基于AHP對新王府井隧道施工風險研究★

邵 坤，朱建明

(華北科技學院,北京 065201)

0 引言

近年來,全國地鐵車站隧道施工由于施工單位安全風險辨識不足、現(xiàn)場管理不到位、隱患排查不到位等原因引發(fā)的事故屢見不鮮。為降低地鐵車站施工風險,減少地鐵車站安全事故,學者們對地鐵車站施工進行了部分風險研究:蔣頻等[1]對地鐵車站施工運用主成分分析法進行風險評估研究。沈紅良等[2]對長沙地鐵1號線新建西路地鐵車站周邊進行勘測,分析出明挖法施工產(chǎn)生的風險,并進行了重點保護等措施。杜憲武等[3]以十里河車站及暗挖區(qū)間隧道為背景,進行風險評估確定了風險源,并用模糊綜合評估方法計算出風險等級。鄭逸雪[4]采用事故樹分析法和貝葉斯網(wǎng)絡對地鐵車站施工進行風險分析以及概率計算。邵長青[5]對地鐵隧道盾構(gòu)法進行風險分析與控制,分析不同類型風險并提出對應控制措施。

可見,地鐵車站隧道施工風險研究已經(jīng)取得一定成果,但目前還不是太完善,多以單獨的定性或單獨定量研究為主,往往定性與定量相結(jié)合的研究較少,特別是與現(xiàn)場管理相結(jié)合的研究目前不是很多,仍需做大量工作。本文結(jié)合普遍地鐵車站隧道施工風險分析與防范,對北京新王府井隧道施工項目運用層次分析法,對其進行定性與定量相結(jié)合的風險分析,并提出相應管控措施,為今后車站隧道施工風險識別和現(xiàn)場安全管理具有相關(guān)參考作用。

1 工程概況

新王府井站是八號線和已經(jīng)完成的北京軌道交通一號線的轉(zhuǎn)乘車站,使用三層三跨島式站臺,并采取洞樁法建設。該站的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)長度為176.8 m,標段總寬為25.3 m,拱頂覆土總厚約為9.4 m,車站共設有兩個新建通風道和兩個活塞風道,井口部采取明挖法建設,風道部采取礦山法建設,其中二號新建通風道為雙層雙跨構(gòu)造,采取洞樁法建設。車站設三個出入口,三個安全出口、兩個換乘通道及一個無障礙換乘通道,通道跨路及管線密集部分采用礦山法施工,敞口段及淺覆土段采用明挖施工。本站主體共設有三個施工豎井及通道,其中一號施工豎井設在站臺本部,與一號新風井結(jié)合設置;二號施工豎井位于車站中心,與F出入口通道結(jié)合布置;三號施工豎井則位于南部。由于站址位于繁華地區(qū),區(qū)域內(nèi)地下管線類型復雜,遍布著上水、燃氣、熱力、電力、人防、污水、雨水、電信共八種管線,周圍建筑物也較多,見圖1。因此風險因素較多,需要全面分析并加以控制,保障全方位安全。

2 層次分析法分析風險

層次分析法(Analytic Hierarchy Process,簡寫AHP)是二十世紀七十年代初期,由美國運籌學家T.L.Saaty博士創(chuàng)立的一套便捷、靈活又實用的多準則決策分析方法[6-7]?？捎糜趯Σ煌蛩剡M行比較和權(quán)重分配,得出各風險因素對新王府井施工安全的影響程度,從而制定相應風險管控措施。對于新王府井隧道施工的分析,可以按照以下步驟使用AHP方法:

1)確定目標:明確分析的目標為評估施工期間的安全風險。

2)確定準則:列出影響因素。包括施工期間的水文地質(zhì)、周邊環(huán)境影響、施工因素等。

3)構(gòu)建層次結(jié)構(gòu):將目標和影響因素按照層次結(jié)構(gòu)進行排列。

4)建立判斷矩陣:對準則之間的兩兩比較,使用1～9的尺度進行判斷。如準則A相對于準則B的重要性為4,則在判斷矩陣中該位置上填寫4。所有的兩兩比較都可以得到一個準則間的判斷矩陣。

