基坑工程安全評(píng)價(jià)方法研究現(xiàn)狀及應(yīng)用效果

陳光伸 胡 輝＊ 張 飛 劉飛鵬

（1.云南水利水電職業(yè)學(xué)院，云南 昆明 650499；2.國(guó)家林業(yè)和草原局西南調(diào)查規(guī)劃院，云南 昆明 650032；3.云南大學(xué)國(guó)際河流與生態(tài)安全研究院，云南 昆明 650504）

0 引言

建筑基坑工程受地質(zhì)、環(huán)境等方面因素的影響，在施工中存在諸多不確定性，容易導(dǎo)致施工中發(fā)生安全事故。當(dāng)前，建設(shè)工程規(guī)模越來(lái)越大，其基坑規(guī)模和深度也在不斷增大，相伴的基坑施工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)備受重視。工程實(shí)踐上，基坑失穩(wěn)事故時(shí)有發(fā)生，會(huì)造成巨大的人員和財(cái)產(chǎn)損失。實(shí)踐證明，在施工中應(yīng)用安全評(píng)價(jià)方法預(yù)先判斷基坑施工安全性，為基坑風(fēng)險(xiǎn)控制提供理論依據(jù)，對(duì)事故風(fēng)險(xiǎn)因素有效控制，對(duì)于降低事故發(fā)生幾率，減少事故損失具有顯著作用。但這必須建立在科學(xué)合理的基坑安全評(píng)價(jià)方法之上。為了梳理科學(xué)合理的基坑安全評(píng)價(jià)方法，本文就其研究現(xiàn)狀及應(yīng)用效果進(jìn)行探討。

1 安全評(píng)價(jià)概述

安全評(píng)價(jià)應(yīng)用系統(tǒng)科學(xué)的方法辨識(shí)系統(tǒng)中存在的危險(xiǎn)因素，對(duì)研究對(duì)象的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)，以便采取相應(yīng)的安全措施[1]。在工程作業(yè)中，安全評(píng)價(jià)的過(guò)程實(shí)際上是對(duì)可能影響工程安全或穩(wěn)定性的危險(xiǎn)源進(jìn)行辨識(shí)、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，科學(xué)客觀反映研究對(duì)象安全狀態(tài)以便預(yù)先采取相應(yīng)措施進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制，達(dá)到系統(tǒng)安全的過(guò)程[2]。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)發(fā)生事故危險(xiǎn)性進(jìn)行定性和定量分析，評(píng)價(jià)系統(tǒng)發(fā)生危險(xiǎn)的可能性及其程度，可以有效降低事故發(fā)生幾率，減少事故損失，從而獲得較好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益[3]。

基坑工程的穩(wěn)定性需要考慮多種因素，如工程地質(zhì)條件、施工、管理等，以確定基坑安全程度。因此，需要建立一個(gè)科學(xué)有效的評(píng)價(jià)系統(tǒng)，以確定評(píng)價(jià)結(jié)果的適用性和可靠性?；影踩u(píng)價(jià)是指運(yùn)用安全學(xué)原理，利用系統(tǒng)分析方法并結(jié)合基坑工程專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的施工和管理經(jīng)驗(yàn)評(píng)估基坑施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的安全問(wèn)題，并采取相應(yīng)的技術(shù)和管理措施以確保基坑施工過(guò)程的穩(wěn)定[4]。

2 基坑安全評(píng)價(jià)方法研究現(xiàn)狀

基坑安全評(píng)價(jià)的目的是進(jìn)行事故預(yù)測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)控制，明確評(píng)價(jià)對(duì)象安全狀態(tài)，它以事故發(fā)生的原因和結(jié)果為基礎(chǔ)，結(jié)合事故的發(fā)生概率、工程地質(zhì)、基坑施工和管理對(duì)基坑的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)，以預(yù)測(cè)基坑的穩(wěn)定性。目前，基坑安全評(píng)價(jià)常用的方法主要有安全檢查表法、預(yù)先危險(xiǎn)性分析、作業(yè)條件危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)法、事故樹(shù)分析法、層次分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、模糊評(píng)價(jià)法等等。這些評(píng)價(jià)方法的應(yīng)用，在基坑工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與控制中起到了巨大的作用。由于基坑規(guī)模和深度的不斷增大，各種施工風(fēng)險(xiǎn)因素的識(shí)別和控制變得尤為復(fù)雜，為基坑安全的有效評(píng)價(jià)和管理帶來(lái)了一些困難，選擇合理的基坑施工安全評(píng)價(jià)方法，科學(xué)客觀地反映基坑施工中面臨的各種風(fēng)險(xiǎn)顯得尤為重要。

