李 曉，朱建明，李志軍，劉志成，楊 娟

(1.華北科技學(xué)院安全工程學(xué)院，河北 廊坊 065201； 2.中鐵隧道集團二處有限公司，河北 廊坊 065201)

1 概述

目前，地下空間開發(fā)程度日益擴大，地鐵的開挖不可避免的會帶來眾多的安全事故、質(zhì)量事故以及責任事故，因此施工中對風(fēng)險源及時預(yù)測與處理顯得尤為重要。張帥兵[1]基于模糊綜合理論研究，建立地鐵施工風(fēng)險評價模型，對項目中存在的風(fēng)險進行研究評估得到主要風(fēng)險因素并制定預(yù)防措施；王[2]提出了工作分解結(jié)構(gòu)-風(fēng)險分解結(jié)構(gòu)(WBS-RBS) 與故障樹結(jié)合的風(fēng)險識別方法，綜合分析確定風(fēng)險因素，并提出簡要控制方法；牛發(fā)陽等[3]建立基于網(wǎng)絡(luò)層次分析法(ANP)和灰色聚類法的地鐵深基坑施工安全風(fēng)險評估模型；張飛燕、周念清等[4-11]通過改進層次分析法對地鐵隧道施工安全進行評價，驗證了定性與定量結(jié)合、客觀權(quán)重與主觀權(quán)重結(jié)合分析的科學(xué)性，為項目的安全施工提供理論依據(jù)。1998年Kampmann[12]從事故發(fā)生的可能性以及影響結(jié)果兩個角度，結(jié)合哥本哈根地鐵工程提出了地下工程的10種風(fēng)險類型，并提出了一系列的風(fēng)險控制措施；Eskesen[13]總結(jié)了哥本哈根地鐵建設(shè)安全風(fēng)險管理經(jīng)驗，對工程建設(shè)中安全風(fēng)險評估進行了理論研究；Arsalan Khosravizade等[14]基于層次分析法和TOPSIS算法對風(fēng)險進行排序，并根據(jù)專家調(diào)查法收集數(shù)據(jù)進行分析從而提出解決問題的方法。本文針對洞樁法地鐵車站施工階段安全風(fēng)險評估工作存在的問題與不足，充分利用層次分析法和專家調(diào)查法，開展對北京地鐵8號線新建王府井站洞樁法施工工程實例的分析，對地鐵工程洞樁法施工階段開展安全風(fēng)險評價。

2 地鐵車站施工層次結(jié)構(gòu)及安全評價指標的建立

2.1 風(fēng)險評價標準

北京地鐵8號線新建地鐵車站風(fēng)險評估研究所采用的風(fēng)險評估方法和評價準則均利用有關(guān)研究成果。其中工程風(fēng)險發(fā)生概率、后果損失、風(fēng)險評估矩陣參考GB 50652—2011城市軌道交通地下工程建設(shè)風(fēng)險管理規(guī)范[15]。

2.2 專家調(diào)查法

專家調(diào)查法是以專家作為索取信息的對象，依靠專家的知識和經(jīng)驗，由專家通過調(diào)查研究對問題作出判斷、評估和預(yù)測的一種方法。

2.3 風(fēng)險識別與分析——層次分析法

2.3.1 建立層次結(jié)構(gòu)

根據(jù)地鐵車站施工過程中的安全風(fēng)險情況，參考地鐵工程施工安全評價標準[16]，構(gòu)建一個科學(xué)合理的地鐵施工安全評價指標體系。

2.3.2 構(gòu)造判斷矩陣

為了確定指標層各因素的相對重要程度，需要求出準則層每個因素相對于目標層的相對權(quán)重，就是將準則層每個因素對于總目標——地鐵車站施工安全狀況予以量化。同時，需要求出各個指標因素對于準則層各因素的相對權(quán)重。在層次分析法中，為了使決策判斷量化，形成數(shù)值判斷矩陣，引用標度方法，如表1所示。

