王燁晟, 陳文華, 張文成

(浙江華東工程安全技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310014)

以地下工程為主的城市軌道交通工程為高風(fēng)險(xiǎn)工程。為實(shí)現(xiàn)對(duì)其工程本體及周?chē)h(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確的預(yù)警預(yù)報(bào)，做到有效控制工程風(fēng)險(xiǎn)，減少各類(lèi)事故的發(fā)生，建立安全監(jiān)控指標(biāo)體系非常重要。當(dāng)前，對(duì)于監(jiān)控指標(biāo)體系如何建立，整體框架如何搭建等問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)鮮有研究，主要研究方向集中于對(duì)某項(xiàng)具體指標(biāo)值的確定上：徐中華[1]就周邊環(huán)境條件復(fù)雜基坑工程其變形控制指標(biāo)的制定方法進(jìn)行了探討，提出了基坑環(huán)境保護(hù)等級(jí)概念，并嘗試進(jìn)行了分級(jí)；袁登科[2]根據(jù)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的整理，得出了南京地區(qū)基坑開(kāi)挖過(guò)程中，測(cè)斜方面的一些變化規(guī)律及在確保工程安全和正常施工狀態(tài)下的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)警戒值大小；劉濤[3]選取了具有代表性的30個(gè)地鐵基坑工程的圍護(hù)墻體實(shí)測(cè)變形數(shù)據(jù)，采用數(shù)據(jù)挖掘方法，研究了基坑狀態(tài)、工程風(fēng)險(xiǎn)、施工工況、保護(hù)等級(jí)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合上海地鐵工程實(shí)際提出了一套合理有效的基坑變形警戒值；張瑾[4]基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，建立了基坑安全評(píng)價(jià)等級(jí)和指標(biāo)體系，運(yùn)用模糊綜合評(píng)判方法構(gòu)建了深基坑體系的安全評(píng)價(jià)模型，從而定量地評(píng)價(jià)了基坑本體與周邊環(huán)境的安全狀態(tài)。

綜上所述，目前有關(guān)監(jiān)控指標(biāo)的研究，并未形成分級(jí)指標(biāo)值制定的方法和流程。而當(dāng)前監(jiān)控指標(biāo)值的確定，基本參考各設(shè)計(jì)規(guī)范及設(shè)計(jì)單位所給定值的大小。而各規(guī)范對(duì)于同一個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目所要求的監(jiān)控指標(biāo)值均不盡相同，且對(duì)于同一監(jiān)控對(duì)象，不同規(guī)范中的監(jiān)控等級(jí)要求也不盡相同，導(dǎo)致目前監(jiān)控指標(biāo)制定的隨意性和不合理性的客觀存在。

因此，如能建立一套較準(zhǔn)確反映工程實(shí)際的分級(jí)監(jiān)控指標(biāo)體系框架，并在此框架下開(kāi)展相關(guān)指標(biāo)值的制定工作，是一項(xiàng)較為緊迫且復(fù)雜的工作。本文借鑒上海市《基坑工程施工監(jiān)測(cè)規(guī)程》[5]中綜合本體、環(huán)境、地質(zhì)因素的考慮，并進(jìn)行分級(jí)監(jiān)控的思想，將工程本體的監(jiān)控等級(jí)同自身的安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，周邊環(huán)境保護(hù)等級(jí)，地質(zhì)條件等級(jí)綜合考慮，并從系統(tǒng)性分析角度出發(fā)，嘗試建立地鐵工程分級(jí)監(jiān)控指標(biāo)體系框架。

1 分級(jí)監(jiān)控指標(biāo)體系框架搭建策略

同任何科研或工作一樣，對(duì)象的確定至關(guān)重要，本文研究對(duì)象鎖定為工程及影響范圍內(nèi)的所有監(jiān)控對(duì)象及由他們所組成的系統(tǒng)，其既為監(jiān)控指標(biāo)的載體，也是整個(gè)指標(biāo)體系框架建立的核心。通過(guò)對(duì)監(jiān)控對(duì)象的梳理，探究它們間的影響關(guān)系是研究工作的重點(diǎn)。根據(jù)各對(duì)象的監(jiān)控等級(jí)大小制定出相應(yīng)的分級(jí)監(jiān)控指標(biāo)，并形成體系，是最終目的。

