賴咸根, 劉運思, 周伏良, 趙俊逸, 陳浩錕, 彭宇

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高陡巖質邊坡加固工程施工風險分析與控制

賴咸根1, 劉運思2, 周伏良1, 趙俊逸1, 陳浩錕1, 彭宇1

(1. 中國建筑第五工程局土木工程有限公司, 湖南長沙, 410075; 2. 湖南科技大學土木工程學院, 湖南湘潭, 411201)

根據施工風險評估的一般流程, 對長沙冰雪大世界高陡巖質邊坡加固工程施工風險源進行了識別。評估中考慮的主要風險因素有施工環(huán)境風險、基坑特征風險、施工技術風險、施工作業(yè)風險、施工管理風險、及預防措施風險6個一級指標, 以及與其相關的20個二級指標。綜合運用模糊層次分析法, 構建了隸屬度函數, 判斷了邊坡加固施工過程中的風險等級, 并提出了邊坡加固過程中施工風險控制的要點。

高陡巖質邊坡; 風險分析與控制; 層次分析法; 模糊綜合評價

隨著城市建設的迅速發(fā)展, 越來越多的超深超大基坑邊坡涌現[1–3]。而這些超深基坑開挖過程中常會遇到不良地質條件、周邊建筑物沉降過大導致結構破壞和失穩(wěn)以及周邊環(huán)境污染問題。超深基坑相對于淺基坑, 施工過程中考慮的因素更多, 面臨的情況更復雜, 須將其視為一個復雜的系統工程來進行分析[4–6]。因此, 展開超深基坑多因素、多層次的風險分析, 是確保施工順利進行和安全的前提。

目前, 許多學者已針對超深基坑施工風險進行了分析。顧雷雨[7]基于風險理論, 提出了復雜環(huán)境中基坑安全風險預警標準設計方法; 辛欣[8]首先對土巖組合復雜地質情況下明挖地鐵基坑進行了風險識別, 建立了相應的風險評價指標; 包小華[9]從風險理念出發(fā), 通過對基坑事故的廣泛調查, 得到深基坑安全性的主要影響因素及其所占權重, 據此結果對深基坑安全風險等級進行評判; 周紅波[10]根據工程地質特點和周圍建筑物情況, 進行了深基坑風險識別和風險評估, 得到了基坑不同因素的風險等級。

長沙冰雪大世界高陡巖質邊坡加固工程主體為一個經人工采石形成的深坑, 該坑上寬下窄, 坡度較陡。工程地質情況復雜, 存在巖溶、斷層、裂隙和崩塌等不良地質現象。又因工程地處湘江新區(qū), 周邊環(huán)境要求高, 因此, 施工風險高、難度大。本文開展長沙冰雪大世界高陡巖質邊坡加固工程風險研究, 對復雜地質情況下高陡邊坡施工的風險進行了識別, 采用模糊層次分析法, 構建了隸屬度函數, 判斷邊坡加固施工過程中的風險等級, 并提出了預防邊坡加固工程項目施工風險控制的要點。本項目的研究具有一定的理論和工程實際意義。

1 工程概況及風險識別

1.1 工程概況

長沙冰雪大世界工程位于長沙市岳麓區(qū)坪塘鎮(zhèn)山塘村至獅峰山地段, 坪塘大道東側、清風南路南側。采石坑為長直徑約500 m、短直徑約400 m的類橢圓形, 經人工采石深度達100 m。基坑上寬下窄, 坡度較陡, 坡角約為80o～90o, 其平面面積約為150 000 m2。抽水前, 坑內積水深度約30 m。采石坑場地呈四周高中間低地形。

工程場地基巖為灰?guī)r(俗稱石灰?guī)r), 巖層產狀較為平緩, 節(jié)理裂隙發(fā)育、巖溶作用發(fā)育(圖1), 局部發(fā)育有溶洞及溶溝(槽), 場地范圍內還存在數條斷層。由于溶蝕及礦坑開采導致坑內巖壁存在危巖, 主要分布于礦坑坑頂部及南側礦坑。危巖形狀各異, 且大小不一, 最大直徑達3 m。

