張永福，魏艷超，李松延

(上海建科工程咨詢有限公司， 上海 200032)

風(fēng)險(xiǎn)管理

軌道交通大斷面地下暗挖工程施工風(fēng)險(xiǎn)分析與控制

張永福，魏艷超，李松延

(上海建科工程咨詢有限公司， 上海 200032)

摘 要：以青島地鐵1期工程3號線君峰路站為例，采用基于層次分析法(AHP)與專家打分法的綜合集成風(fēng)險(xiǎn)評估法，對車站施工全過程的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行分析，并針對重大風(fēng)險(xiǎn)源提出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施。

關(guān)鍵詞：軌道交通；暗挖工程；層次分析法；風(fēng)險(xiǎn)分析；風(fēng)險(xiǎn)控制

0 引 言

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國城市化進(jìn)程不斷加快，人口逐漸向城鎮(zhèn)集中。人口的急劇增加對城市交通系統(tǒng)的壓力日益增大，人民群眾對城市交通系統(tǒng)改造的呼聲越來越高。發(fā)達(dá)國家大城市發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)說明，地下空間與上部空間的協(xié)調(diào)發(fā)展，充分利用地下空間，是城市交通系統(tǒng)改造的最有效的途徑。地鐵的建設(shè)將是我國 21 世紀(jì)城市地下空間開發(fā)的重點(diǎn)。

地鐵隧道一般都處于城市中心交通繁忙、環(huán)境復(fù)雜的地段，具有其獨(dú)特的不確定性與復(fù)雜性。地鐵工程從規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建設(shè)到竣工運(yùn)營每一階段的風(fēng)險(xiǎn)都會引起巨大的損失。為規(guī)范地鐵工程建設(shè)的風(fēng)險(xiǎn)管理、有效控制工程建設(shè)的風(fēng)險(xiǎn)、減少各類風(fēng)險(xiǎn)事故的發(fā)生，對地鐵隧道施工過程中的各類風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效評估，以控制和規(guī)避各種風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，顯得尤為重要。筆者以青島地鐵 1 期工程 3 號線君峰路站為例，簡單介紹地鐵隧道建設(shè)中常用的風(fēng)險(xiǎn)分析方法，詳細(xì)分析本站可能發(fā)生的各種風(fēng)險(xiǎn)，并針對其重大風(fēng)險(xiǎn)源給出具體的風(fēng)險(xiǎn)控制措施。

1 工程概況

青島地鐵 1 期工程 3 號線君峰路站位于京口路與君峰路的交匯處，沿京口路布置，呈西北—東南走向。車站兩端地形東高西低，沿線建筑多為多層建筑；站址范圍內(nèi)地質(zhì)條件較好，巖面較高。京口路南側(cè)有埋深 4.075 m 的 6 孔電信管、埋深 4.875 m 的 300 mm 污水管和埋深 4.57 m 的 800 mm 雨水管，其余管線埋深較淺。

車站地貌為侵蝕堆積一級階地、剝蝕堆積緩坡；第四系不發(fā)育，局部可見基巖裸露。地貌成因類型為剝蝕殘丘，圍巖級別 III 級～I(xiàn)V 級；場區(qū)內(nèi)表覆第四系全新統(tǒng)人工堆積層素填土，下伏燕山晚期粗?；◢弾r，局部穿插有煌斑巖等脈巖。場區(qū)的地下水主要為風(fēng)化裂隙水和構(gòu)造裂隙水。

車站為地下二層島式車站，采用馬蹄形單拱雙層復(fù)合式襯砌斷面；共設(shè) 4 個出入口通道，除敞口段采用明挖法施工，其他段均采用暗挖法施工；設(shè)置 3 組風(fēng)亭，2 號風(fēng)井作為暗挖車站施工豎井，對應(yīng)風(fēng)道作為施工通道。

2 號風(fēng)井為矩形斷面，采用臺階法施工。風(fēng)井支護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，采用臺階法施工風(fēng)道。隧道主洞采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖施工，采用復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)形式。

2 風(fēng)險(xiǎn)評估

本文采用基于層次分析法(AHP)與專家打分法的綜合集成風(fēng)險(xiǎn)評估法。專家打分法與層次分析法相結(jié)合的綜合評估方法是一種定性與定量相結(jié)合的綜合集成方法。首先它通過一定數(shù)量的專家對層次分析法模型中底層風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生可能性以及發(fā)生后后果非效用值進(jìn)行評分，再結(jié)合層次分析法中各層次風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重的計(jì)算，計(jì)算出各層次風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)，作為衡量風(fēng)險(xiǎn)因素風(fēng)險(xiǎn)水平的最終指標(biāo)，進(jìn)而根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級的評定標(biāo)準(zhǔn)來判斷各風(fēng)險(xiǎn)因素的風(fēng)險(xiǎn)等級。

