高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)相匹配，一定程度驗(yàn)證了本文所提方法的合理性。

圖1 地鐵隧道潰砂塌方后洞內(nèi)涌出物

3 結(jié)語

基于層次分析的城市地下空間施工風(fēng)險(xiǎn)智能評(píng)價(jià)方法對(duì)于城市地下空間安全建設(shè)具有重要意義，通過對(duì)地下空間施工風(fēng)險(xiǎn)的智能預(yù)警，可顯著提升城市地下空間安全施工的管理水平與風(fēng)險(xiǎn)防控水平，相關(guān)成果可為類似工程提供一定工程借鑒。