軟土深層地下空間試驗(yàn)基地新型施工技術(shù)評(píng)估方法

王惠蕾，張 帆，李永迪（.上海隧道工程有限公司，上海 0003 ；.上海隧道地基基礎(chǔ)工程有限公司，上海008 ）

上海市深層地下空間開發(fā)過程中，存在施工過程復(fù)雜、不安全因素多、不確定性大等特點(diǎn)。針對(duì)深層地下空間開發(fā)過程中的新工藝、新材料、新設(shè)備、新技術(shù)，未經(jīng)試驗(yàn)直接用于實(shí)際工程中，不僅可能影響周邊建（構(gòu)）筑物安全，也可能危及施工人員的生命財(cái)產(chǎn)安全，且施工質(zhì)量難以保證。實(shí)現(xiàn)新型施工技術(shù)的安全施工是未來深層地下空間科學(xué)、安全開發(fā)的關(guān)鍵所在。

新型施工技術(shù)經(jīng)過試驗(yàn)場(chǎng)“實(shí)地驗(yàn)證”評(píng)估合格后，再投入實(shí)際應(yīng)用將大幅減小其施工風(fēng)險(xiǎn)，因此需在建立上海軟土深層地下工程試驗(yàn)基地，并構(gòu)建出一套系統(tǒng)的、科學(xué)的新型施工技術(shù)評(píng)估方法，以保證新型施工技術(shù)的安全性與可靠性，促進(jìn)新技術(shù)的推廣與應(yīng)用。

1 上海軟土深層地下工程試驗(yàn)基地

上海 40～100 m 是深層地下空間開發(fā)的主要深度范圍。此范圍內(nèi)地質(zhì)環(huán)境問題復(fù)雜，導(dǎo)致開發(fā)利用的難度和風(fēng)險(xiǎn)顯著加大。經(jīng)工程人員的深入研究后，已提出諸多針對(duì)深層地下空間豎向開挖、橫向掘進(jìn)、地基加固等領(lǐng)域的新工藝、新材料以及新設(shè)備。但基本停留于理論階段，實(shí)際工程的應(yīng)用案例較少。在上海地區(qū)開發(fā)深層地下空間，若新型工法尚未驗(yàn)證，便直接運(yùn)用于實(shí)際工程建設(shè)會(huì)存在極大風(fēng)險(xiǎn)。鑒于此，擬建立的上海軟土深層地下工程試驗(yàn)基地，為新型施工技術(shù)提供試驗(yàn)場(chǎng)地，并對(duì)其進(jìn)行測(cè)試與評(píng)估，驗(yàn)證其施工質(zhì)量與安全，為實(shí)際工程應(yīng)用提供保證。

2 新型施工技術(shù)評(píng)估方法

本文建立了新型施工技術(shù)評(píng)估方法。試驗(yàn)前，從現(xiàn)場(chǎng)組織設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量檢測(cè)、試驗(yàn)安全監(jiān)測(cè)以及應(yīng)急救援等方面對(duì)試驗(yàn)方案進(jìn)行全面審查。試驗(yàn)中，通過質(zhì)量檢測(cè)和安全監(jiān)測(cè)兩大方式對(duì)新型施工技術(shù)進(jìn)行評(píng)估。試驗(yàn)后，通過組織專家驗(yàn)收的方式以保證新型施工技術(shù)試驗(yàn)結(jié)果的合理性與可靠性，其評(píng)估的基本流程如圖 1 所示。

圖1 上海軟土深層地下工程試驗(yàn)基地新型施工技術(shù)評(píng)估流程

（1）試驗(yàn)單位根據(jù)工程試驗(yàn)情況資料編制試驗(yàn)方案和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告。主要涉及內(nèi)容包括施工現(xiàn)場(chǎng)組織設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量檢測(cè)、試驗(yàn)安全監(jiān)測(cè)以及應(yīng)急救援等方面。

（2）試驗(yàn)基地組織專家進(jìn)行論證審查。論證內(nèi)容主要包括試驗(yàn)方案內(nèi)容是否完整可行、計(jì)算和驗(yàn)算是否符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)、試驗(yàn)場(chǎng)地是否滿足施工條件、各項(xiàng)技術(shù)措施是否到位、質(zhì)量檢測(cè)方法與指標(biāo)是否合理、安全監(jiān)測(cè)指標(biāo)與方法是否可行、應(yīng)急救援預(yù)案是否合理等，并提出評(píng)審報(bào)告。

（3）評(píng)審合格后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，并根據(jù)試驗(yàn)方案進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)和安全監(jiān)測(cè)。

（4）如專家評(píng)審不通過，則試驗(yàn)單位應(yīng)根據(jù)專家意見對(duì)試驗(yàn)方案進(jìn)行修改，修改并經(jīng)原評(píng)審專家論證合格后方可進(jìn)行實(shí)地試驗(yàn)。