圖1 巖溶地質

場地東側為中建五局項目部生活區(qū), 距A拱腳區(qū)爆破最近點260 m; 南側是本項目酒店施工場地, 距C拱腳區(qū)爆破點最近相距250 m, 東南角300 m外是原湖南省新生水泥廠生活區(qū); 西側是坪塘大道, B拱腳區(qū)爆破點距坪塘大道約100 m, 距水塘村民房超過200 m; 北側是清風南路, 路北是岳麓區(qū)第二醫(yī)院, 路南是本公司鋼構項目部, 距A拱腳區(qū)爆破點220 m, 中間為鋼構加工場地。工地位于湘江新區(qū)坪塘街道, 該工程屬于國內極其罕見的超高巖壁加固支護工程, 對工程施工安全、環(huán)境保護、揚塵、渣土運輸要求非常嚴格, 加上周邊環(huán)境復雜, 施工難度極大。

1.2 風險識別

本文確定了施工環(huán)境風險、基坑特征風險、施工技術風險、施工作業(yè)風險、施工管理風險以及預防措施風險共6個一級指標。每種風險一級指標下設置若干風險因素二級指標, 二級指標共20個。本文建立的基坑工程安全風險評價對象及評價指標體系如表1所示。

表1 基坑安全風險評價指標

2 風險評估方法

2.1 專家調查法

專家評估采用函調方法, 安全風險評估單位將制定好的風險源識別和評估表、冰雪大世界勘察設計資料以及對冰雪大世界的現場調研成果一并郵寄給專家, 專家根據提供的資料進行評估后返回給安全風險評估單位進行統計分析。共邀5名專家對基坑工程施工風險事件打分。

2.2 層次分析法

本項目采用層次分析法對所需評價指標進行比較, 并構成一個判斷矩陣, 然后采用方根法對權重進行計算。計算公式為:;;;。式中:b為判斷矩陣中的元素;u為元素b按行相乘;u為個u所得的乘積分別開次方;W為特征向量的第個分量; ()為向量的第個分量;max為判斷矩陣的最大特征根。

2.3 模糊綜合評價法

模糊綜合評價法對于不確定復雜問題很適用, 在風險評價中應用非常廣泛, 特別是對風險因素多的模型, 比其他方法更能準確地評價風險水平。在評價風險水平之前需要建立隸屬度函數, 本文采用了指派法來得出隸屬度函數。風險等級一、二、三、四、五所對應的隸屬度函數表達式分別為:

3 風險評價

3.1 風險源權重的確定

本文采用專家調查法確定風險源的權重。5位專家根據項目情況進行打分, 再根據層次分析法求出各指標的權重, 結果見表2。

表2 風險因素權重

3.2 高陡巖質邊坡施工的模糊綜合評價

邀請5位專家(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ)對基坑工程施工風險事件打分, 專家評分表見3。

表3 專家評分統計表

將一級風險準則權重向量和模糊運算得到的判斷矩陣相乘, 得到6種風險準則的隸屬度向量分別為: 施工環(huán)境風險隸屬度向量1=11= (0.066 0, 0.000 0, 0.000 0, 0.720 8, 0.212 2); 基坑特征風險隸屬度向量2=22= (0.426 0, 0.574 0, 0.000 0, 0.000 0, 0.000 0); 施工技術風險隸屬度向量3=33= (0.000 0, 0.297 0, 0.588 9, 0.114 1, 0.000 0); 施工作業(yè)風險隸屬度向量4=44= (0.048 0, 0.000 0, 0.127 7, 0.417 6, 0.407 7); 施工管理風險隸屬度向量5=55= (0.000 0, 0.000 0, 0.970 4, 0.028 6, 0.0000); 預防措施因素風險隸屬度向量6=66= (0.000 0, 0.667 0, 0.333 0, 0.000 0, 0.000 0)。

根據最大隸屬度原則可知, 施工環(huán)境風險為四級, 基坑特征風險為二級, 施工技術風險為二級, 施工作業(yè)風險為四級, 施工管理風險為三級, 預防措施因素風險為二級。