2.1 風(fēng)險(xiǎn)評估模型

地鐵工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評估模型的確定是在工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)源列表完成之后，對各底層風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行分類、整理而成的一個樹狀模型。以本車站為例，通過組織專家研究論證和對工程施工建設(shè)全過程的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行梳理，各風(fēng)險(xiǎn)因素包括暗挖車站施工風(fēng)險(xiǎn)(進(jìn)洞、暗挖工法、爆破開挖、初支、二襯、附屬結(jié)構(gòu)施工等)、周圍環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、地質(zhì)及自然風(fēng)險(xiǎn)等，形成風(fēng)險(xiǎn)評估模型。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)等級標(biāo)準(zhǔn)

在得到風(fēng)險(xiǎn)評估模型后，組織專家對各底層風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行打分。以下以青島地鐵工程風(fēng)險(xiǎn)分級標(biāo)準(zhǔn)為打分基本參照標(biāo)準(zhǔn)，包括風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生可能性等級標(biāo)準(zhǔn)、風(fēng)險(xiǎn)損失等級標(biāo)準(zhǔn)(見表 1 和表 2)。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)評估矩陣

根據(jù)《地鐵及地下工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理指南》，建立基于R=P×C 的風(fēng)險(xiǎn)評估矩陣以及相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則。其中 R 為風(fēng)險(xiǎn)分，P 為風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生的可能性，C 為風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生后的后果。風(fēng)險(xiǎn)評估矩陣如表 3；風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則如表 4。

表 1 風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生可能性等級標(biāo)準(zhǔn)

表 2 風(fēng)險(xiǎn)損失等級標(biāo)準(zhǔn)

表 3 風(fēng)險(xiǎn)評估矩陣

表 4 風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則

2.4 風(fēng)險(xiǎn)評估成果

將君峰路車站各層次風(fēng)險(xiǎn)判斷矩陣得出的總風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)行分析歸納并制成君峰路車站風(fēng)險(xiǎn)評估成果表(見表 5)。

表 5 風(fēng)險(xiǎn)評估成果表

據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評估成果表所示，君峰路車站總施工風(fēng)險(xiǎn)為三級。在整個施工過程中，需要對一些較大的風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行必要的控制。

本暗挖車站重大風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)包括：鉆爆開挖、初期支護(hù)、暗挖工法轉(zhuǎn)換、斷層破碎帶、道路及地下管線等。

3 風(fēng)險(xiǎn)控制措施

對風(fēng)險(xiǎn)等級較高的風(fēng)險(xiǎn)事件，需采取一定的措施進(jìn)行控制。針對本暗挖車站的重大風(fēng)險(xiǎn)源，分別采取以下控制措施。

3.1 鉆爆開挖保護(hù)措施

在車站內(nèi)圍巖等級變化區(qū)段內(nèi)控制好爆破參數(shù)，是保證區(qū)間施工及周圍環(huán)境影響的關(guān)鍵。另一方面，制約鉆眼爆破速度，將直接影響循環(huán)速度而導(dǎo)致工期壓力。

(1)采用減振開挖方案，掏槽位置的選擇盡量位于底部，以加大掏槽爆源距地表被保護(hù)建(構(gòu))筑物的距離和減小振動。掘進(jìn)炮眼采用少裝藥弱爆破；周邊光爆孔按設(shè)計(jì)間距布置，采用間隔裝藥結(jié)構(gòu)，且裝藥量小于爆破振動的允許值。

(2)控制同段最大裝藥量并及時調(diào)整鉆爆參數(shù)，以指導(dǎo)后續(xù)鉆爆施工。

(3)在選用爆破器材時，盡可能地選用爆破效果好以及對建筑、管線、地面影響小的。

(4)對配套器材，本工程選用藥卷直徑為 32 mm 的 2 號巖石乳化炸藥；雷管選用非電毫秒導(dǎo)爆管雷管；周邊眼光爆藥卷采用導(dǎo)爆索串接小藥卷炸藥(φ32 mm)間隔裝藥。其他炮眼采用連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu)和大段別非電塑料導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)絡(luò)。

(5)爆破時掏槽眼和周邊眼的布置是爆破施工的關(guān)鍵。

(6)爆破網(wǎng)路采用孔內(nèi)微差非電起爆，用簇聯(lián)法聯(lián)接，導(dǎo)爆管一般跳段使用，使段間隔時間不小于 50 ms，避免振速峰值與地震波相疊加而加大爆破振動。