（5）施工質(zhì)量檢測(cè)和安全監(jiān)測(cè)合格后，試驗(yàn)單位按照要求編寫試驗(yàn)報(bào)告，試驗(yàn)基地組織專家驗(yàn)收。

（6）若施工質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果不合格，但經(jīng)過檢測(cè)單位檢測(cè)、鑒定能夠達(dá)到實(shí)際工程需求的，可判定質(zhì)量檢測(cè)合格。

（7）若試驗(yàn)安全監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到報(bào)警值時(shí)，試驗(yàn)單位應(yīng)暫停試驗(yàn)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)試驗(yàn)方案進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后將再次經(jīng)過原評(píng)審專家重新評(píng)審。

（8）若試驗(yàn)過程中發(fā)生安全風(fēng)險(xiǎn)，則試驗(yàn)基地應(yīng)按照應(yīng)急救援預(yù)案組織救援。

（9）專家驗(yàn)收通過后，認(rèn)證試驗(yàn)成功，試驗(yàn)基地提供應(yīng)用證明。

2.1 安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

工程評(píng)估與分析的方法很多，張少夏[1]對(duì)各種風(fēng)險(xiǎn)分析方法的適用范圍進(jìn)行可研究分析。對(duì)能后應(yīng)用于本試驗(yàn)場(chǎng)的方法進(jìn)行篩選，常用的方法如下。

（1）專家評(píng)議法。專家評(píng)議法是一種吸收專家參加，根據(jù)事物的過去、現(xiàn)在及發(fā)展趨勢(shì)，進(jìn)行積極的創(chuàng)造性思維活動(dòng)，對(duì)事物的未來進(jìn)行分析、預(yù)測(cè)的方法。

（2）基于信心指數(shù)的專家調(diào)查法。該方法由兩步組成。首先辨識(shí)出某一特定項(xiàng)目可能遇到的所有風(fēng)險(xiǎn)，列出風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查表。其次利用專家經(jīng)驗(yàn)對(duì)可能的風(fēng)險(xiǎn)因素的重要性進(jìn)行評(píng)價(jià)，綜合成整合項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)。

（3）事故樹分析法。事故樹分析法，是一種評(píng)價(jià)復(fù)雜系統(tǒng)可靠性與安全性的方法。故障樹分析（Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA）是把系統(tǒng)不希望發(fā)生的事件（失效狀態(tài)）作為事故樹的頂時(shí)間。用規(guī)定的邏輯符號(hào)表示，找出導(dǎo)致這一不希望這一事件所有可能發(fā)生的直接因素和原因。其是從處于過渡狀態(tài)的中間事件開始，并由此逐步深入分析，直到找出事故的基本原因，即事故樹的基本事件為止。

（4）層次分析法。用層次分析法做系統(tǒng)分析，首先要將問題層次化。根據(jù)問題的性質(zhì)和達(dá)到的總目標(biāo)，將問題分解為不同的組成因素，并按照因素間的相互關(guān)聯(lián)、影響以及隸屬關(guān)系將因素按不同層次聚集組合，形成一個(gè)多層次的分析結(jié)構(gòu)模型，并最終把系統(tǒng)分析歸結(jié)為最低層（供決策的方案措施等）相對(duì)于最高層（總目標(biāo)）的相對(duì)重要性權(quán)值的確定或相對(duì)優(yōu)劣次序的排序問題。該方法能把定性因素定量化，并能在一定程度上檢驗(yàn)和減少主觀影響，使評(píng)價(jià)更趨科學(xué)化。

除以上常用方法外，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與分析的方法還有決策樹法、危險(xiǎn)源辨識(shí)、危害與可操作性分析、事故類型及影響分析、多重風(fēng)險(xiǎn)分析、蒙特卡羅模擬、數(shù)值模擬與分析等。

2.2 試驗(yàn)方案編制要求

新型施工技術(shù)試驗(yàn)方案編制應(yīng)遵守現(xiàn)行的國家、行業(yè)、地方的有關(guān)法律法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，滿足安全、質(zhì)量、進(jìn)度、環(huán)境保護(hù)等方面的要求。編制中應(yīng)考慮組織上的可行性、技術(shù)上的先進(jìn)性、實(shí)施上的可操作性、施工上的針對(duì)性。其主要內(nèi)容應(yīng)包括施工現(xiàn)場(chǎng)組織設(shè)計(jì)、施工技術(shù)質(zhì)量檢測(cè)、試驗(yàn)安全監(jiān)測(cè)以及應(yīng)急救援預(yù)案等。

2.2.1 施工現(xiàn)場(chǎng)組織設(shè)計(jì)

