冀國棟

（1.中鐵十八局集團有限公司 天津 300350；2.天津大學建筑工程學院 天津 300072）

1 引言

近年來，隨著我國城市化進程的加快，大量人口涌入城市，造成城市人口聚集程度急速增加［1］。有些已經(jīng)建成并投入運營的地鐵，逐漸出現(xiàn)不能滿足乘客出行及換乘需求的問題，需要對其進行針對性拓建。運營地鐵拓建工程的周邊環(huán)境一般較為復雜，地表及既有結(jié)構(gòu)變形控制要求嚴格，施工過程中受力體系多次轉(zhuǎn)換，極易發(fā)生安全風險事故。因此，運營地鐵拓建施工風險管理研究對于確保建設施工安全和地鐵運營安全意義重大。

風險管理的概念在二十世紀三十年代被提出后，就應用到全世界各個領(lǐng)域，眾多學者對風險類型辨識、風險評估方法和程序、風險管控措施、風險管理規(guī)范等方面進行了科學系統(tǒng)的研究。Einstein［2－3］將風險概念引入到巖土工程領(lǐng)域，分析了風險管理在隧道工程中的應用；Reilly等［4］介紹了如何利用風險評估分析在隧道工程中實現(xiàn)風險管理與控制，對隧道工程設計及施工有效規(guī)避風險具有重要的指導意義；Choi等［5］使用模糊層次綜合評判法分析了基坑開挖過程中的風險，取得了較好的效果。國內(nèi)的相關(guān)研究中，路美麗［6］介紹了國內(nèi)外隧道及地下工程風險評估方法的研究與運用；吳忠良［7］利用模糊綜合評判法對西部山區(qū)鄰近營業(yè)線鐵路橋梁樁基施工方案進行比選；蔡來炳［8］對城市既有地下結(jié)構(gòu)擴建改造施工的風險進行分析，提出了相關(guān)風險的控制措施；王雯婷［9］針對濟青高速公路擴建工程全生命周期各階段的風險提出了風險控制與管理措施。然而，當前對于拓建工程的風險評估大多集中在公路和隧道領(lǐng)域，針對運營地鐵拓建施工風險的研究較為少見。本文依托北京地鐵宣武門站接駁拓建工程，采用模糊綜合評價法對其接駁拓建施工風險進行分析研究，其研究成果對相關(guān)工程的風險管理具有一定借鑒意義。

2 工程概況

北京地鐵宣武門站位于北京市二環(huán)以內(nèi)中心老城區(qū)，是地鐵2號線與4號線的換乘車站。其中，2號線車站沿宣武門東、西大街呈東西向布置，4號線車站沿宣武門內(nèi)、外大街呈南北向布置。地鐵4號線下穿2號線，與2號線車站呈“十”字形相交，兩座車站通過兩條相對的“E”形通道，將2號線站臺與4號線站廳相連以實現(xiàn)換乘。目前換乘通道為單向使用，西側(cè)通道用于4號線換乘2號線，東側(cè)通道用于2號線換乘4號線。2009年地鐵4號線開通以來，因兩線之間換乘設施能力嚴重不足，在早晚高峰期間大量乘客擁堵在換乘通道內(nèi)，達到嚴重擁擠程度，存在較大的安全隱患。

為滿足地鐵宣武門站當前運營功能需求，對既有車站進行針對性拓建，通過在東北象限新建兩個出入口解決原地鐵4號線在東北方向無出入口的問題，并在東北、西北、西南三個區(qū)域各增建一條換乘通道實現(xiàn)4號線向2號線的換乘（原有“E”形通道解決2號線向4號線的換乘客流），同時在各象限均增設地下售檢票廳并改造相關(guān)系統(tǒng)設備，以此解決換乘及進出站擁堵問題，方便乘客出入車站及提高2號線與4號線之間的換乘功能。拓建工程總平面如圖1所示。

