風(fēng)險(xiǎn)管理在地鐵深基坑施工安全管理中的應(yīng)用研究

楊剛 YANG Gang

（北京鐵城建設(shè)監(jiān)理有限責(zé)任公司，北京 100855）

0 引言

地鐵在城市中應(yīng)用較為廣泛，是人們的主要出行方式。隨著地鐵線路的增加，不可避免地會(huì)出現(xiàn)緊鄰既有隧道的工程難題，為地鐵工程施工造成較大的阻礙。深基坑是地鐵工程中的關(guān)鍵工程，施工過(guò)程中會(huì)對(duì)周圍建筑造成一定程度的影響[1]。如果不能在施工過(guò)程中進(jìn)行良好的安全管理，勢(shì)必會(huì)對(duì)上層建筑、周圍建筑，乃至整個(gè)地鐵工程造成影響，嚴(yán)重者甚至?xí)：Φ饺松碡?cái)產(chǎn)安全[2]。深基坑施工工序較為復(fù)雜，危險(xiǎn)性較高，合理的安全管理體系與合理施工技術(shù)，二者缺一不可。因此，在進(jìn)行地鐵深基坑施工的過(guò)程中，需要對(duì)深基坑進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，以及風(fēng)險(xiǎn)控制，以此提升施工安全管理水平。

風(fēng)險(xiǎn)管理是在工程項(xiàng)目存在已知風(fēng)險(xiǎn)的前提下，在風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境中將損失降到最低的過(guò)程。此過(guò)程中，需要對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行辨識(shí)——評(píng)估——控制等步驟，為項(xiàng)目提供最為安全的施工方案[3]。在實(shí)際工程施工過(guò)程中，可能風(fēng)險(xiǎn)與實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)存在較大的區(qū)別，可能風(fēng)險(xiǎn)是可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，能夠預(yù)料到并對(duì)其進(jìn)行預(yù)防；實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)是施工過(guò)程中出現(xiàn)的未知風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)生概率較低，但風(fēng)險(xiǎn)的危害性較高[4]。本文主要從風(fēng)險(xiǎn)管理的角度上，針對(duì)深基坑施工的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)行施工安全管理。通過(guò)辨識(shí)實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)，評(píng)估可能風(fēng)險(xiǎn)，控制風(fēng)險(xiǎn)等步驟，真正意義上提高施工安全管理水平。

1 基于風(fēng)險(xiǎn)管理的地鐵深基坑施工安全管理方法設(shè)計(jì)

1.1 辨識(shí)地鐵深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)

地鐵深基坑施工的安全管理涉及全周期，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的辨識(shí)至關(guān)重要。本文主要考慮施工前勘查、施工方案設(shè)計(jì)、施工過(guò)程監(jiān)管等三個(gè)階段[5]。在上述三個(gè)階段中的風(fēng)險(xiǎn)源為技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，周邊建筑、周邊管線、不良地質(zhì)條件作為環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。根據(jù)上述風(fēng)險(xiǎn)分解情況，本文將深基坑作業(yè)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分解，如圖1所示。

如圖1所示，施工過(guò)程中，支護(hù)結(jié)構(gòu)、基坑開挖、支撐結(jié)構(gòu)、主體施工過(guò)程中均存在風(fēng)險(xiǎn)。按照周邊環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)來(lái)看，施工降水對(duì)施工方案設(shè)計(jì)與周圍建筑勘查造成風(fēng)險(xiǎn)；開挖順序失誤對(duì)周邊管線、設(shè)計(jì)、施工技術(shù)造成風(fēng)險(xiǎn)[6]。除此之外，支護(hù)結(jié)構(gòu)外放尺寸不當(dāng)、支護(hù)樁垂直度超標(biāo)、支護(hù)樁孔位不滿足要求等問(wèn)題，均是施工風(fēng)險(xiǎn)源。鋼支撐施工過(guò)程中，預(yù)應(yīng)力施加不到位、應(yīng)力損失未及時(shí)復(fù)加、支撐設(shè)備材料儲(chǔ)量不足等問(wèn)題，是主要施工風(fēng)險(xiǎn)源。土方開挖及降水過(guò)程中，土方運(yùn)輸不合理、周圍排水不暢、機(jī)械碰撞支撐、支護(hù)結(jié)構(gòu)變形過(guò)大等問(wèn)題，是主要施工風(fēng)險(xiǎn)源[7]。結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，模板加固不牢，鋼筋保護(hù)層不足、施工不當(dāng)?shù)葐?wèn)題，是主要施工風(fēng)險(xiǎn)源。監(jiān)測(cè)點(diǎn)不明顯、基準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)置不合理、管線檢測(cè)失誤等問(wèn)題，是主要風(fēng)險(xiǎn)源。

圖1 深基坑作業(yè)分解結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 基于風(fēng)險(xiǎn)管理評(píng)估深基坑施工安全風(fēng)險(xiǎn)