施工現(xiàn)場(chǎng)組織設(shè)計(jì)應(yīng)由試驗(yàn)單位編制，主要分析試驗(yàn)難點(diǎn)和特點(diǎn)，確定關(guān)鍵技術(shù)路線，制定試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，對(duì)試驗(yàn)安全性、操作性以及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行全面分析[2]。其主要內(nèi)容包括工程概況、編制依據(jù)、施工總體部署、施工現(xiàn)場(chǎng)布置、施工計(jì)劃、具體施工方案等。

2.2.2 施工技術(shù)質(zhì)量檢測(cè)

施工技術(shù)質(zhì)量檢測(cè)，應(yīng)根據(jù)具體試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，確定施工技術(shù)的檢測(cè)項(xiàng)目、相應(yīng)的檢測(cè)方法以及控制指標(biāo)等，并經(jīng)過專家論證，以保證質(zhì)量檢測(cè)內(nèi)容的合理性。

2.2.3 試驗(yàn)安全監(jiān)測(cè)

試驗(yàn)安全監(jiān)測(cè)按 GB 50911—2013《城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行。其內(nèi)容應(yīng)包括監(jiān)測(cè)目的及依據(jù)、監(jiān)測(cè)范圍及監(jiān)測(cè)等級(jí)、監(jiān)測(cè)對(duì)象及項(xiàng)目、監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)要求、監(jiān)測(cè)方法及精度、監(jiān)測(cè)頻率、試驗(yàn)監(jiān)測(cè)控制值/預(yù)警值以及達(dá)到預(yù)警值的處理措施；監(jiān)測(cè)信息的采集/分析和處理要求；監(jiān)測(cè)所用儀器設(shè)備等。其監(jiān)測(cè)目的如下。

（1）使各方能夠客觀真實(shí)地把握試驗(yàn)質(zhì)量，掌握施工各部分關(guān)鍵指標(biāo)，確保試驗(yàn)安全。

（2）在施工過程中通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)試驗(yàn)設(shè)計(jì)所采用的各種假設(shè)和參數(shù)的正確性，及時(shí)改進(jìn)施工技術(shù)或調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)以取得良好的試驗(yàn)效果。

（3）對(duì)可能發(fā)生危及工程本體和周邊環(huán)境安全的隱患進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，確保結(jié)構(gòu)本體和相鄰環(huán)境的安全。

2.2.4 應(yīng)急救援預(yù)案

應(yīng)急救援預(yù)案應(yīng)由試驗(yàn)單位與應(yīng)急救援單位共同編制，主要針對(duì)試驗(yàn)過程中潛在事故和緊急狀況而制訂的預(yù)防性技術(shù)和管理方案。應(yīng)急預(yù)案一般包括應(yīng)急組織架構(gòu)、管理職責(zé)、應(yīng)急資源配置、應(yīng)急技術(shù)方案等。其編制應(yīng)在風(fēng)險(xiǎn)源辨識(shí)的基礎(chǔ)上，并具有可操作性。

2.3 專家評(píng)審

試驗(yàn)基地應(yīng)根據(jù)具體施工技術(shù)，組織符合相關(guān)專業(yè)要求的不少于 5 人的專家進(jìn)行論證審查，并提供專家所需地質(zhì)和水文地質(zhì)資料、周邊環(huán)境和地下管線資料、場(chǎng)地資料、設(shè)計(jì)文件、具體試驗(yàn)方案等。

經(jīng)專家論證審查后，應(yīng)提出審批報(bào)告，其試驗(yàn)單位應(yīng)根據(jù)審批報(bào)告對(duì)試驗(yàn)方案進(jìn)行必要的修改和完善，其評(píng)審報(bào)告應(yīng)作為試驗(yàn)報(bào)告附件。

2.4 試驗(yàn)安全監(jiān)測(cè)方法

監(jiān)測(cè)方法應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象和監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的特點(diǎn)、監(jiān)測(cè)等級(jí)、設(shè)計(jì)要求、精度要求、場(chǎng)地條件和工程經(jīng)驗(yàn)等綜合確定，應(yīng)合理易行，并符合 GB 50911—2013 的相關(guān)規(guī)定。

監(jiān)測(cè)頻率應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)方法、試驗(yàn)進(jìn)度、監(jiān)測(cè)對(duì)象、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、地質(zhì)條件等情況和特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定。當(dāng)遇到下列情況時(shí)，應(yīng)提高監(jiān)測(cè)頻率。