早期的安全評(píng)價(jià)方法則是簡(jiǎn)單的根據(jù)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)的容許值設(shè)置報(bào)警值，形式單一且難以量化，不能完全反映工程項(xiàng)目的安全狀態(tài)[5]。

龍小梅等通過(guò)數(shù)據(jù)分析總結(jié)了基坑事故的主要原因有工程勘察、設(shè)計(jì)、施工、管理、監(jiān)理以及檢測(cè)等方面問(wèn)題，并將故障樹(shù)分析法應(yīng)用到基坑支護(hù)體系安全評(píng)價(jià)中，證明了該方法的可行性[6]。李立新等以模糊理論為基礎(chǔ)，構(gòu)建地鐵基坑工程安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，進(jìn)一步對(duì)影響因素進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，得出地鐵基坑工程的安全等級(jí)，使基坑工程事故的發(fā)生趨于明確化[7]。張曉等針對(duì)影響地下連續(xù)墻穩(wěn)定性的各因素存在隨機(jī)性和模糊性的特點(diǎn)，運(yùn)用模糊可靠度分析法，建立評(píng)價(jià)分析模型，并以國(guó)家大劇院深基坑地下連續(xù)墻施工作為工程背景進(jìn)行模糊可靠度分析[8]。劉濤收集百余個(gè)地鐵車(chē)站基坑的工程資料數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和分析能力，對(duì)上海軟土地鐵站的基坑變形情況進(jìn)行預(yù)測(cè)并進(jìn)行安全評(píng)價(jià)[9]。鄧志秋將可拓評(píng)價(jià)方法引入到基坑安全綜合評(píng)價(jià)中，分別建立基坑工程等級(jí)可拓評(píng)價(jià)物元模型和基坑安全狀況等級(jí)可拓評(píng)價(jià)物元模型，提出了應(yīng)用層次分析法和熵值法兩種確定指標(biāo)權(quán)重的思路，并驗(yàn)證了這兩種思路結(jié)合可拓評(píng)價(jià)法在基坑安全評(píng)價(jià)中的可行性[10]。周紅波等以故障樹(shù)分析法為基礎(chǔ)，將工作分解結(jié)構(gòu)（WBS）-風(fēng)險(xiǎn)分解結(jié)構(gòu)（RBS）法引入地鐵基坑工程施工風(fēng)險(xiǎn)因素分析中，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)敏感性分析確定了關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素[11]。謝孟卿等針對(duì)傳統(tǒng)的系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)方法在地下工程復(fù)雜地質(zhì)條件下，無(wú)法有效判別最大危險(xiǎn)源的問(wèn)題，將遺傳算法引用到深度基坑施工危險(xiǎn)源識(shí)別中，克服了一些傳統(tǒng)算法中的不足[12]。張玉瑩以事故致因理論為基礎(chǔ)，將理論與實(shí)踐相結(jié)合分析可能發(fā)生事故的類(lèi)型，確定各風(fēng)險(xiǎn)因子權(quán)重并依此MES 安全評(píng)價(jià)體系，并對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行安全評(píng)價(jià)[13]。黃建華等在對(duì)全國(guó)130 個(gè)基坑事故的分析研究的基礎(chǔ)上，得出圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲流破壞的7 個(gè)主要因素?；谪惾~斯網(wǎng)絡(luò)模糊綜合分析法，建立基坑圍護(hù)工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，得出風(fēng)險(xiǎn)事件的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)[14]。張棟等從影響深基坑施工安全的人、設(shè)備、環(huán)境、管理以及工程等5 個(gè)因素研究構(gòu)建深基坑施工安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，綜合考慮層次分析法和熵權(quán)法的運(yùn)用特點(diǎn)，采用組合賦權(quán)的方法，確定各要素新的權(quán)重值，提高了評(píng)價(jià)結(jié)果的全面性和科學(xué)性[15]。李雪薇在分析總結(jié)深基坑施工現(xiàn)場(chǎng)安全靜態(tài)和動(dòng)態(tài)危險(xiǎn)源的基礎(chǔ)上，建立基于BIM 的深基坑施工現(xiàn)場(chǎng)安全管理系統(tǒng)構(gòu)建框架，結(jié)合深基坑施工安全風(fēng)險(xiǎn)知識(shí)庫(kù)的存儲(chǔ)功能及Revit API 二次開(kāi)發(fā)技術(shù)，在施工前期對(duì)活動(dòng)對(duì)象進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，并將安全知識(shí)可視化，為安全施工提供數(shù)據(jù)支持[16]。宋博從人員、設(shè)備、環(huán)境、管理、技術(shù)5 個(gè)方面構(gòu)建安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，在運(yùn)用數(shù)據(jù)包絡(luò)法（DEA）計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重后，再結(jié)合反向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法（BP）對(duì)樣本數(shù)據(jù)訓(xùn)練輸出深基坑施工安全評(píng)價(jià)值[17]。姚海星基于深基坑施工風(fēng)險(xiǎn)因素具有傳播性、模糊性、動(dòng)態(tài)性的特點(diǎn)，以太原地鐵2 號(hào)線(xiàn)H 站基坑為研究對(duì)象，運(yùn)用WBS-RBS 法構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，結(jié)合LEC 法和FAHP 法計(jì)算各風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重，明確事故預(yù)防的重點(diǎn)[18]。陳紹清等將事故樹(shù)模型中的結(jié)構(gòu)重要度轉(zhuǎn)化為層次分析模型中各要素的權(quán)重，改進(jìn)了層次分析法主觀性較強(qiáng)的缺點(diǎn)，并對(duì)地鐵深基坑坍塌事故案例進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)分析，證明該改進(jìn)方法的可行性[19]。劉碧萍等以南寧金凱路地鐵車(chē)站深基坑施工安全評(píng)價(jià)為例，提出了將WBS-RBS 法與G1 法相結(jié)合的定性與定量評(píng)價(jià)模型，計(jì)算出基坑開(kāi)挖各要素的風(fēng)險(xiǎn)值從而確定施工單元風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)[20]。

