基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的基坑工程風(fēng)險(xiǎn)分析及防控研究

王建成，傅賽男，姜愛(ài)斌

（上海城建職業(yè)學(xué)院數(shù)字建造學(xué)院，上海 200432）

1 引言

以往的許多基坑工程資料表明，基坑工程中施工階段是土木工程事故高發(fā)期。邊亦海等收集的342個(gè)基坑工程事故中，因施工原因造成的事故達(dá)到50.9%。加上前期決策、設(shè)計(jì)等方面的潛在風(fēng)險(xiǎn)，在施工期發(fā)生工程事故的概率則高達(dá)90%以上。因此，施工期的動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)控制是基坑工程風(fēng)險(xiǎn)控制的主要環(huán)節(jié)[1]。但目前對(duì)于基坑工程的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和控制體系方面，仍然缺乏成套的體系和理論，往往停留在可靠度、基坑失效概率以及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)計(jì)算方面的研究，且工程總體概括性的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)上，而沒(méi)有具體地針對(duì)整個(gè)基坑開(kāi)挖過(guò)程的動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和控制體系，使基坑風(fēng)險(xiǎn)的研究理論脫離實(shí)踐，導(dǎo)致基坑風(fēng)險(xiǎn)分析方法不能在實(shí)際工程中得到應(yīng)用。

基坑工程本身的不確定性和時(shí)效性，使基坑工程隨著工程施工的進(jìn)展，風(fēng)險(xiǎn)也不斷變化。工程施工階段的不同，所受的外荷載和支護(hù)結(jié)構(gòu)也是動(dòng)態(tài)變化的，風(fēng)險(xiǎn)重點(diǎn)也不同，隨著施工階段的推進(jìn)，可能出現(xiàn)新的風(fēng)險(xiǎn)源，階段不同，風(fēng)險(xiǎn)重點(diǎn)也跟隨變化。因此，常規(guī)的初步風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估不能滿足施工期間風(fēng)險(xiǎn)控制的要求。充分考慮施工期間各施工階段的動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，成為控制基坑工程風(fēng)險(xiǎn)的一種有效措施[2]。

基坑工程中的動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，在施工過(guò)程中，通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)直接反映出來(lái)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化反映了對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)事故的發(fā)生可能性的變化。因此，施工中的監(jiān)測(cè)，是監(jiān)控施工過(guò)程中風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)的主要方法，也成為施工期間動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)控制的依據(jù)。

本文中的動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析，以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為判定分析基礎(chǔ)，按照基坑工程的三個(gè)施工階段，即開(kāi)挖前準(zhǔn)備階段（包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工）、開(kāi)挖階段和地下結(jié)構(gòu)施工，分析不同施工階段的風(fēng)險(xiǎn)變化。對(duì)每一施工階段的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行具體分析，分析各監(jiān)測(cè)異常項(xiàng)目所對(duì)應(yīng)的可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)事故，并找出引起監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化的可能的風(fēng)險(xiǎn)源，以此為依據(jù)，提出有效的風(fēng)險(xiǎn)控制措施及修復(fù)方案。

2 動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析方法

2.1 本文的動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析，主要依據(jù)三方面進(jìn)行分析

2.1.1 以施工階段為動(dòng)態(tài)的時(shí)間主軸線

基坑工程的動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析，依據(jù)施工階段的進(jìn)行為時(shí)間線。將基坑工程從開(kāi)始到結(jié)束分為開(kāi)挖前準(zhǔn)備階段、開(kāi)挖階段和地下結(jié)構(gòu)施工階段。開(kāi)挖階段是風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生的主要階段，因此，對(duì)開(kāi)挖階段的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)逐日分析風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。開(kāi)挖階段的主體工程分為土方工程、支撐施工和降水工程三個(gè)方面。從三個(gè)方面綜合考慮，進(jìn)行動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)分析及風(fēng)險(xiǎn)控制。

2.1.2 以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為風(fēng)險(xiǎn)表征進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

基坑工程監(jiān)測(cè)是工程設(shè)計(jì)和施工的指導(dǎo)，對(duì)于復(fù)雜的、施工難度大的大中型基坑，往往很難預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)因素的類型及風(fēng)險(xiǎn)變化，在理論上也找不到合理的定量分析方法，必須依靠現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析。監(jiān)測(cè)是基坑風(fēng)險(xiǎn)的有效防護(hù)手段，也實(shí)時(shí)地反映了基坑工程的風(fēng)險(xiǎn)變化水平，也是動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)定量分析的依據(jù)[3]?；庸こ痰膭?dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)即以此為基礎(chǔ)。