在分級(jí)監(jiān)控指標(biāo)體系框架搭建過(guò)程中的主導(dǎo)思想是：以保護(hù)周邊環(huán)境為中心，同時(shí)保障工程整體安全。具體策略如下：

(1)在變形控制上，通過(guò)監(jiān)控本體變形，達(dá)到控制周邊環(huán)境變形之目的。對(duì)于工程本體，其變形控制的依據(jù)為周邊環(huán)境和工程本體系統(tǒng)的綜合安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)大小，而對(duì)于周邊環(huán)境各監(jiān)控對(duì)象，其變形控制的依據(jù)為自身的保護(hù)等級(jí)大小。

(2)引入分級(jí)監(jiān)控思想：對(duì)于綜合安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)高的站點(diǎn)/區(qū)間，對(duì)本體應(yīng)采取嚴(yán)格的變形控制指標(biāo)；相應(yīng)的，對(duì)于等級(jí)較低的站點(diǎn)/區(qū)間采取相對(duì)松的變形控制指標(biāo)，做到監(jiān)控的有效性、經(jīng)濟(jì)性相結(jié)合。

(3)針對(duì)重要建筑、管線、道路、橋梁、地下建(構(gòu))筑物等，需進(jìn)行直接監(jiān)控，通過(guò)第一手監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反映其安全狀況。它們的監(jiān)控等級(jí)，應(yīng)依據(jù)自身的重要性等級(jí)、健全度等級(jí)等自身要素確定的保護(hù)等級(jí)進(jìn)行制定。

2 監(jiān)控對(duì)象間安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)影響關(guān)系

當(dāng)前大部分規(guī)范在指標(biāo)制定過(guò)程中，對(duì)于工程本體安全等級(jí)分級(jí)，均考慮了影響范圍內(nèi)的周邊環(huán)境及其同周邊環(huán)境的空間位置關(guān)系進(jìn)行確定。但問(wèn)題在于：周邊環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的提高會(huì)導(dǎo)致本體安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的提高，而本體的安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)提高又將導(dǎo)致周邊環(huán)境監(jiān)控對(duì)象安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)提高，如此，周邊環(huán)境安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)同工程本體的安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)相關(guān)聯(lián)，以至于無(wú)法確分出每個(gè)監(jiān)控對(duì)象的安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)大小。若力求建立一套適合所有對(duì)象的分級(jí)監(jiān)控指標(biāo)體系那么此問(wèn)題不可回避。

考慮到在工程實(shí)施過(guò)程中，本體是主動(dòng)因素，而周邊環(huán)境是受影響因素，那么各環(huán)境監(jiān)控對(duì)象的安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的外部影響要素應(yīng)包括：其距離工程本體遠(yuǎn)近程度、本體安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)大小、地質(zhì)條件復(fù)雜程度。而對(duì)于本體的安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，無(wú)論實(shí)施過(guò)程中的周邊環(huán)境如何復(fù)雜，相對(duì)于工程施工這段時(shí)間來(lái)說(shuō)幾乎靜止，因此環(huán)境對(duì)象對(duì)本體影響可不作考慮，而環(huán)境對(duì)象對(duì)本體的影響，實(shí)際上只體現(xiàn)在對(duì)其變形控制要求上。因此，通過(guò)工程綜合安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)加以考慮即可(即將工程本體同周邊環(huán)境各的自安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)綜合后加以考慮)。

綜上所述，各監(jiān)控對(duì)象間的影響關(guān)系及安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)關(guān)系及確定思路見(jiàn)圖1。