在辨識(shí)了基坑施工風(fēng)險(xiǎn)之后，本文利用風(fēng)險(xiǎn)管理理論，對(duì)上述風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。本文將施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估劃分為三個(gè)階段，分別為前期準(zhǔn)備階段、評(píng)估實(shí)施階段、編制報(bào)告與審查階段[8]。其中，前期準(zhǔn)備主要從收集資料、現(xiàn)場(chǎng)勘探、調(diào)查調(diào)研等方面進(jìn)行評(píng)估；評(píng)估實(shí)施階段主要從風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)、風(fēng)險(xiǎn)單元?jiǎng)澐值确矫孢M(jìn)行評(píng)估；編制報(bào)告與審查階段主要從編制報(bào)告與報(bào)告審查等方面進(jìn)行評(píng)估。本文根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)管理理論，構(gòu)建一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示。

如表1所示，根據(jù)以上評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，清晰地看出了風(fēng)險(xiǎn)中各層級(jí)元素與相鄰上層元素的重要程度。以此為基礎(chǔ)，本文對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的所有元素進(jìn)行評(píng)估，公式如下：

表1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

式（1）中，δi為風(fēng)險(xiǎn)i中所有元素的評(píng)估幾何平均值；aij為風(fēng)險(xiǎn)i對(duì)風(fēng)險(xiǎn)j的重要程度指標(biāo)；n為價(jià)數(shù)。將δi進(jìn)行歸一化處理，計(jì)算出施工風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重指標(biāo)。公式如下：

式（2）中，σi為施工風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重指標(biāo)。結(jié)合式（1）與式（2），對(duì)施工安全風(fēng)險(xiǎn)的最大特征值進(jìn)行計(jì)算，公式如下：

式（3）中，γmax為施工安全風(fēng)險(xiǎn)的最大特征值；B為風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)；M為風(fēng)險(xiǎn)元素的特征向量；（BM）i為風(fēng)險(xiǎn)向量的第i個(gè)元素的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分。將上述數(shù)據(jù)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，判斷各元素的重要性與實(shí)際是否一致。一致性檢驗(yàn)公式如下：

式（4）中，CI為一致性指標(biāo)；CR為一致性比率；RI為平均一致性指標(biāo)。當(dāng)CR＜0.1時(shí)，能夠保證風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分的一致性滿意，反之則調(diào)整風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，直至符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.3 進(jìn)行地鐵深基坑施工安全控制

為了實(shí)現(xiàn)地鐵深基坑的安全施工，本文以安全風(fēng)險(xiǎn)控制為主線原則，全面辨識(shí)評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)程度，對(duì)基坑施工進(jìn)行安全控制。將風(fēng)險(xiǎn)管控放在隱患之前，將隱患排查放在風(fēng)險(xiǎn)事故之前。在施工全生命周期中，秉持著全員參與原則，建立雙重防御機(jī)制，將各個(gè)施工任務(wù)落實(shí)到領(lǐng)導(dǎo)與個(gè)人的頭上，確保責(zé)任明確[9]。本文根據(jù)深基坑施工安全風(fēng)險(xiǎn)，建立一個(gè)安全控制指標(biāo)體系。本文在施工過(guò)程中，設(shè)定支護(hù)的基礎(chǔ)支撐剛度，超出過(guò)低于該剛度就會(huì)造成施工風(fēng)險(xiǎn)，剛度計(jì)算公式如下：

式（5）中，F(xiàn)k為基礎(chǔ)支撐剛度；E為支撐模量；s為支撐結(jié)構(gòu)的橫截面積；d為支撐結(jié)構(gòu)的間距；l為支撐結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度。在支撐剛度已知的條件下，計(jì)算安全系數(shù)，公式如下：

式（6）中，εa為安全系數(shù)；fs為極限應(yīng)力；fy為需用應(yīng)力。εa越高，施工安全性越高，施工安全管理水平隨之增加。除此之外，在施工之前，對(duì)施工人員進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)交底與宣貫，對(duì)施工人員進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)培訓(xùn)，應(yīng)急處理教育，施工技術(shù)二次培訓(xùn)等方面，讓施工人員自發(fā)地形成風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)。

2 實(shí)例分析

2.1 工程概況

為了驗(yàn)證本文設(shè)計(jì)的安全管理方法是否具有使用價(jià)值，本文以X地鐵工程為例，對(duì)上述方法進(jìn)行分析。X地鐵工程明挖段長(zhǎng)度為主1256.312m，圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用800厚的地下連續(xù)墻，北側(cè)地連墻+4道支撐、東側(cè)地下連續(xù)墻+3道支撐、其余位置鉆孔灌注樁+3道支撐的支護(hù)體系支護(hù)錨索。降水措施為自流深井降水?？悠马?0m范圍內(nèi)堆載不得超過(guò)20kPa。出土口30kPa，施工時(shí)嚴(yán)禁堆載。圍護(hù)體水平位移監(jiān)測(cè)報(bào)警值：北側(cè)為25mm，其余側(cè)40mm。辨識(shí)上述地鐵深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)，選取出多個(gè)工程風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目，將其進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，如圖2所示。