2.1.3 風(fēng)險(xiǎn)因素的變化發(fā)展

風(fēng)險(xiǎn)隨著施工的進(jìn)行在不斷變化的。不同的施工階段，有不同的風(fēng)險(xiǎn)類型及風(fēng)險(xiǎn)變化特點(diǎn)。有的風(fēng)險(xiǎn)因素還具有很強(qiáng)的時(shí)效性。在風(fēng)險(xiǎn)因素形成之初可能并未表現(xiàn)出來(lái)任何事故征兆，存在非常大一部分的不為人知的黑色區(qū)域，從而使系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)分析出現(xiàn)偏差，甚至遺漏重要的風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生，影響系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果的真實(shí)性和風(fēng)險(xiǎn)控制與應(yīng)急措施的有效性。只有經(jīng)過(guò)一定時(shí)間，結(jié)合其他觸發(fā)事件的發(fā)生，綜合引起風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生。

2.2 深基坑工程施工流程

針對(duì)基坑工程的施工特點(diǎn)，將基坑工程分為三個(gè)階段，其中開(kāi)挖階段是風(fēng)險(xiǎn)事故的多發(fā)階段。具體的施工流程圖如圖1所示。

圖1 深基坑施工流程圖

2.3 深基坑風(fēng)險(xiǎn)結(jié)構(gòu)層次法分析——以SMW工法為例

以某深基坑工程為例，支護(hù)結(jié)構(gòu)為SMW工法+二道內(nèi)支撐施工，結(jié)合圖1，依據(jù)收集的事故案例和專家的工程經(jīng)驗(yàn)，得出SMW加二道內(nèi)撐的支護(hù)結(jié)構(gòu)形式的基坑工程風(fēng)險(xiǎn)因素層次結(jié)構(gòu)[4]。如結(jié)構(gòu)層次圖2所示，基坑施工過(guò)程可能遇到的主要風(fēng)險(xiǎn)事故包括15項(xiàng)。

2.4 開(kāi)挖階段監(jiān)測(cè)

深基坑工程開(kāi)挖階段的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要分為兩部分[5]：

一部分為環(huán)境方面的監(jiān)測(cè)，包括房屋各點(diǎn)的監(jiān)測(cè)、上水管線的垂直沉降監(jiān)測(cè)、信息管線的垂直沉降監(jiān)測(cè)以及電力管線的垂直沉降監(jiān)測(cè)；

圖2 SMW工法基坑工程風(fēng)險(xiǎn)因素層次結(jié)構(gòu)圖

另一方面包括圍護(hù)頂部垂直位移監(jiān)測(cè)、圍護(hù)墻體深層水平位移監(jiān)測(cè)。對(duì)監(jiān)測(cè)實(shí)測(cè)值進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)分析，得出風(fēng)險(xiǎn)修正系數(shù)，并評(píng)定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

地下結(jié)構(gòu)修筑階段[6]也包括環(huán)境和支護(hù)結(jié)構(gòu)自身二方面監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。求得各監(jiān)測(cè)項(xiàng)的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，并評(píng)定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

3 施工期重大風(fēng)險(xiǎn)防控

研究風(fēng)險(xiǎn)因素的變化規(guī)律就是為了更好地進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)防控，提出基坑工程需要防范的兩部分重大風(fēng)險(xiǎn)防控措施：

一部分分析基坑坍塌風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)因素，并提出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，見(jiàn)表1所示；

基坑坍塌風(fēng)險(xiǎn)因素及風(fēng)險(xiǎn)防控措施 表1

另一部分分析附近居民樓倒塌風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)因素，并給出控制措施和事故應(yīng)急措施，見(jiàn)表2所示。

居民樓坍塌風(fēng)險(xiǎn)因素及風(fēng)險(xiǎn)防控措施 表2

4 結(jié)語(yǔ)

①提出施工過(guò)程中，以監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，以施工階段進(jìn)程為順序，適用于基坑工程的動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法。動(dòng)態(tài)分析方法基于基坑工程不同階段的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為主要計(jì)算依據(jù)，以施工階段為動(dòng)態(tài)的時(shí)間主軸線，研究風(fēng)險(xiǎn)因素的變化發(fā)展。充分考慮環(huán)境監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和基坑支護(hù)自身監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目特點(diǎn)，對(duì)基坑開(kāi)挖階段和地下結(jié)構(gòu)修筑階段風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定提供理論依據(jù)。

②通過(guò)重大風(fēng)險(xiǎn)因素的分析及處理措施方法的研究，依據(jù)不同的風(fēng)險(xiǎn)因素類型，需要采取不同的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施，能夠及時(shí)掌握地下土層、周圍臨近建筑物、地下管線及設(shè)施，在施工中所受到的影響，還可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情，控制險(xiǎn)情的發(fā)展，也為基坑工程中的人因差錯(cuò)控制提供實(shí)踐依據(jù)。