將施工環(huán)境風險、基坑特征風險、施工技術風險、施工作業(yè)風險、施工管理風險和預防措施因素風險的隸屬度向量1、2、3、4、5、6與進行模糊運算, 可以得出深基坑施工的總體風險=?[1,2,3,4,5,6]T6= (0.052 4, 0.185 8, 0.271 3, 0.369 1, 0.139 2)。根據最大隸屬度原則, 得出本基坑工程施工總體風險為四級。

3.3 風險評價結論

結合以上基坑工程施工風險評價的結果和風險等級相應的處置措施, 該工程整體風險大, 為四級, 應當引起重視, 立即采取風險處理措施, 響應應急預案。基坑特征風險、施工技術風險和預防措施因素風險為二級, 由于基坑屬于超深超大基坑, 存在一些潛在的施工風險, 遇到施工難度較大的地方, 需及時與設計方溝通, 在施工過程中應做好安全監(jiān)控。施工管理風險為三級, 應當重視, 需要加強日常管理, 加強人員安全培訓, 分包管理者應得到一些專業(yè)培訓以增強他們的管理技巧, 在設備管理方面需特別注意風險防范。從施工環(huán)境和施工作業(yè)的風險角度來看, 其處于四級風險狀態(tài), 應當引起高度重視, 特別是支護結構施工、爆破開挖以及腳手架搭設應立即采取風險處理措施, 響應應急預案。

以上分析符合工程的實際情況, 各種風險等級是由基坑的具體情況、外界條件和施工單位自身情況共同決定的?？傮w看來, 各種風險在可以控制的范圍內, 但須引起足夠的重視。該基坑工程項目施工風險評價結論綜合考慮了風險產生的后果以及風險發(fā)生的概率, 并且在考慮5種風險準則的基礎上得出了整體的風險等級, 給決策者從宏觀上掌控施工風險提供了依據。

4 邊坡加固工程項目施工風險控制的要點

該基坑工程存在施工工期長、技術難度大、施工地質環(huán)境復雜等因素, 施工過程中對施工風險控制應注意以下幾點。

(1) 支護結構的施工。支護結構的施工是重要的基礎環(huán)節(jié), 因此, 必須保證基坑的穩(wěn)定性。在做好支護結構施工的同時, 還應注意周圍土體的變形。在保證支護結構安全的前提下, 做好成本控制, 保證工期。

(2) 基坑周圍土體的加固。軟弱土層地區(qū)的基坑在開挖時很容易發(fā)生變形, 這會對周圍的土體產生擾動, 這種情況下, 基坑隆起是常見的施工事故, 此外, 擋土墻縫隙可能還會產生水土流失。為了避免這些問題, 在施工初期應對基坑周圍的土體作好加固。

(3) 監(jiān)測和信息化施工。對基坑工程施工過程的監(jiān)測能隨時反映風險的變化情況, 監(jiān)測數據是施工決策的重要參考依據, 因此, 信息化施工是施工安全的有力保障。

(4) 基坑工程施工前的必要準備。除了嚴格規(guī)范施工外, 還要提前準備好施工所必需的一些條件和設備。在施工前要確保原材料的質量達標, 確保施工所需設備齊全并達到安全標準, 確保質量技術文件達到業(yè)主對運行、擴建和維修的要求。

(5) 注意對基坑周圍環(huán)境的保護?；娱_挖前, 應該估計開挖對周圍土層產生的影響, 注意保護地下建(構)筑物和地下管線, 避免對周圍產生的擾動過大。規(guī)范處置建筑垃圾, 避免對環(huán)境產生污染。安排好施工時間, 盡量減小干擾附近居民日常生活的噪音。

(6) 安全施工。安全施工已經成為施工規(guī)范中的強制性條款, 并且有?？顬榘踩┕ゎA備。安全施工的含義有2個方面的考慮: 一是避免事故對施工主體和周圍人的人身受到傷害和財產受到損傷; 二是避免包括施工現場材料、機械設備和臨時設施等遭受損失。常見的安全管理辦法大致要求做到5點: ① 建立完備的風險管理制度; ② 定期舉行安全教育和培訓; ③ 對機械設備質量和特種作業(yè)人員的資質進行嚴格審查; ④ 及時處理安全隱患; ⑤ 購買保險。