圖1 北京地鐵4號線宣武門站拓建工程平面

3 模糊綜合評價模型

（1）建立因素集

根據(jù)模糊綜合評價法原理［10］，將評價對象的各種影響因素組成集合，建立因素集：

式中，ui為第i個評價因素；m為評價因素個數(shù)。

（2）建立評價集

評價者用模糊語言對每一風險因素所處狀態(tài)作出評價，建立評價集：

式中，vj為對風險嚴重程度的判斷結(jié)果；n為評價結(jié)果個數(shù)。

本文采用5級風險劃分，即n＝5，且v1為一級風險、v2為二級風險、v3為三級風險、v4為四級風險、v5為五級風險。其中一級為最低風險等級，五級為最高風險等級。

（3）建立模糊評價矩陣

邀請多位專家對因素集內(nèi)各風險因素進行評價，根據(jù)評價結(jié)果計算各風險因素ui對風險等級vj的隸屬度dij。

考慮到專家評價意見會有一定的差異，在此引入“信心指數(shù)法”來處理專家評分的主觀性［11］。信心指數(shù)表示專家對其評價可靠性的信任程度（取值范圍0～1），如某專家判斷某風險因素處于v3等級，其信心指數(shù)為0.8，則認為該因素風險等級為中等的概率是80%。將所有專家給出的概率分布進行加權(quán)平均即可得到該風險因素的隸屬向量。利用相同方法得到所有因素的評判向量，從而建立模糊評判矩陣D：

（4）確定指標權(quán)重

對于某評價目標，因素集中各因素對評價目標的影響程度不同，通常引入權(quán)重向量A來反映各因素的重要程度：

指標權(quán)重的確定方法根據(jù)數(shù)據(jù)來源形式可以分為主觀賦權(quán)法、客觀賦權(quán)法以及綜合賦權(quán)法。本文采用層次分析法［12］中的1～9比例標度，通過專家打分的方法構(gòu)造出各個風險指標權(quán)重的判斷矩陣。

（5）模糊綜合評價

對所有因素進行評價時，將權(quán)重向量A與模糊評價矩陣D進行綜合，可以得到各因素對評語集的隸屬程度，即模糊綜合評價集B：

（6）評價結(jié)果

通過最大隸屬度法對模糊評價向量進行清晰化，即取最大隸屬度對應評價集中的評價指標作為最終的評價結(jié)果。

4 運營地鐵車站接駁拓建施工風險評價及控制

4.1 風險指標

工程風險評價時，針對所有的影響因素逐一進行分析很難實現(xiàn)，因此應選擇最重要的一些影響因素作為風險指標。對于運營地鐵拓建工程而言，根據(jù)其施工特點，本文重點考慮地質(zhì)風險、環(huán)境風險、設計風險和施工風險4個一級風險指標。

（1）地質(zhì)風險

主要包括工程地質(zhì)及水文地質(zhì)等因素。

（2）環(huán)境風險

主要包括道路、鐵路、橋梁、地鐵、地下構(gòu)筑物、地下管線、地面建筑物及地表水等因素。

（3）設計風險

主要包括工程規(guī)模及復雜性、施工工法、拓建類型及支護體系等因素。

（4）施工風險

主要包括工程規(guī)模、施工組織設計、施工專項方案、輔助工法、工程質(zhì)量及安全措施等因素。

結(jié)合北京地鐵宣武門站接駁拓建工程的實際情況，建立了北京地鐵宣武門站接駁拓建施工風險指標體系，見表1。

表1 風險指標及評價結(jié)果

4.2 指標權(quán)重

通過問卷形式向16名行業(yè)內(nèi)專家進行調(diào)查和咨詢，利用層次分析法得到宣武門站接駁拓建工程風險指標的權(quán)重見表2～表5。

表2 地質(zhì)風險評價結(jié)果

表3 環(huán)境風險評價結(jié)果

表4 設計風險評價結(jié)果

表5 施工風險評價結(jié)果

4.3 評價結(jié)果分析及風險控制措施

對宣武門站接駁拓建工程總體風險進行評價，根據(jù)表1～表5可以建立模糊評價矩陣：

對于運營地鐵車站接駁拓建工程而言，地質(zhì)風險、環(huán)境風險、設計風險和施工風險4個一級指標都非常重要，本文取其指標權(quán)重均為0.25，即：

根據(jù)式（5）得到模糊綜合評價：

根據(jù)最大隸屬度法可知，北京地鐵宣武門站接駁拓建施工風險等級為三級，屬于中等風險狀態(tài)，施工風險基本處于可控水平。

根據(jù)專家評價結(jié)果，可以得到各風險指標的風險等級，見表6。

表6 各指標風險等級

從表6可以看出，在所有的風險評估指標中，沒有指標的風險級別達到五級，大多數(shù)指標的風險級別為二級～三級，包括9個二級風險指標和8個三級風險指標。風險級別達到四級的3個指標分別為既有地鐵、周邊管線和既有結(jié)構(gòu)破除，需要采取專項風險控制措施。