表1 判斷矩陣標度及其含義

2.3.3 層次分析法權(quán)重向量W的計算

W=(W1,W2,…,Wn)T。

層次分析法中權(quán)重向量W的計算方法共有四種,分別為求和法(算術(shù)平均法),方根法(幾何平均法),特征根法,最小二乘法。為了便于計算,采用算術(shù)平方法進行權(quán)重的分析,即:

2.4 風(fēng)險評價

2.4.1 確定風(fēng)險事件隸屬度

若要計算風(fēng)險事件的隸屬度x,首先需要根據(jù)專家打分法來確定各種風(fēng)險事件的影響后果C及發(fā)生概率P的估值,且x=C×P,如表2所示。

表2 C，P的估算表

2.4.2 隸屬函數(shù)的確定

根據(jù)施工安全狀況,將風(fēng)險水平綜合評價指標分為1個～5個等級:V={安全,較安全,一般,危險,極度危險},隸屬函數(shù)Rij(x)如表3所示。

表3 隸屬函數(shù)表達式

2.4.3 風(fēng)險因素等級確定

根據(jù)最大隸屬度原則,將x值代入隸屬函數(shù)表3中,選取最大值,可得底層風(fēng)險因素的風(fēng)險等級。

3 王府井地鐵車站施工風(fēng)險因素評估

3.1 工程概況

王府井站為三層三跨島式車站,采用洞樁法施工。車站主體結(jié)構(gòu)總長177 m,寬度為25.3 m,高度21.31 m,拱頂覆土厚度約為9.3 m,底板埋深約30.7 m。拱頂位于黏質(zhì)粉土-砂質(zhì)粉土層、粉質(zhì)黏土層、細砂-中砂層,底板位于卵石-圓礫層。車站主體為其中一個重要風(fēng)險工程,工程的加固措施必須進行多次試驗來確定以保證加固效果。新建王府井地鐵車站位于城市交通要道,上方為一南北走向的街道,車站主體沿街道呈南北方向布置。車站有效站臺總長177 m,寬度為25.3 m,深約30 m,南側(cè)為東長安街,西側(cè)為北京飯店,東北側(cè)為王府井書店,東南側(cè)為商業(yè)街和過街通道。車站主體結(jié)構(gòu)暗挖工程施工,周邊建構(gòu)筑物較多,地下管線復(fù)雜,考慮因素較多,施工過程中應(yīng)注意的風(fēng)險因素也較多。車站整體布置見圖1。

車站主體采用“PBA”洞樁法八導(dǎo)洞施工,車站上層及下層均布置4導(dǎo)洞,分為A，B，C，D四軸,共有三個斷面。車站施工設(shè)置三個施工豎井,1號豎井、3號豎井分別利用1號排風(fēng)井和2號安全口作為豎井,2號豎井為新增豎井,位置與F1出入口相交。豎井均采用倒掛井壁法開挖支護。

車站的總體施工順序是首先進行施工豎井及橫通道開挖,然后由三個施工通道同時向兩側(cè)施工,這將很大程度上減少施工周期,提高施工效率。

3.2 風(fēng)險識別與風(fēng)險評估

3.2.1 構(gòu)建層次分析結(jié)構(gòu)

根據(jù)對北京地鐵八號線新建王府井地鐵車站施工實際風(fēng)險的綜合分析,得出影響地鐵施工安全的具體因素,對各因素進行兩級工作分解,構(gòu)建層次分析結(jié)構(gòu),如圖2所示。

3.2.2 專家調(diào)查問卷分析

根據(jù)專家調(diào)查法進行問卷調(diào)查,引入1～9的標度,專家對各因素進行打分,計算得到各因素打分結(jié)果,見表4。

表4 施工風(fēng)險指標打分統(tǒng)計

3.2.3 應(yīng)用層次分析法評估各指標權(quán)重

對新王府井地鐵車站施工進行安全風(fēng)險評估,評價指標體系目標層A,準則層B1,B2,B3,B4,以此進行安全風(fēng)險評估分析,得到各判斷矩陣,排出各因素與地鐵車站施工安全相關(guān)程度的順序,如表5所示。