結(jié)合圖1分析，無(wú)論是本體還是周邊環(huán)境，影響其安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的要素都包含自身和外部?jī)煞矫?。?duì)于工程本體，其自身要素包含：自身的重要性等級(jí)、開(kāi)挖深度、自身結(jié)構(gòu)形式、所采用的施工工藝等方面，外部影響要素為地質(zhì)條件。對(duì)于周邊環(huán)境對(duì)象，包含建(構(gòu))筑物、管線、道路、橋梁等方面。其自身要素各有不同，但外部影響要素基本相同，主要包括：地質(zhì)條件、與本體的接近程度、本體的安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)三個(gè)方面。對(duì)于內(nèi)部要素，建筑物一般包括：重要性等級(jí)、健全度等級(jí)、其基礎(chǔ)形式、其結(jié)構(gòu)形式、建筑物高度等方面。管線一般包括：服務(wù)年限、重要性等級(jí)、管線直徑、管線接口形式、管材種類(lèi)等方面。道路一般包括：重要性等級(jí)、路面結(jié)構(gòu)類(lèi)型、道路設(shè)計(jì)荷載等方面。橋梁一般包括：橋梁?jiǎn)慰卓鐝?、重要性等?jí)、橋梁的結(jié)構(gòu)形式等方面。

圖1 監(jiān)控對(duì)象間安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)影響關(guān)系

3 監(jiān)控對(duì)象等級(jí)確立流程與方法

3.1 監(jiān)控對(duì)象的確定方法

本文中監(jiān)控對(duì)象的確定方法為：針對(duì)于某個(gè)基坑或隧道工程，首先將本體作為一監(jiān)控對(duì)象，然后將其影響范圍內(nèi)所有的建(構(gòu))筑物、管線、道路、橋梁等各實(shí)體均作為環(huán)境監(jiān)控對(duì)象。

3.2 監(jiān)控對(duì)象安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、監(jiān)控等級(jí)評(píng)定方法和流程

監(jiān)控對(duì)象的安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)判是典型的多指標(biāo)、多屬性問(wèn)題，應(yīng)用系統(tǒng)工程學(xué)中的層次分析法進(jìn)行分析十分有效。通過(guò)分析，確定影響安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的各個(gè)要素后，可建立工程綜合安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、監(jiān)控等級(jí)評(píng)估框架和流程(圖2)。

圖2 安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、監(jiān)控等級(jí)總體評(píng)定框架及流程

3.2.1各監(jiān)控對(duì)象安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定方法

(1)工程本體

工程本體安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分級(jí)的重點(diǎn)考慮因素為基坑深度、暗挖結(jié)構(gòu)層數(shù)、跨度、斷面形式、覆土厚度、開(kāi)挖方法等?；庸こ讨饕缘叵陆Y(jié)構(gòu)的層數(shù)及深度為基本分級(jí)依據(jù)；隧道工程主要以隧道的空間狀態(tài)(如兩隧道之間的位置關(guān)系、覆土厚度、平面半徑等)。

經(jīng)調(diào)研，對(duì)于地下工程自身安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分級(jí)，《城市軌道交通地下工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理規(guī)范》(GB 50652-2011)在第7.3.3條中有相關(guān)說(shuō)明(見(jiàn)表1、表2)。

表1 不同施工方法中地下工程自身的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

表2 不同施工方法中地下工程自身的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

(2)周邊環(huán)境監(jiān)控對(duì)象

經(jīng)調(diào)研，尚無(wú)規(guī)范或規(guī)程對(duì)環(huán)境監(jiān)控對(duì)象的安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)制定分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)此，可引入模糊層次分析方法開(kāi)展等級(jí)評(píng)判工作，其目標(biāo)層為周邊環(huán)境綜合安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，其中間層也即準(zhǔn)則層，包含：建筑、管線、道路、橋梁等方面，進(jìn)而為次準(zhǔn)則層，包含了評(píng)定建筑物、管線等對(duì)象等級(jí)的各要素組成，最后是方案層，包括了評(píng)定各要素的可供選擇的方案、標(biāo)準(zhǔn)。綜上，其安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)可通過(guò)三個(gè)模糊評(píng)判層次分析并結(jié)合一次矩陣運(yùn)算即可得到。

a. 第一層次：影響要素等級(jí)模糊評(píng)價(jià)方案層，可采用專(zhuān)家結(jié)合參考評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)打分法進(jìn)行，打分取值范圍：(0～1)。分?jǐn)?shù)越高表示此項(xiàng)因素對(duì)評(píng)估對(duì)象所產(chǎn)生安全風(fēng)險(xiǎn)越高。

c. 第三層次：準(zhǔn)則層，即組成各環(huán)境監(jiān)控對(duì)象的等級(jí)，可通過(guò)以下模型進(jìn)行評(píng)判。

d. 評(píng)判模型[7～11]：結(jié)合圖2，被評(píng)價(jià)監(jiān)控對(duì)象安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)主要包含：兩大類(lèi)要素，并分為4個(gè)等級(jí)，可得到因素論域?yàn)椋?/p>