5 結論

長沙冰雪大世界高陡邊坡加固工程存在地質情況復雜, 周邊環(huán)境和施工工藝要求高的特點。通過建立冰雪大世界高陡邊坡工程風險識別模型, 利用模糊綜合評判法對施工階段的風險進行了識別和評估。判定該加固工程風險為四級, 整體風險大, 應當引起重視, 立即采取風險處理措施, 響應應急預案?；犹卣黠L險、施工技術風險和預防措施風險為二級, 遇到施工難度較大的地方, 需及時與設計方溝通, 在施工過程中及時做好安全監(jiān)控?，F場管理風險為三級, 應當重視, 需要加強日常管理, 加強人員安全知識培訓, 在設備管理方面, 需要采取風險防范措施。工程環(huán)境和施工作業(yè)為四級風險, 應當引起高度重視, 特別是支護結構施工、爆破開挖以及腳手架搭設應立即采取風險處理措施, 響應應急預案。

[1] 李曉紅, 王宏圖, 楊春和, 等. 城市地下空間開發(fā)利用問題的探討[J]. 地下空間與工程學報, 2005, 1(3): 319–328.

[2] 王璇, 束昱. 城市的可持續(xù)發(fā)展與地下空間開發(fā)利用[J]. 地下空間, 1997, 17(3): 154–161.

[3] 劉新榮, 鐘祖良, 孫輝, 等. 地下空間利用及其發(fā)展方向的探討[J]. 地下空間, 2004, 24(5): 600–604.

[4] 呂超, 彭建, 彭芳樂. 濱江超大超深基坑施工風險分析與控制[J]. 地下空間與工程學報, 2014, 10(6): 1 440–1 448.

[5] 蘭守奇, 張慶賀. 基于模糊理論的深基坑施工期風險評估[J].巖土工程學報, 2009, 31(4): 648–652.

[6] 吳楠. 基于深基坑施工期風險評估的安全指數研究[J]. 地下空間與工程學報, 2011, 7(3): 604–608.

[7] 顧雷雨, 黃宏偉, 陳偉, 等. 復雜環(huán)境中基坑施工安全風險預警標準[J]. 巖石力學與工程學報, 2014, 32(z2): 4153– 4162.

[8] 辛欣, 萬鵬, 沈圓順. 土巖組合地質條件下的基坑工程施工風險評估[J]. 巖土工程學報, 2012, 34(z1): 342–346.

[9] 包小華, 付艷斌, 黃宏偉. 深基坑開挖過程中的風險評估及案例分析[J]. 巖土工程學報, 2014, 36(z1): 192–197.

[10] 周紅波, 姚浩, 盧劍華. 上海某軌道交通深基坑工程施工風險評估[J]. 巖土工程學報, 2006, 28(z1): 1 902–1 906.

(責任編校: 江河)

Risk analysis and control of high and steep rock slope reinforcement engineering construction

Lai Xiangen1, Liu Yunsi2, Zhou Fuliang1, Zhao Junyi1, Chen Haokun1, Peng Yu1

(1. Civil Engineering Co Ltd, China Construction Fifth Engineering Bureau, Changsha 410075, China; 2. School of Civil Engineering, Hunan University of Science & Technology, Xiangtan 411201, China)

Based on the general process for construction risk assessment, the risk source of the high steep rock slope reinforcement engineering for Ice and snow world in Changsha is identified. Evaluation of the main risk factors include six indicators: risks of foundation pit risk characteristics, construction technology, construction, construction management risk, and risk prevention measures, and 20 secondary indexes. By the integrated use of fuzzy analytic hierarchy process (AHP), the membership functions is constructed and the risk level of slope reinforcement construction process is judge, and the main points of the construction of risk control in the process of slope reinforcement are put forward.

high and steep rock slope; risk analysis and control; AHP; fuzzy comprehensive evaluation

http://www.cnki.net/kcms/detail/43.1420.N.20161009.1038.002.html

10.3969/j.issn.1672–6146.2016.04.014

TU 473.2

1672–6146(2016)04–0058–05

賴咸根, 429491862@qq.com; 劉運思, 429491862@qq.com。

2016–03–23

湖南省自然科學基金(2015JJ6038); 湖南省教育廳一般項目(15C0555); 湖南科技大學校級科研項目(E51498)。