為了確保鉆爆施工所產(chǎn)生的爆破振動速度在允許值內(nèi)，施工期間(尤其是鉆爆初期)，每炮必須進(jìn)行爆破振速的量測，以便及時調(diào)整鉆爆參數(shù)，減輕振動，確保地面建筑物的安全。

3.2 初期支護(hù)保護(hù)措施

(1)在圍巖軟弱帶的開挖面完成后，分步驟開挖的每一部分土體，都要及時檢查圍巖面和初噴混凝土，及時施作錨桿；嚴(yán)格控制初噴混凝土的工藝參數(shù)及錨桿施作質(zhì)量。

(2)錨桿原材料規(guī)格、長度、直徑必須符合設(shè)計(jì)要求。錨桿桿體不能有油污或其他不符合規(guī)范要求的缺陷。錨桿孔位、孔深及布置形式應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，注漿漿液配合比應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)及規(guī)范的要求，確保其強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

(3)現(xiàn)場施工中應(yīng)加強(qiáng)質(zhì)檢和監(jiān)理力度，及時施作該部分的初期支護(hù)。

(4)鋼架支護(hù)鋼材應(yīng)采用施工圖中標(biāo)明的型號規(guī)格，加工的形狀、尺寸必須符合設(shè)計(jì)要求。

(5)嚴(yán)格控制鋼拱架的中線及標(biāo)高尺寸；鋼拱架與巖面間安設(shè)鞍形混凝土墊塊，確保巖面與鋼架的密貼和穩(wěn)固。

(6)初期支護(hù)施工時嚴(yán)格控制砂石質(zhì)量和配合比，保證混凝土攪拌的均勻性。

(7)需注漿的鉆孔應(yīng)按監(jiān)理工程師批準(zhǔn)的方法和材料，全部用漿液充填。漿液配合所使用的外加劑、拌和方法、注漿壓力、設(shè)備和注漿方法，都應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求實(shí)施。

(8)噴射混凝土前，認(rèn)真檢查隧道斷面尺寸；對欠挖部分及所有開裂、破碎、崩解的破損巖石進(jìn)行清理和處理，清除浮石和墻角虛渣，以保證噴射混凝土與圍巖的粘結(jié)，從而提高噴射混凝土與圍巖的粘結(jié)力及抗?jié)B能力。

3.3 斷層破碎帶保護(hù)措施

(1)加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，提前掌握圍巖特性。

(2)隧道施工嚴(yán)格遵循“管超前、嚴(yán)注漿、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”的技術(shù)要求，預(yù)支護(hù)、預(yù)加固一段，開挖一段；開挖一段，支護(hù)一段；支護(hù)一段，形成封閉環(huán)一段。

(3)初期支護(hù)早封閉、早成環(huán)。在對地上建筑物有影響地段，可根據(jù)地質(zhì)情況及監(jiān)測信息適當(dāng)加密初期支護(hù)鋼格柵，及時進(jìn)行初期支護(hù)背后回填注漿。

(4)利用“超前鉆孔”等手段探明斷層地帶的情況。隧道施工時必須采用超前水平鉆孔等方法，進(jìn)行施工地質(zhì)預(yù)報(bào)。地質(zhì)預(yù)報(bào)勘察時，運(yùn)用聲波與電阻率探測相結(jié)合的方法，對隧道圍巖進(jìn)行細(xì)化分級，對前方一定范圍內(nèi)的地質(zhì)情況和斷層情況作較詳細(xì)的預(yù)報(bào)。

(5)采取超前注漿等預(yù)加固措施，改良地層：根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果，確定施工方案。

(6)適當(dāng)縮短循環(huán)進(jìn)尺，加強(qiáng)支護(hù)。襯砌緊跟開挖面、盡早封閉。采用超前小導(dǎo)管注漿、鋼架、網(wǎng)噴混凝土等多種支護(hù)手段，構(gòu)成強(qiáng)支護(hù)體系。

(7)富水軟弱破碎地質(zhì)，當(dāng)圍巖變形量測趨于穩(wěn)定時，仰拱填充超前，襯砌適度緊跟，施工縫、沉降縫作特殊處理。當(dāng)襯砌混凝土強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度后才能拆模。

(8)加強(qiáng)圍巖量測。發(fā)現(xiàn)圍巖變形或異常情況，及時采取緊急措施處理。措施包括按設(shè)計(jì)進(jìn)行永久性混凝土襯砌支護(hù)、增加襯砌混凝土厚度、提高襯砌混凝土強(qiáng)度等級等。

(9)將回填注漿作為暗挖施工的必需工序加以控制。施工過程及時采用擴(kuò)散性好的漿液，進(jìn)行初支背后回填注漿、二襯背后回填注漿，做到及時充填、飽滿充填，減少對土體的擾動。