U={u1，u2}

(1)

式中：u1表示自身要素因子，u2表示外部影響要素因子。

評(píng)判集等級(jí)論域?yàn)椋?/p>

V={v1，v2，v3，v4}={Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ}

(2)

相應(yīng)的模糊子集為：

(3)

從而組成的模糊矩陣為：

(4)

式中：uij為第i項(xiàng)因素指標(biāo)對(duì)第j等級(jí)的隸屬度，根據(jù)第(1)部分專(zhuān)家打分結(jié)果，同時(shí)結(jié)合梯形等級(jí)隸屬度函數(shù)Ui進(jìn)行模糊評(píng)判得到。

(5)

(6)

(7)

(8)

此外，為使評(píng)價(jià)更據(jù)可靠性，筆者設(shè)計(jì)了一個(gè)評(píng)分表(表3)，由現(xiàn)場(chǎng)各參建單位，產(chǎn)權(quán)單位出專(zhuān)家共同打分評(píng)定，由編制單位最終確定出某監(jiān)控對(duì)象評(píng)分結(jié)果。

表3 監(jiān)控對(duì)象評(píng)級(jí)

3.2.2環(huán)境監(jiān)控對(duì)象保護(hù)等級(jí)評(píng)定方法和流程

對(duì)環(huán)境監(jiān)控對(duì)象保護(hù)等級(jí)的評(píng)定，基本同安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定方法及流程，只是參評(píng)要素減少為自身要素，因?yàn)楸Ｗo(hù)等級(jí)只與自身影響要素相關(guān)聯(lián)。同樣可分為特級(jí)、一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)四個(gè)級(jí)別。評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)為：特級(jí)：重要性、風(fēng)險(xiǎn)性很高需重點(diǎn)監(jiān)控保護(hù)；一級(jí)：重要性、風(fēng)險(xiǎn)性較高需重點(diǎn)監(jiān)控保護(hù)；二級(jí)：重要性、風(fēng)險(xiǎn)性一般需常規(guī)監(jiān)控保護(hù)；三級(jí)：重要性、風(fēng)險(xiǎn)性較小，只需一般監(jiān)控。

3.3 工程本體監(jiān)控等級(jí)評(píng)定方法和流程

同樣結(jié)合圖2分析，工程本體監(jiān)控等級(jí)需通過(guò)5個(gè)模糊評(píng)判層次分析得到。

(1) 第一層次：周邊環(huán)境監(jiān)控對(duì)象影響要素等級(jí)模糊評(píng)價(jià)方案層；

(2) 第二層次：周邊環(huán)境各監(jiān)控對(duì)象安全風(fēng)險(xiǎn)影響要素評(píng)判層(次準(zhǔn)則層)；

(3) 第三層次：周邊環(huán)境監(jiān)控對(duì)象安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)判層(準(zhǔn)則層)；

(4) 第四層次：周邊環(huán)境綜合安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、工程本體綜合安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)判層(次目標(biāo)層)；

(5) 第五層次：工程綜合安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)判層(也即工程本體監(jiān)控等級(jí)評(píng)判層)(目標(biāo)層)。依次通過(guò)權(quán)重分析[6]和監(jiān)控對(duì)象評(píng)級(jí)表(表3)，最終確定工程本體監(jiān)控等級(jí)大小。

4 總體分級(jí)監(jiān)控指標(biāo)體系框架

綜上，可確定出所有對(duì)象的等級(jí)分級(jí)結(jié)果，在此條件下，即可開(kāi)展有針對(duì)性、有重點(diǎn)的分級(jí)監(jiān)控工作。具體的分級(jí)監(jiān)控指標(biāo)體系框架如圖3。

圖3 分級(jí)監(jiān)控指標(biāo)體系整體框架

5 實(shí)例分析

以某個(gè)位于市中心地段的地鐵站為例進(jìn)行分析，該車(chē)站基坑深度約為18.3 m；車(chē)站端頭井段基坑寬度為22.7 m，深度為19.8 m；外掛段基坑寬度19.8 m，基坑深度18.3 m。