4.3.1 既有地鐵風險及控制措施

北京地鐵宣武門站拓建工程多處緊鄰既有地鐵2號線及4號線，其中西北象限新建暗挖通道（接2號線）部分結(jié)構(gòu)初支外皮緊鄰2號線西北出入口結(jié)構(gòu)外墻；東北象限新建暗挖出入口通道結(jié)構(gòu)平行上穿4號線區(qū)間，初支外皮與區(qū)間凈距約2.3 m；東南象限新建出入口采用明挖法施工，基坑南側(cè)與2號線西南風道的水平凈距約1.0 m；西南象限新建暗挖廳與4號線西南口的水平凈距約1.8 m。拓建施工會對周圍地層造成擾動，產(chǎn)生不均勻沉降，威脅既有地鐵2號線和4號線的運營安全，可采取以下風險控制措施：

（1）施工前對既有2號線和4號線結(jié)構(gòu)進行調(diào)查，并進行監(jiān)測和評估，必要時對緊鄰既有地鐵結(jié)構(gòu)部分進行加固處理，或采取樁基隔離措施。

（2）及時布設測點，施工期間加密監(jiān)測頻率，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整施工參數(shù)，確保既有地鐵運營安全。

（3）制定針對性應急預案。

4.3.2 周邊管線風險及控制措施

宣武門站附近區(qū)域位置敏感，施工范圍地下管線密集，特別是大部分雨污水管線和電力隧道年代久遠，實際運行情況堪憂，施工擾動可能造成管線受周圍土體變形影響，出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性破裂而無法繼續(xù)使用，以及由于管線開裂而引起內(nèi)部氣體或液體溢出，引發(fā)次生影響。具體風險控制措施：

（1）施工前對管線的現(xiàn)狀進行核查，了解管線結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及運營現(xiàn)狀，對重要管線進行安全評估，獲取其能承受的沉降和差異沉降的有關(guān)數(shù)據(jù)。

（2）施工期間進行全程監(jiān)測，通過監(jiān)控量測結(jié)果，反饋現(xiàn)場施工及設計。

4.3.3 既有結(jié)構(gòu)破除風險及控制措施

宣武門站拓建工程與既有線主體結(jié)構(gòu)及出入口結(jié)構(gòu)多處接駁連通，需要在保證換乘站正常運營條件下進行既有結(jié)構(gòu)的破除，最大破口面積7 200×4 850 mm，最大變形控制指標為1 mm。破除時既有結(jié)構(gòu)受力將發(fā)生改變，采取以下風險控制措施：

（1）對既有結(jié)構(gòu)進行安全性驗算，分析施工對既有結(jié)構(gòu)的影響。

（2）控制施工的空間效應，針對既有線結(jié)構(gòu)形式及配筋，分塊切除、合理安排破除順序，降低施工對既有結(jié)構(gòu)的影響。

（3）采取合適的加固措施對既有結(jié)構(gòu)周圍土體進行加固。

（4）及時采取支護措施，提高支撐剛度和變形協(xié)調(diào)能力。

（5）制定針對性的監(jiān)控量測措施，實施信息化施工，及時調(diào)整施工參數(shù)，確保既有線結(jié)構(gòu)變形在可控范圍之內(nèi)。

5 結(jié)論

（1）根據(jù)運營地鐵拓建工程的施工特點，結(jié)合北京地鐵宣武門站接駁拓建工程實際，考慮了4個一級指標和22個二級指標，建立了多層次的宣武門站接駁拓建施工風險指標體系。

（2）采用模糊綜合評價法對北京地鐵宣武門站接駁拓建施工風險進行評估，結(jié)果表明北京地鐵宣武門站接駁拓建施工風險等級為三級，屬于中等風險狀態(tài)。

（3）既有地鐵、周邊管線和既有結(jié)構(gòu)破除3個指標的風險等級達到四級，需要采取專項風險控制措施，以確保施工安全及既有地鐵運營安全。