如圖2所示，A、B、C、D、E、F、G、H等風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目分別為地下連續(xù)墻施工項(xiàng)目、蓋板結(jié)構(gòu)、鋼支撐施工項(xiàng)目、深基坑開挖施工項(xiàng)目、結(jié)構(gòu)施工項(xiàng)目、周邊建筑及管線施工項(xiàng)目、監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置項(xiàng)目、交通與線路施工項(xiàng)目。由圖中可知，整個(gè)施工過(guò)程存在自然風(fēng)險(xiǎn)與施工風(fēng)險(xiǎn)的雙重風(fēng)險(xiǎn)，而鋼支撐施工項(xiàng)目是風(fēng)險(xiǎn)最高的項(xiàng)目，本文更加重視該項(xiàng)目的安全管理。本文根據(jù)X地鐵工程深基坑的實(shí)際施工條件，按照所有人員、所有活動(dòng)、所有設(shè)施、所有場(chǎng)所的順序進(jìn)行安全管理。包括項(xiàng)目參建方、檢查方、監(jiān)督部門、施工人員，以及訪問(wèn)人員在內(nèi)的所有人員，在進(jìn)行正常的建設(shè)、檢查、監(jiān)督、施工、訪問(wèn)的作業(yè)時(shí)，均要求戴上安全帽、安全手套、防護(hù)面具等防護(hù)物資。施工區(qū)域內(nèi)的所有設(shè)施均要求三次檢查，一次物資采買檢查，一次進(jìn)廠前檢查，一次施工前檢查，確保每次檢查合格率為100%方可使用。除此之外，根據(jù)實(shí)際施工環(huán)境，設(shè)計(jì)多種逃生方案，在施工前進(jìn)行演習(xí)，確保所有人員均擁有充足的自保能力，以此提升施工安全性。

圖2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估圖

2.2 應(yīng)用結(jié)果

已知，施工安全管理方法的安全系數(shù)越高，施工安全性越高，管理水平隨之增加。本文在上述條件下，選取出多個(gè)工程風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目，在各個(gè)項(xiàng)目的施工風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重指標(biāo)一致的條件下，將深基坑施工的標(biāo)準(zhǔn)安全系數(shù)，與本文設(shè)計(jì)的基于風(fēng)險(xiǎn)管理的安全管理方法的安全系數(shù)進(jìn)行對(duì)比。應(yīng)用結(jié)果如表2所示。

表2 應(yīng)用結(jié)果

如表2所示，本文隨機(jī)選取了地下連續(xù)墻施工項(xiàng)目、蓋板結(jié)構(gòu)、鋼支撐施工項(xiàng)目、深基坑開挖施工項(xiàng)目、結(jié)構(gòu)施工項(xiàng)目、周邊建筑及管線施工項(xiàng)目、監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置項(xiàng)目、交通與線路施工項(xiàng)目等多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)目，施工風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重指標(biāo)各不相同。風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重指標(biāo)越高，施工安全風(fēng)險(xiǎn)越大，需要進(jìn)行安全管理。在其他條件均一致的情況下，本文設(shè)計(jì)的基于風(fēng)險(xiǎn)管理的安全管理方法的安全系數(shù)，均在0.98以上，在施工之前做了充分的準(zhǔn)備，在風(fēng)險(xiǎn)較高的鋼支撐施工項(xiàng)目中，進(jìn)行了充分的安全管理，使此處的安全系數(shù)為1.000，安全管理水平為完美標(biāo)準(zhǔn)。由此證明，使用本文設(shè)計(jì)的管理方法，能夠更加高效地管理基坑施工過(guò)程，使施工安全性更高，保障施工人員安全，符合本文研究目的。

3 結(jié)束語(yǔ)

近些年來(lái)，地鐵系統(tǒng)不斷完善，四通八達(dá)的地鐵線路為人們提供了出行便利，成為城市主要交通工具。地鐵在建設(shè)施工過(guò)程中，需要深基坑的開挖?；拥膹?fù)雜性與隧道施工相互作用下，使施工風(fēng)險(xiǎn)增加，施工安全性難以保障。因此，本文在風(fēng)險(xiǎn)管理視角下，設(shè)計(jì)了地鐵深基坑施工安全管理方法。從風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)控制等方面，對(duì)基坑施工進(jìn)行有效的安全管理。并結(jié)合X地鐵工程實(shí)例，進(jìn)一步分析該方法的安全管理水平，為施工人員提供安全保障。