（1）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常或變化速率較大。

（2）存在勘察未發(fā)現(xiàn)的不良地質(zhì)條件，且影響試驗(yàn)安全。

（3）地表、建（構(gòu)）筑物等周邊環(huán)境發(fā)生較大沉降、不均勻沉降。

（4）隧道始發(fā)、接收以及停機(jī)檢修期間。

（5）試驗(yàn)出現(xiàn)異常。

（6）試驗(yàn)險(xiǎn)情或事故后重新組織施工。

（7）暴雨或長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)降雨。

（8）鄰近工程施工、超載、振動(dòng)等周邊環(huán)境條件較大改變。

（9）當(dāng)監(jiān)測(cè)值達(dá)到試驗(yàn)規(guī)定預(yù)警值時(shí)。

試驗(yàn)監(jiān)測(cè)應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目控制值、當(dāng)?shù)厥┕そ?jīng)驗(yàn)等制定監(jiān)測(cè)預(yù)警等級(jí)和預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)方案應(yīng)明確監(jiān)測(cè)項(xiàng)目控制值。

2.5 施工技術(shù)質(zhì)量檢測(cè)方法

施工技術(shù)的質(zhì)量檢測(cè)目、方法以及允許誤差應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范的規(guī)定，且應(yīng)符合 DG/TJ 08—236—2013《市政地下工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》如下規(guī)定。

（1）應(yīng)由專業(yè)質(zhì)量檢測(cè)單位進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)合格后，出具相應(yīng)的質(zhì)量檢測(cè)報(bào)告。

（2）應(yīng)符合相關(guān)專業(yè)施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范的有關(guān)規(guī)定。（3）應(yīng)符合試驗(yàn)方案的相關(guān)要求。

（4）參加試驗(yàn)施工質(zhì)量檢測(cè)的人員應(yīng)具備規(guī)定的資格。

（5）涉及結(jié)構(gòu)安全和使用功能的試塊、試件和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)項(xiàng)目，應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行見證取樣檢測(cè)，由質(zhì)量檢測(cè)單位平行檢驗(yàn)。

（6）試驗(yàn)的觀感質(zhì)量應(yīng)由檢測(cè)人員以及試驗(yàn)基地質(zhì)量管理人員通過現(xiàn)場(chǎng)檢查共同確認(rèn)。

2.6 應(yīng)急救援管理體系建設(shè)

試驗(yàn)基地地下空間應(yīng)急管理組織體系，是加強(qiáng)試驗(yàn)基地應(yīng)急管理的基礎(chǔ)，是提高地下工程應(yīng)急管理能力的根本。

首先，要在試驗(yàn)基地管理部門建立地下工程應(yīng)急管理機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)地下空間應(yīng)急管理的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)，對(duì)各個(gè)試驗(yàn)單位應(yīng)急管理小組進(jìn)行統(tǒng)一部署與監(jiān)管。其次，要求各個(gè)試驗(yàn)單位建立各自應(yīng)急管理小組，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)施工與應(yīng)急管理的責(zé)權(quán)結(jié)合。一般來說，試驗(yàn)單位相對(duì)熟悉和了解地下空間的結(jié)構(gòu)、平時(shí)的施工情況等，一旦發(fā)現(xiàn)事故，應(yīng)立即將現(xiàn)場(chǎng)情況上報(bào)給試驗(yàn)基地應(yīng)急管理機(jī)構(gòu)，并通知應(yīng)急救援單位進(jìn)行救援。最后，要由專門應(yīng)急管理單位建立應(yīng)急處置小分隊(duì)，提高應(yīng)急處置的快速響應(yīng)能力，并通過適時(shí)的訓(xùn)演練，能夠在地下空間出現(xiàn)突發(fā)事件時(shí)，遏止事件于萌芽狀態(tài)或?yàn)閼?yīng)急響應(yīng)贏取時(shí)間。試驗(yàn)基地地下工程應(yīng)急管理完整的組織體系如圖 2 所示。

圖2 試驗(yàn)基地地下工程安全風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急管理組織層次關(guān)系圖

3 結(jié) 語

新型施工技術(shù)研發(fā)后，需對(duì)其質(zhì)量、安全、經(jīng)濟(jì)以及工期進(jìn)行驗(yàn)證后，方可投入使用并推廣。上海軟土深層地下工程試驗(yàn)基地為新型施工技術(shù)提供試驗(yàn)場(chǎng)地并進(jìn)行評(píng)估，以驗(yàn)證新型施工技術(shù)的可靠性。本文建立了新型施工技術(shù)評(píng)估方法。試驗(yàn)前，從現(xiàn)場(chǎng)組織設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量檢測(cè)、試驗(yàn)安全監(jiān)測(cè)以及應(yīng)急救援等方面對(duì)試驗(yàn)方案進(jìn)行全面審查；試驗(yàn)中，通過質(zhì)量檢測(cè)和安全監(jiān)測(cè)兩大方式對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估；試驗(yàn)后，通過組織專家驗(yàn)收的方式保證了新型施工技術(shù)試驗(yàn)結(jié)果的合理性與可靠性，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)基地評(píng)估體系的科學(xué)規(guī)范化管理。