7)分析結(jié)果:根據(jù)權(quán)重計算的結(jié)果,可以評估各個準則在決策中的重要性。

表1 RI值

2.1 建立安全評價體系

根據(jù)新王府井工程實際情況,從水文地質(zhì)(B1)、周邊環(huán)境影響因素(B2)以及施工因素(B3) 3個方面分析風險源。水文地質(zhì)風險包括地質(zhì)風險(C11)、地下水風險(C12)和特殊性巖土(C13);周邊環(huán)境因素包括周邊建筑物(C21)、周邊管線(C22)、既有1號線王府井站(C23);施工因素包括圍巖與支護結(jié)構(gòu)(C31)、地基處理與降排水措施(C32)、區(qū)間結(jié)構(gòu)及軌道結(jié)構(gòu)沉降變形(C33)、工程防水(C34)、施工人員數(shù)量及狀態(tài)(C35)、機械設備與材料選型、數(shù)量等(C36),見圖2。

2.2 建立總風險判斷矩陣

根據(jù)圖2所示的新王府井施工安全評價指標,根據(jù)專家調(diào)查法,專家對各因素打分,得到表2的總風險判斷矩陣。

表2 總風險判斷矩陣

2.3 AHP層次分析結(jié)果

通過計算得到表3的AHP層次分析結(jié)果表。

表3 AHP層次分析結(jié)果

表3展示了層次分析法的權(quán)重計算結(jié)果,最大特征根12.809,根據(jù)RI表查到對應的RI值為1.54,CI值為0.074,因此CR可算出為0.048<0.1,通過一次性檢驗。根據(jù)結(jié)果可以分析出,既有1號線王府井站對此次施工風險影響最大,其次周邊管線和周邊建筑物也是主要風險源,分析結(jié)果與工程實際相符。

3 對主要風險源管控

3.1 對區(qū)間下穿既有1號線王府井車站,采取的保護及控制

1)施工前,根據(jù)評估檢測結(jié)果編制施工方案。2)開挖下穿既有線段隧道階段開挖輪廓以外的3 m矩形范圍內(nèi),采用長導管全斷面深孔注漿預加固地層。3)格柵架立施工過程中,在拱腳處使用混凝土塊墊實腳板,減少沉降。4)根據(jù)監(jiān)測及現(xiàn)場實際情況,在施工過程中對初支背后進行多次補償注漿。5)在建筑施工過程中,嚴密地按建筑施工步驟,對暗挖的橫渠道嚴密按照“管超前、嚴注漿、短進尺、強支撐、快封閉、勤量測”的十八字建設基本原則引導實施,并上下分級,錯開實施,每層均按臺階法施工。明挖施工嚴格按照20字方針,縱向拉坡、橫向開槽、分段開挖、隨挖隨撐、量測回饋。6)下穿段采用增加一臨時仰拱開挖,開挖步距0.5 m,當上臺階完全下穿既有線貫通后,再施工下臺階;同時左右線錯開30 m施工。7)破除既有結(jié)構(gòu)臨時樁,采用隨破隨架格柵的方式,上臺階開挖過程中在腳板位置使用方木墊實,破除圍護樁前,先在暗挖通道內(nèi)穿樁深孔注漿加固土體,并對中柱位置進行監(jiān)測;開挖至既有鉆孔樁位置時連接筋加密為500 mm間距布置。鉆孔樁破除應隨開挖進尺分2次～3次破除,嚴禁一次將樁體全部破除。樁孔樁破不截斷樁內(nèi)鋼筋,待初支噴混凝土完成,且達到設計強度后再進行鋼筋割除作業(yè),避免出現(xiàn)拱頂剩余樁體掉落以及既有結(jié)構(gòu)沉降較大的情況。8)加強監(jiān)測,實行三級預警管理。

3.2 對周圍管線及建筑物的控制與管理

1)施工前對管線、建筑物的現(xiàn)狀進行調(diào)查。2)在穿越段拱部開挖施工前應當做好超前探測。3)上層小導洞及拱頂均采用深孔注漿措施。4)及時進行初支和二襯的背后注漿,并嚴格控制注漿壓力,在必要時進行多次補漿。5)建設過程中做好了對管線和建筑物的監(jiān)測與巡查,及時反饋情況,按照監(jiān)測結(jié)果及時改變建設參數(shù),確保周圍環(huán)境的安全。

4 “人機環(huán)管”綜合管控

1)對人員:鞏固樹立“生命安全第一位”的意識,對項目員工進行安全行培訓活動,經(jīng)考評通過后可進入相應工作領(lǐng)域。在基坑中高處作業(yè)時應當嚴格執(zhí)行施工的安全管理規(guī)范,作業(yè)人員著橘黃色服裝,正確佩戴安全帽、穿防滑型膠鞋,高空作業(yè)時必須帶安全繩索,聽從項目工作人員的指導與安排。在路面施工時還需確保過路行人和機動車的安全。同時注意處理好各部門與個人之間的關(guān)系,確保所有人員上工狀態(tài),并保證現(xiàn)場的監(jiān)測工作按時完成。

