陳 燾 周順華 宮全美

（同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，201804，上海∥第一作者，碩士研究生）

近年來隨著巖土工程勘察、設(shè)計、施工、監(jiān)測、監(jiān)理和管理水平的不斷提高，對于一般基坑工程發(fā)生事故的頻率已經(jīng)較從前有了很大程度的下降。然而，隨著城市地下空間的發(fā)展，城市當(dāng)中出現(xiàn)了大型商場、地下綜合體、交通樞紐等不同類型的基坑工程。當(dāng)這些類型的基坑工程受到建筑（構(gòu)）物型式、周邊地塊同期開發(fā)，以及多種構(gòu)筑物共同體的建設(shè)等影響，或?yàn)榱藵M足購物、換乘、接駁等使用功能要求而采取一體化施工時，就導(dǎo)致了寬大異形坑聯(lián)坑、坑中坑等組合式基坑群工程的出現(xiàn)。這類基坑工程的出現(xiàn)，除了對其支護(hù)結(jié)構(gòu)、排水降壓以及開挖時空效應(yīng)的設(shè)計有較高的要求，同時也大大增加了多重組合式基坑施工風(fēng)險及對周邊環(huán)境保護(hù)的難度。所以，需要采用合理的風(fēng)險評估方法對此類基坑工程的風(fēng)險進(jìn)行評估，制定相對應(yīng)的風(fēng)險控制措施，才能有針對性地控制工程建設(shè)的風(fēng)險，從而保證工程的順利完成。

國際上對風(fēng)險的分析已有多年的歷史，各國都已取得豐富的經(jīng)驗(yàn)。對于基坑施工，常用的風(fēng)險評估方法有專家調(diào)查打分法、模糊綜合評判法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、事故樹法、蒙特卡羅模擬法和層次分析法等。目前的風(fēng)險評估方法還無法將己有的研究成果整合到現(xiàn)有的研究中，即歷史的經(jīng)驗(yàn)積累并沒有很好地得以利用，對不確定性因素也無法準(zhǔn)確考慮。

本文針對以上海自然博物館基坑為主的多重組合式基坑群工程特點(diǎn)，結(jié)合該工程的特殊地理位置、工程地質(zhì)水文以及多重組合式基坑群施工技術(shù)特點(diǎn)等，吸取國內(nèi)外類似工程的事故教訓(xùn)，采用專家調(diào)查法和層次分析（AHP）法識別該工程中可能存在的風(fēng)險，確定風(fēng)險的等級，采取合適的控制策略，以有效控制和管理風(fēng)險。本文的研究可供上海市后續(xù)的多重組合式基坑開挖工程乃至全國在類似地質(zhì)條件下的基坑施工中的風(fēng)險識別、風(fēng)險評價和風(fēng)險管理作參考。

1 工程概況

以自然博物館基坑為主的多重組合式基坑群位于上海市靜安區(qū)，在擬建的場地內(nèi)，存在著與自然博物館基坑同期施工的上海軌道交通13號線基坑、雕塑公園基坑及60號地塊基坑等8個基坑，其平面布置見圖1。

圖1 上海自然博物館多重組合式基坑位置平面示意圖

1.1 工程地質(zhì)概況

據(jù)勘察資料，本場地100m深度范圍內(nèi)，地基土屬第四紀(jì)上更新世Q3至全新世Q4沉積物，主要由飽和黏性土、粉性土及砂土組成。按其沉積年代、成因類型及其物理力學(xué)性質(zhì)的差異，可劃分為9個主要土層。其中：第②、③、④、⑤層土為Q4沉積物；第⑥、⑦、⑧、⑨層土為Q3沉積物；第①、⑦、⑧、⑨層根據(jù)土性及成因不同，可分別劃分為若干亞層，均屬濱海平原相沉積物，但沉積環(huán)境較為復(fù)雜，受沉積環(huán)境及海進(jìn)、海退、海陸交互作用影響，土層的分布有一定變化。

1.2 水文地質(zhì)概況

本工程地基土主要由飽和黏性土、粉性土及砂土組成，各基坑坑底均位于⑤層粉質(zhì)黏土層。第⑦層砂質(zhì)粉土為第一承壓水含水層，其承壓水層頂埋深一般為29.5～32.4m，承壓水水頭高度為地面以下6.93～8.00m。

2 多重組合式基坑群特點(diǎn)

多重組合式基坑群一般由多個基坑彼此相互聯(lián)接、相互嵌套而形成的。對于此類基坑工程的施工，除了考慮各個單一基坑所具有的風(fēng)險之外，還應(yīng)考慮各基坑之間相互影響所造成的施工風(fēng)險。