由表5可知,周邊環(huán)境工程、地下管線、施工方法和車站自身風(fēng)險起主要作用,尤其是車站暗挖主體結(jié)構(gòu)自身工程、既有車站工程、下穿出入口暗挖段管線和附屬結(jié)構(gòu)暗挖施工風(fēng)險占支配地位,這與實際相符,證明了該方法的合理性與實用性。

表5 各風(fēng)險因素的權(quán)重排序

4 王府井地鐵車站施工風(fēng)險評價

前述的風(fēng)險評估模型共有24個風(fēng)險事件,對其進行專家打分,得到P,C值,將其代入隸屬函數(shù)表3中,可判斷各風(fēng)險因素的風(fēng)險等級,如表6所示。

表6 風(fēng)險事件的P，C值及風(fēng)險等級

通過對王府井車站各風(fēng)險要素進行等級劃分,可以明顯看出,既有車站工程和車站暗挖主體結(jié)構(gòu)自身工程為最高級別風(fēng)險因素,其次王府井大街、下穿車站主體管線、下穿出入口暗挖段管線、管道滲漏水風(fēng)險、塌孔風(fēng)險等的影響同樣不能小覷,上述結(jié)論為施工現(xiàn)場安全管理提供了決策依據(jù)。因此,即使無法完全避免安全事故的發(fā)生,但為將事故發(fā)生概率降到最低,不僅要加強施工安全的管理,也要注重施工設(shè)計,將危險因素扼殺在搖籃里。

5 風(fēng)險工程保護措施

1)針對下穿車站主體管線及管道滲漏水等風(fēng)險工程,施工單位應(yīng)在施工前對場區(qū)范圍內(nèi)的既有管線及地下構(gòu)筑物進行詳查,應(yīng)確切掌握各管線類型、管徑、材質(zhì)、接頭形式、埋置深度、建成年代、產(chǎn)權(quán)單位、使用現(xiàn)狀等信息,摸清各管線控制閥門位置、權(quán)屬、應(yīng)急使用方法、應(yīng)急聯(lián)系方式等,并對重要管線的傾斜、撓曲、接頭錯位等初始值及建構(gòu)筑物的現(xiàn)狀進行記錄。

2)針對改移地下管線,施工時應(yīng)選用足夠強度、剛度的管材,管線接頭具有足夠的抗變形、抗?jié)B漏能力。管線四周土體應(yīng)回填密實,必要時可對管線及管井地基進行加固處理。

3)施工過程中加強對管線及建構(gòu)筑物的監(jiān)測,及時反饋信息,根據(jù)監(jiān)測結(jié)果及時調(diào)整施工參數(shù),確保管線及建構(gòu)筑物的安全。

6 結(jié)論

本文以北京新建王府井地鐵車站為依托工程,采用專家調(diào)查法和層次分析法對其施工過程中的安全風(fēng)險情況進行評估,并得到以下結(jié)論:

1)地鐵車站施工事故的發(fā)生具有隨機性、發(fā)展過程的復(fù)雜性和現(xiàn)有安全儲備的不完整性,在進行安全性分析時,很多因素無法直接量化,因此需采用層次分析法結(jié)合專家調(diào)查法使得項目施工的安全性評估更加具有科學(xué)性。2)進行地鐵車站項目施工時,通過參考專家調(diào)查法和層次分析法得到的風(fēng)險因素危險性排序可以有效、有側(cè)重點地進行施工事故的預(yù)防和安全管理工作。3)提出了王府井洞樁法施工危險因素及其安全等級劃分,有利于施工現(xiàn)場的科學(xué)決策。