上述研究發(fā)現(xiàn)：由于基坑工程具有一定的區(qū)域性，不同區(qū)域地質(zhì)條件差別很大，且不同施工企業(yè)管理水平、技術(shù)條件以及設(shè)備等也存在很大差異，因此針對(duì)不同的工程項(xiàng)目，各位專(zhuān)家學(xué)者從安全評(píng)價(jià)系統(tǒng)、風(fēng)險(xiǎn)因素控制等方面著手，對(duì)基坑工程安全評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了深入研究，并取得一定的成效?；庸こ贪踩u(píng)價(jià)方法已經(jīng)從早期的單一因素定性評(píng)價(jià)，發(fā)展到如今多種方法綜合應(yīng)用、多因素綜合半定性半定量評(píng)價(jià)，同時(shí)兼顧主觀性和客觀性評(píng)價(jià)，大大提高了評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性和科學(xué)性。

同時(shí)也要看到：由于基坑工程安全穩(wěn)定性的影響因素較多，且復(fù)雜多變，往往引起事故的并不是單一的因素，而是綜合作用的結(jié)果，這也給基坑安全評(píng)價(jià)方法的研究帶來(lái)一些挑戰(zhàn)。另外由于缺乏統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，不同的研究者往往會(huì)采用不同的評(píng)價(jià)方法，這也會(huì)導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果的不穩(wěn)定性。

安全評(píng)價(jià)的實(shí)施需要技術(shù)人員的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)和科學(xué)的評(píng)價(jià)方法，這對(duì)于提高基坑施工過(guò)程安全水平至關(guān)重要。此外，需要利用專(zhuān)業(yè)的技術(shù)工具和設(shè)備，以及有效的監(jiān)督管理措施，以確?；影踩u(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性和可靠性。

3 基坑安全評(píng)價(jià)方法應(yīng)用實(shí)施流程

基坑安全評(píng)價(jià)的有效實(shí)施，可以減少因基坑施工操作不當(dāng)而引發(fā)的安全事故，確?；邮┕さ陌踩?。根據(jù)安全評(píng)價(jià)的結(jié)果，制定施工安全技術(shù)管理方案，落實(shí)安全管理措施，對(duì)于預(yù)防和減少施工安全事故至關(guān)重要?；影踩u(píng)價(jià)作為安全管理的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其實(shí)施流程包括：