2)對機械設備:在現(xiàn)場量測和施工進行前,技術(shù)人員需要對擬使用的儀表或裝置進行檢驗,一是檢查儀表設備使用的有效期,即是否處于有效的檢定期間;二是檢測儀器設備能否正常工作,發(fā)現(xiàn)問題的設備及時停止使用,檢查需要充電的儀器其電池或電壓是否足夠。以保證儀器設備充分、完整和正常。

為防止突發(fā)事件發(fā)生,施工前預備相應數(shù)量的應急鋼橫撐及其他材料,確保工程建設安全、順暢地完成。盾構(gòu)始發(fā)、接收前進行土體加固,確定合理掘進參數(shù)、中低速均衡勻速施工、合適的添加劑、控制盾構(gòu)姿態(tài)、及時進行同步及二次補充注漿。始發(fā)、接收時保證無水作業(yè)。

3)對周邊環(huán)境:由于擬建車站場區(qū)及周邊的工美大廈、北京飯店等主要建筑物距工程很近,且沿線地下管道錯綜復雜,施工前,建設部門應對該場區(qū)域內(nèi)的所有管線和地下建筑物進行詳查,首先要準確了解各類管道型式、直徑、材質(zhì)、連接方式、埋置深度、使用狀況等信息,摸清了各類管道的閥門情況、權(quán)屬、應急使用方式、緊急聯(lián)系方式等,并對重要管線的偏移、撓曲、接頭錯位等初始值和附近建筑物的現(xiàn)狀做好了記錄。

施工時,應嚴格控制施工參數(shù),加強支護及地層加固,以保證施工安全;出入口、風道或豎井等明挖施工時應先對場區(qū)內(nèi)地下管線設施合理處置(移出或保護),并采取有效的基坑圍護結(jié)構(gòu)(如護坡樁+錨樁+內(nèi)支撐方案),控制基坑位移,確保基坑穩(wěn)定,避免對周邊既有建筑、道路及軌道交通造成不利影響。二襯扣拱施工破除控制施工步驟,做好鋼筋綁扎及防水施工措施。

對新王府井地表沉降、周邊構(gòu)筑物變形、管線沉降、鋼柱、鋼筋應變、初支拱頂沉降、初支凈空收斂、土體分層沉降監(jiān)測、土體水平位移監(jiān)測、地下水位等問題進行了監(jiān)測。及時反饋監(jiān)測數(shù)據(jù),實施信息化施工。若開挖過程中遇到管線滲漏引起地層軟化,可考慮補充小導管超前加固措施。

為避免雨水造成附近的構(gòu)筑物或道路結(jié)構(gòu)及管道破裂,采用降、隔水的綜合性控制措施。施工過程中保證地下水降至每步開挖面下1 m。在開挖過程中若有土壤地面上殘留積水,應及時清除,如果初支完全封閉成環(huán)以后還出現(xiàn)滲水,可在初支背后注漿堵水。

通過對區(qū)域資料與勘察結(jié)果的分析,擬建車站并不存在影響區(qū)域穩(wěn)定性的不良地質(zhì)影響?？辈焐疃确秶鷥?nèi)揭露的特殊性巖土主要為人工堆積層,同時周邊建筑施工期間,其基坑周邊新近人工回填土層分布較厚,人工填土層可能對豎井、風道及出入口段的支護體系穩(wěn)固、圍巖側(cè)壁變形控制也會產(chǎn)生不利影響,因此采取相應的支護及預加固措施。結(jié)合不同的地層條件優(yōu)化深孔注漿范圍及注漿工藝。

4)對管理:建立應急預案,建立施工監(jiān)測預警響應。有關(guān)單位對已發(fā)出預警的工程部位和周圍環(huán)境做好監(jiān)測和巡查,施工單位針對預警部位應及時進行必要措施,防止危害事故的發(fā)生。各級風險工程依據(jù)預警的類別、等級實施相應的響應流程(詳見圖3,圖4)。

5 結(jié)論

地鐵車站隧道施工是復雜的系統(tǒng)工程,每個車站隧道都有其特殊性,在實際中應具體問題具體分析。以新王府井車站施工為例,運用層次分析法,分析出既有1號線王府井站對此次施工風險影響最大,其次周邊管線和周邊建筑物也是主要風險源,并對風險源進行了管控,以確保車站隧道施工安全得到有效加強。