以上海自然博物館基坑為主的組合式基坑群的開挖面積大且形狀異形，上海軌道交通13號線區(qū)間基坑南北貫穿于自然博物館大基坑，形成坑中坑式基坑，導(dǎo)致了該基坑開挖深度深。其中，大基坑的開挖深度為17.3m，13號線明挖區(qū)間開挖深度達(dá)到了25 m；緊鄰的自然博物館車站基坑和雕塑公園管理用房基坑開挖深度分別為24m和10.3m。

由于組合式基坑群開挖深度深，故其施工時受到承壓水的影響較大。根據(jù)本工程地質(zhì)報告及抽水試驗(yàn)報告，第⑦層承壓水頭埋深為6m多，對本工程基坑開挖有很大影響。同時，由于多個基坑彼此相連，各基坑地下連續(xù)墻長短不一，隔斷承壓水效果不同，基坑地下水之間存在著水平繞流與豎直繞流等復(fù)雜的水力聯(lián)系，基坑之間降承壓水的相互影響較大。

組合式基坑群中各基坑的開挖深度不同，故形成不同形式的圍護(hù)結(jié)構(gòu)、支撐體系。其中上海軌道交通13號線自然博物館站的山海關(guān)路部分的兩個外掛坑，其部分采用了攪拌樁加鉆孔灌注樁組合形式，其余各基坑均為地下連續(xù)墻圍護(hù)形式。受基坑平面形狀限制，地下連續(xù)墻除正常轉(zhuǎn)角幅外，還存在C字型、Y字型、T字型地下連續(xù)墻，這就增加了地下連續(xù)墻變形控制的難度。

上海自然博物館工程位于市中心城區(qū)，周邊環(huán)境極其復(fù)雜，環(huán)境保護(hù)等級要求高。尤其是自然博物館基坑的西側(cè)，有著數(shù)棟居民樓及上海市育才中學(xué)教學(xué)樓，這些建筑物距離基坑最近的僅10m。除此之外，周邊眾多地下管線制約著基坑的開挖。

如上所述，上海自然博物館基坑屬深大異型基坑，且為坑聯(lián)坑、坑中坑組合式的基坑，存在著坑中坑開挖、共坑開挖和共墻開挖情況。這就給基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計、承壓水控制、施工安全和變形控制等帶來了嚴(yán)重的考驗(yàn)，增加了施工期支護(hù)及環(huán)境保護(hù)的難度。

3 風(fēng)險源辨識

風(fēng)險源辨識（hazard identification）是發(fā)現(xiàn)、識別系統(tǒng)中存在危險源的工作，是風(fēng)險分析的基礎(chǔ)，也是工程全部風(fēng)險管理工作中最為重要的一項(xiàng)內(nèi)容。

以上海自然博物館為主的組合式基坑群工程建設(shè)的規(guī)模龐大、綜合性強(qiáng)，且風(fēng)險源又是“潛在的”不安全因素，有一定的隱蔽性，故危險的辨識工作是一項(xiàng)既重要又困難的任務(wù)。

本文采用工作分解結(jié)構(gòu)（Work Breakdown Structure，簡為WBS）與故障樹識別相結(jié)合的方法對該基坑群工程進(jìn)行分解，從基坑降水、支護(hù)結(jié)構(gòu)施工以及基坑開挖施工三個工序研究該基坑群施工期間的風(fēng)險因素。

1）基坑降水（A1）：本基坑群中各基坑的形狀各異，開挖深度有所不同，圍護(hù)結(jié)構(gòu)深淺不一，降承壓水時的滲流、繞流等現(xiàn)象可能會導(dǎo)致相鄰區(qū)域或相鄰基坑承壓水水頭的相互影響（B1）；坑中坑情況下的小坑在大坑基礎(chǔ)上的落深開挖會使基底殘余應(yīng)力降低，增加了突涌風(fēng)險（B2）；由于施工時間節(jié)點(diǎn)的安排，當(dāng)60號地塊基坑進(jìn)行承壓水降壓時，自然博物館基坑已處于主體結(jié)構(gòu)的施工期，相鄰基坑的降水同時也增加了自然博物館主體結(jié)構(gòu)施工的風(fēng)險（B3）；基坑西側(cè)48 m深的地下連續(xù)墻由于施工的原因，未能將本應(yīng)隔斷的承壓水層較好地隔斷，導(dǎo)致降水過程中造成西側(cè)地表及建筑物的沉降過大（B4）；除此之外，若場地上地勘孔的封堵效果不理想，易導(dǎo)致第⑨層承壓水層與第⑦層承壓水層連通，因而加大了施工的風(fēng)險（B5）。