（1）根據(jù)施工計(jì)劃，制定基坑施工安全技術(shù)方案，明確基坑施工安全管理目標(biāo)；

（2）對(duì)基坑工程涉及的管理制度、工具設(shè)備、材料、施工現(xiàn)場(chǎng)、人員等情況進(jìn)行安全檢查，進(jìn)行危險(xiǎn)因素識(shí)別與分析；

（3）研究確定安全評(píng)價(jià)方法，依此建立基坑安全評(píng)價(jià)模型，對(duì)基坑的安全性進(jìn)行評(píng)估；

（4）根據(jù)安全評(píng)價(jià)結(jié)果，制定施工安全管理方案，采取相應(yīng)的預(yù)防措施，確保施工安全。

4 基坑安全評(píng)價(jià)案例分析

某大廈一期項(xiàng)目基坑工程，擬建場(chǎng)地位于昆明市人民西路,目前為停車(chē)場(chǎng)，交通便利，擬建建筑物為酒店商業(yè)建筑，地上21 層，高82.1m，地下一層（含一夾層），上部結(jié)構(gòu)形式為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為樁筏基礎(chǔ)。在風(fēng)險(xiǎn)安全評(píng)價(jià)結(jié)論中對(duì)基坑變形監(jiān)測(cè)監(jiān)控指標(biāo)設(shè)定有針對(duì)性的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，根據(jù)設(shè)計(jì)要求及現(xiàn)場(chǎng)情況，該項(xiàng)目采取支護(hù)頂部水平和豎向位移監(jiān)測(cè)、深層水平位移監(jiān)測(cè)、支撐內(nèi)力監(jiān)測(cè)、錨索應(yīng)力監(jiān)測(cè)、立柱豎向位移監(jiān)測(cè)、地下水位監(jiān)測(cè)及周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)等綜合監(jiān)測(cè)措施，重點(diǎn)加強(qiáng)了地下水位、管線(xiàn)位移、鄰近建筑物位移、裂縫寬度等基坑工程周邊環(huán)境監(jiān)測(cè)報(bào)警。該案例重大危險(xiǎn)源辨識(shí)及分布包括了可能發(fā)生的物體打擊、機(jī)械傷害、高處墜落、坍塌、觸電等緊急情況的應(yīng)急準(zhǔn)備和響應(yīng)，并針對(duì)基坑現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)基坑側(cè)壁漏水、基坑突涌、側(cè)壁位移大、周邊沉降、內(nèi)撐失穩(wěn)、拆撐意外等重大危險(xiǎn)源作出相應(yīng)應(yīng)急準(zhǔn)備及編寫(xiě)應(yīng)急措施。在眾多的安全評(píng)價(jià)方法中，該案例安全評(píng)價(jià)方法主要應(yīng)用了安全檢查表法、預(yù)先危險(xiǎn)性分析、作業(yè)條件危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)法相結(jié)合的方法，因該項(xiàng)目是在市中心施工，重點(diǎn)加強(qiáng)了基坑周邊環(huán)境的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，根據(jù)安全評(píng)估報(bào)告編制了相應(yīng)的應(yīng)急處置預(yù)案。

通過(guò)以上安全評(píng)價(jià)結(jié)果可知，基坑安全評(píng)估報(bào)告的應(yīng)用能夠?qū)κ┕ぶ兄卮笪ｋU(xiǎn)源進(jìn)行識(shí)別，改進(jìn)施工中的不足，對(duì)重點(diǎn)區(qū)域加強(qiáng)監(jiān)控，從而起到事先預(yù)防和降低事故風(fēng)險(xiǎn)的作用。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，基坑工程安全評(píng)價(jià)方法已從早期的單一因素定性評(píng)價(jià)，發(fā)展到如今多種方法綜合應(yīng)用、多因素綜合半定性半定量評(píng)價(jià)，同時(shí)兼顧主觀性和客觀性評(píng)價(jià)，大大提高了評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性和科學(xué)性。

安全評(píng)價(jià)作為基坑工程安全管理的重要手段，為施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防提供重要依據(jù)。通過(guò)對(duì)基坑工程安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析和評(píng)估，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和改進(jìn)施工中存在的不足，預(yù)防事故的發(fā)生或降低事故造成的損失。在基坑安全評(píng)價(jià)方法的運(yùn)用中，需要把握整體情況，綜合考慮各個(gè)因素，提高評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性和科學(xué)性，以確?；影踩胧┑挠行?。