(10)施工過程嚴(yán)格按照信息化進(jìn)行組織管理。對地表沉降和建筑物變形進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測，對所有受影響的建筑物進(jìn)行布點(diǎn)監(jiān)測，對樓房應(yīng)增加傾斜監(jiān)測，對特殊地段應(yīng)加強(qiáng)量測頻率并及時分析反饋監(jiān)測結(jié)果。同時運(yùn)用實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)一步修正完善地表沉降和建筑物變形的預(yù)測結(jié)果，對可能引起有害變形的建筑物作出早期預(yù)警并制訂應(yīng)急措施。

3.4 暗挖施工工法轉(zhuǎn)換

區(qū)間隧道并線段斷面多變，大跨淺埋隧道施工難度大。施工中根據(jù)不同的斷面形式選擇不同的施工方法和支護(hù)手段，工序轉(zhuǎn)換多。施工方法轉(zhuǎn)換時縱向應(yīng)順接，控制拆撐長度，對掌子面不穩(wěn)地段采用網(wǎng)噴混凝土進(jìn)行封堵。渡線和聯(lián)絡(luò)線段斷面變化多、跨度大、結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，施工時要加強(qiáng)監(jiān)測、科學(xué)組織，確保施工安全和施工質(zhì)量。

3.5 道路及管線保護(hù)措施

(1)防止開挖引起不均勻沉降或爆破震速過大影響地面道路交通。

(2)詳細(xì)閱讀、掌握設(shè)計(jì)、建設(shè)單位提供的地下管線圖紙資料。通過建設(shè)單位在工程施工前組織召開的各管線單位技術(shù)交底會議，收集管線資料。對影響施工和受施工影響的地下管線進(jìn)行核對，弄清確切情況并做好記錄。

(3)在施工前結(jié)合施工設(shè)計(jì)管線圖紙，做好管線技術(shù)交底工作，并保證其內(nèi)容傳達(dá)到每一個人。

(4)施工前管線探槽、探孔開挖工作制度化。自檢合格后報(bào)監(jiān)理驗(yàn)收，做好隨時迎接業(yè)主檢查的工作。

(5)對受施工影響的地下管線設(shè)置若干沉降測點(diǎn)。工程實(shí)施中，定期觀測管線的沉降量，及時提供觀測點(diǎn)布置圖及沉降觀測資料。

(6)在工程施工中，嚴(yán)格按照經(jīng)審定的施工組織設(shè)計(jì)與地下管線保護(hù)技術(shù)措施的要求進(jìn)行施工。各級管線保護(hù)的負(fù)責(zé)人深入施工現(xiàn)場，監(jiān)護(hù)好地下管線并督促操作(指揮)人員遵守操作規(guī)程；嚴(yán)禁違章操作、違章指揮和違章施工。

(7)按事先制訂好的應(yīng)急措施配備好搶修器材，以便在管線出現(xiàn)險(xiǎn)兆時及時搶修，做到防患于未然。

4 結(jié) 語

本文以青島地鐵 1 期工程 3 號線君峰路站為例，結(jié)合施工現(xiàn)場特有的地質(zhì)條件及工程特點(diǎn)，通過風(fēng)險(xiǎn)分析，對工程施工期間的各種風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行了詳細(xì)分析；基于 R=P×C 的風(fēng)險(xiǎn)定級方法，對君峰路站風(fēng)險(xiǎn)事件進(jìn)行定量的風(fēng)險(xiǎn)評估，確定各風(fēng)險(xiǎn)等級大小，為工程決策提供依據(jù)；并且針對君峰路站風(fēng)險(xiǎn)等級較高的事件，提出了具體的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，以確保施工的安全。

按照以上提出的施工方案及風(fēng)險(xiǎn)控制措施，君峰路站的施工得以平穩(wěn)順利推進(jìn)，隧道工程及周邊環(huán)境未出現(xiàn)工程事故，地表沉降及周邊建筑的變形也滿足相應(yīng)的控制標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]孔恒,王夢恕.城市地鐵淺埋暗挖法隧道鄰近施工理論與關(guān)鍵控制技術(shù)[J].市政技術(shù),2011(1).

[2]傅志峰,左昌群,陳建平.武漢地鐵2號線工程地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)及對策[J].西部交通科技, 2010(5).

[3]鐘威,陳建平,孫金山.武漢地鐵2號線礦山法施工區(qū)間隧道風(fēng)險(xiǎn)分析及其控制[J].安全與環(huán)境工程, 2012(1).

質(zhì)量安全

中圖分類號：TU712

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1007-4104(2014)07-0059-04

收稿日期：2014-04-29

通信地址：上海市宛平南路75號。