2）支護(hù)結(jié)構(gòu)施工（A2）：受基坑群平面形狀限制，地下連續(xù)墻除正常轉(zhuǎn)角幅外，還存在C字型、Y字型、T字型等地下連續(xù)墻，施工時容易因操作不當(dāng)導(dǎo)致地下連續(xù)墻接縫的開裂或夾泥（B6）；當(dāng)自然博物館基坑分層開挖時，上海軌道交通13號線區(qū)間基坑的地下連續(xù)墻需要分層鑿除，坑內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的鑿除，容易使地基土產(chǎn)生較大的振動，使得土體的穩(wěn)定性下降（B7）；13號線區(qū)間基坑的開挖，增大了自然博物館基坑地下連續(xù)墻變形過大的風(fēng)險（B8）；格構(gòu)柱傾斜過大，增大了支撐體系失穩(wěn)的風(fēng)險（B9）；施工機(jī)械碰傷支護(hù)結(jié)構(gòu)的混凝土支撐，造成支撐應(yīng)力集中（B10）。

3）基坑開挖（A3）：由于基坑深大異形，采取分層分塊開挖的順序，故分塊開挖的順序合理性、相鄰基坑的開挖施作，都將增大基坑的施工風(fēng)險（B11）；基坑群的開挖面積大，受外界因素的影響，土體暴露的時間長，易造成坑底隆起過大等風(fēng)險（B12）；基坑分層開挖中超挖，使得支撐體系的實(shí)際標(biāo)高低于設(shè)計標(biāo)高（B13）；土體的穩(wěn)定性下降或坡頂堆載，造成坑內(nèi)土體的滑坡（B14）。

4 風(fēng)險評估

本文綜合了專家調(diào)查法和AHP法，將兩種常用的風(fēng)險分析方法結(jié)合起來。首先，通過專家調(diào)查表的方式向與該項(xiàng)目有關(guān)的業(yè)主單位、設(shè)計單位、施工單位和監(jiān)理單位等相關(guān)人員進(jìn)行風(fēng)險調(diào)查，以便確定每類風(fēng)險事件中底層事件發(fā)生概率P及影響后果C的等級（P估值確定方法如表1所示，C估值確定方法如表2所示），使得基坑群中某些模糊的不確定的風(fēng)險因素有了較為準(zhǔn)確的確定回答；其次，利用所回收的專家調(diào)查表，采用層次分析法對各風(fēng)險事件層中的子風(fēng)險因素的重要性進(jìn)行計算，分析研究基坑群施工過程中可能會遇到的風(fēng)險事件，并制定相應(yīng)的風(fēng)險控制措施。

表1 風(fēng)險事件發(fā)生概率P的等級

表2 風(fēng)險事件影響后果C的等級

4.1 權(quán)重的確定

對于組合式基坑中各底層風(fēng)險因素權(quán)重的確定采用AHP法。該方法是把同級各個因子兩兩相互比較（包括因子自身比較），按比較重要性大小在一個九標(biāo)度表（如表3所示）中進(jìn)行仿數(shù)量化；各因子數(shù)量值構(gòu)成一個“構(gòu)造判斷矩陣”，該矩陣在一致性檢驗(yàn)后，其最大特征值對應(yīng)的向量為對應(yīng)各因子的權(quán)重向量。

表3 九標(biāo)度各因子重要性大小仿數(shù)量化比較表

通過計算，可得到風(fēng)險事件的權(quán)重向量ω。

群坑降水施工時ω1＝［B1B2B3B4B5］＝［0.10 0.17 0.12 0.25 0.36］；

支護(hù)結(jié)構(gòu)施工時ω2＝［B6B7B8B9B10］＝［0.18 0.15 0.10 0.34 0.23］；

土方開挖施工時ω3＝［B11B12B13B14］＝［0.18 0.27 0.43 0.12］；

各工序?qū)拥臋?quán)重W＝［A1A2A3］＝［0.32 0.14 0.54］。

4.2 風(fēng)險計算

底層風(fēng)險事件的風(fēng)險值R計算可采用R＝C＋P－C×P。風(fēng)險事件的權(quán)重可采用層次分析法計算，最后將權(quán)重與風(fēng)險值進(jìn)行綜合計算得到隸屬的某一工序的風(fēng)險值。以此類推，向上逐層計算，最后可得到降水施工、支護(hù)結(jié)構(gòu)施工以及基坑開挖施工這三種工序的風(fēng)險值；根據(jù)計算的風(fēng)險值并對照表2可得到某一工序或風(fēng)險事件的風(fēng)險等級。