首先，據(jù)工程概述，此基坑開(kāi)挖深度為18.3～22.7 m，地質(zhì)條件復(fù)雜程度中等，并無(wú)采用新技術(shù)、新工藝，依據(jù)本文表2中相關(guān)規(guī)定，將此基坑自身安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定為Ⅱ級(jí)。周邊環(huán)境等級(jí)評(píng)定以某一建筑物為例進(jìn)行簡(jiǎn)要分析(表4)。

表4 周邊建筑物等級(jí)評(píng)定

據(jù)表4評(píng)估結(jié)果：此基坑周邊某一建筑物安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅰ級(jí)，則周邊環(huán)境綜合安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)可定為Ⅰ級(jí)(實(shí)際操作中可根據(jù)就高原則進(jìn)行快速確定，即以某一環(huán)境監(jiān)控對(duì)象的最高等級(jí)為綜合安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí))，基坑本體安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅱ級(jí)，故此工程本體的監(jiān)控等級(jí)同樣可根據(jù)就高原則定為特級(jí)，或按照3.3部分層次分析法進(jìn)行分析確定。

6 結(jié) 語(yǔ)

(1)通過(guò)對(duì)監(jiān)控對(duì)象間的相互影響關(guān)系研究，明確了安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)制定思路。

(2)通過(guò)對(duì)影響各監(jiān)控對(duì)象安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及保護(hù)等級(jí)的自身影響要素、外部影響要素的剖析，確定了針對(duì)某周邊環(huán)境監(jiān)控對(duì)象的安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)、保護(hù)等級(jí)的評(píng)定方法和流程。

(3)確定了工程本體總體監(jiān)控等級(jí)的制定方法流程。

(4)依據(jù)監(jiān)控等級(jí)分級(jí)結(jié)果，建立了相應(yīng)的分級(jí)監(jiān)控指標(biāo)體系框架。

[1] 徐中華, 王衛(wèi)東. 深基坑變形控制指標(biāo)研究[J].地下空間與工程學(xué)報(bào), 2010,6(3): 619-626.

[2] 袁登科, 劉國(guó)彬. 南京地區(qū)深基坑測(cè)斜警戒值的探討[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2009,32(10): 1566-1570.

[3] 劉 濤. 基于數(shù)據(jù)挖掘的基坑工程安全評(píng)估與變形預(yù)測(cè)研究[D].上海: 同濟(jì)大學(xué), 2007.

[4] 張 瑾. 基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的深基坑施工安全評(píng)估研究[D].上海: 同濟(jì)大學(xué), 2008.

[5] 上海巖土工程勘察設(shè)計(jì)研究院有限公司. DG/TJ 08-2001-2006《基坑工程施工監(jiān)測(cè)規(guī)程》[S]. 上海:上海標(biāo)準(zhǔn)辦公室, 2006.

[6] 張吉軍. 模糊層次分析法(FAHP)[J]. 模糊系統(tǒng)與數(shù)學(xué), 2000, 14(2):80-88.

[7] 陳守煜. 模糊最優(yōu)歸類(lèi)理論模型及其在圍巖穩(wěn)定性分類(lèi)與場(chǎng)地土類(lèi)別評(píng)定中的應(yīng)用[J]. 水利學(xué)報(bào),1993,(12):26-36.

[8] 王元漢, 李臥東, 李啟光，等. 巖爆預(yù)測(cè)的模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判方法[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 1998,17(5):493-501.

[9] 劉端伶, 譚國(guó)煥, 李啟光，等. 巖石邊坡穩(wěn)定性和Fuzzy綜合評(píng)判法[J]. 巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào), 1999,18(2):170-175.

[10] 鄭明新, 殷宗澤, 吳繼敏，等. 滑坡防治工程效果的模糊綜合后評(píng)價(jià)研究[J]. 巖土工程學(xué)報(bào), 2006, 28(10):1224-1229.

[11] 張淑娜, 孫 韌. 模糊數(shù)學(xué)法在環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)中的應(yīng)用—以天津?yàn)I海新區(qū)為例[J]. 環(huán)境科學(xué)與管理, 2006, 31(2): 141-142.