將收回的專家調(diào)查表進(jìn)行整理，由于篇幅所限，現(xiàn)只列出頂層風(fēng)險事件A1的調(diào)查結(jié)果表（如表4所示）。利用上述的風(fēng)險值R的計算公式，可分別得出降水、支護(hù)及開挖三工況的底層事件風(fēng)險值向量b1、b2、b3，具體如下：

1）群坑降水施工，b1＝［B1B2B3B4B5］T＝［0.44 0.68 0.52 0.58 0.70］T；

2）支護(hù)結(jié)構(gòu)施工，b2＝［B6B7B8B9B10］T＝［0.44 0.52 0.55 0.64 0.44］T；

3）土方開挖施工，b3＝［B11B12B13B14］T＝［0.44 0.60 0.72 0.51］T。

根據(jù)所求的的權(quán)重向量和風(fēng)險向量，便可分別計算得到組合式基坑群施工中的三個施工工況的風(fēng)險值R1、R2、R3：

1）群坑降水施工風(fēng)險值R1＝ω1×b1＝0.619；

2）支護(hù)結(jié)構(gòu)施工風(fēng)險值R2＝ω2×b2＝0.529；

3）土方開挖施工風(fēng)險值R3＝ω3×b3＝0.612；

即，各工序施工的風(fēng)險向量值B＝［0.619 0.529 0.612］，則該組合式基坑群的施工風(fēng)險值R＝W×B＝0.610

表4 底層事件各指標(biāo)的專家評價值

根據(jù)計算的結(jié)果，對照表2可知，該基坑群施工屬于4級風(fēng)險，施工風(fēng)險造成的后果很嚴(yán)重，故應(yīng)采取相對應(yīng)的風(fēng)險控制措施。對于群坑的承壓水施工風(fēng)險，屬于四級風(fēng)險，其中上海軌道交通13號線區(qū)間基坑的落深開挖導(dǎo)致承壓水突涌與勘察孔封堵效果不好、導(dǎo)致第⑦層承壓水和第⑨層承壓水貫通這兩事件的風(fēng)險值較大。故在群坑降水施工前，有必要進(jìn)行相應(yīng)降水試驗(yàn)，從而制定合理的群坑降水方案。群坑降水施工各事件的風(fēng)險大小如圖2所示。

圖2 群坑降水施工風(fēng)險值圖

支護(hù)結(jié)構(gòu)施工風(fēng)險屬于三級風(fēng)險，其中格構(gòu)柱傾斜對支護(hù)體系的穩(wěn)定性影響這一事件的風(fēng)險值較高，所以在基坑開挖過程中要對基坑中傾斜的格構(gòu)柱采取必要的加固措施。支護(hù)結(jié)構(gòu)施工各事件的風(fēng)險值如圖3所示。

圖3 支護(hù)結(jié)構(gòu)施工風(fēng)險值圖

群坑開挖施工的風(fēng)險屬于四級風(fēng)險，也應(yīng)引起相關(guān)人員的高度重視。其中基坑的超挖事件的風(fēng)險值最大，施工人員應(yīng)嚴(yán)格按圖紙施工，其群坑開挖施工各事件的風(fēng)險值大小如圖4所示。

圖4 群坑開挖施工風(fēng)險值圖

5 結(jié)語

本文以上海自然博物館基坑為主的組合式基坑群為例，對基坑群進(jìn)行了風(fēng)險的識別與風(fēng)險的評估，并以此建立相對的風(fēng)險控制措施，主要結(jié)論如下：

1）在對基坑群施工進(jìn)行風(fēng)險識別時，不僅要考慮單一基坑的施工風(fēng)險，還應(yīng)考慮各基坑之間相互影響所造成的施工風(fēng)險。故組合式基坑群的風(fēng)險辨識工作是一項(xiàng)既重要又困難的工作。

2）采用了專家調(diào)查法和AHP法兩種方法對該基坑群的風(fēng)險因素進(jìn)行了評估，得出了該基坑群的施工風(fēng)險因素為四級風(fēng)險。風(fēng)險所產(chǎn)生的后果對施工工期、施工費(fèi)用以及人員安全都有較大的影響。在基坑施工前，應(yīng)對各項(xiàng)事件制定相應(yīng)的風(fēng)險控制措施。

3）對群坑施工的風(fēng)險分析，國內(nèi)的研究仍處于起始階段。為了避免基坑群施工所造成的風(fēng)險，一方面要做好調(diào)查統(tǒng)計和風(fēng)險評估等工作，另一方面要重視施工現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，以信息化來指導(dǎo)施工，這樣才能更好地避免施工所帶來的風(fēng)險。

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