李珍

中鐵二十三局集團(tuán)第六工程有限公司 重慶 401121

引言

施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是優(yōu)化施工方案、保障工程項(xiàng)目順利實(shí)施的關(guān)鍵，為了落實(shí)此項(xiàng)工作，本次研究以北京新機(jī)場(chǎng)線折返區(qū)間下穿道路施工項(xiàng)目為例，對(duì)此項(xiàng)目在施工中的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)[1]。施工道路的主路定線為直線，縱斷面設(shè)計(jì)縱坡為2.99%，三環(huán)外環(huán)輔路定線為圓曲線，半徑R600，縱斷面設(shè)計(jì)縱坡為0.27%，三環(huán)內(nèi)環(huán)輔路定線為圓曲線，半徑R140，縱斷面設(shè)計(jì)縱坡為1.04%，東南象限南向東Z3匝道定線為圓曲線，半徑R550，縱斷面設(shè)計(jì)縱坡為2.99%。整體采用裝配式鋼筋混凝土擋土墻作為支撐，人行道外側(cè)為混凝土砌塊重力式擋土墻，擋土墻墻高H為1.0m～3.6m，混凝土砌塊擋土墻采用M7.5水泥砂漿砌筑并灌實(shí)，M7.5水泥勾縫。為了保證此工程項(xiàng)目的順利施工，在設(shè)計(jì)施工階段，施工方部署了大量的技術(shù)人員與輔助作業(yè)設(shè)備進(jìn)行施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，但相關(guān)工作的實(shí)施并未取得有效成果[2]。因此，本文將在上述研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一個(gè)全新的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，以此種方式，掌握工程在施工中的風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)的量化，及時(shí)制定對(duì)應(yīng)的工程施工整改方案，保證施工中人員的合理分配與施工安全。

1 施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

1.1 確定施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估范圍與評(píng)估對(duì)象

為了確保評(píng)價(jià)結(jié)果的真實(shí)性與可靠性，應(yīng)在方法設(shè)計(jì)前，確定評(píng)估范圍與評(píng)估對(duì)象[3]。確定施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估范圍需要考慮的因素包括：新建工程與既有結(jié)構(gòu)的相互關(guān)系；新建工程和既有工程規(guī)模、尺寸；新建工程會(huì)對(duì)3倍洞徑范圍內(nèi)圍巖、建（構(gòu)）筑物等產(chǎn)生影響（根據(jù)地下工程積累的經(jīng)驗(yàn)）；環(huán)境負(fù)荷對(duì)應(yīng)力分布區(qū)域的影響等。明確確定范圍的影響因素后，圈定本工程評(píng)估范圍：根據(jù)新建北京軌道交通新機(jī)場(chǎng)線一期工程與既有玉泉營(yíng)橋輔路擋墻（1#擋墻）、玉泉營(yíng)橋南側(cè)擋墻（2#擋墻）、玉泉營(yíng)橋北側(cè)擋墻（3#擋墻）之間的相對(duì)位置關(guān)系，考慮工程情況，確定計(jì)算模型長(zhǎng)度×寬度×高度=210.0m×160.0m×60.0m（地表下深），得到本工程評(píng)估范圍（如下圖1所示）。

圖1 施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估范圍

明確北京新機(jī)場(chǎng)線折返區(qū)間下穿道路施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估范圍后，將既有擋土墻結(jié)構(gòu)作為主要評(píng)價(jià)對(duì)象，其中包括玉泉營(yíng)橋輔路擋墻及其主路的南北側(cè)擋墻和玉泉營(yíng)橋2#通道。

1.2 施工模型建立與安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估參數(shù)設(shè)定

在地層中進(jìn)行隧道施工會(huì)引起地層土體擾動(dòng)，從而導(dǎo)致地層發(fā)生不均勻沉降、異常變形、土體結(jié)構(gòu)移位等巖土工程施工安全問(wèn)題。在下穿道路施工中，會(huì)不可避免地對(duì)周邊原有地層結(jié)構(gòu)的平衡性造成影響，誘發(fā)地層重力分布異常，增加對(duì)既有擋墻基礎(chǔ)的附加應(yīng)力，使其發(fā)生形變[4]。因此，可以認(rèn)為施工中的開(kāi)挖是造成施工現(xiàn)場(chǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)的主要原因。為了進(jìn)一步掌握施工中安全風(fēng)險(xiǎn)的分布，下述將通過(guò)構(gòu)建施工區(qū)域三維地層模型的方式，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)覆蓋區(qū)域的確定。

施工區(qū)域內(nèi)所有土層、鋼筋混凝土擋墻、砌塊重力式擋墻、明挖基坑等結(jié)構(gòu)，都采用實(shí)體單元建模（2#通道采用板單元除外）。建模中考慮到模型的適用性與計(jì)算精度要求，將模型劃分成757228個(gè)單元。模型結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 施工模型結(jié)構(gòu)

完成施工模型的構(gòu)建后，根據(jù)工程地質(zhì)勘查報(bào)告中的相關(guān)數(shù)據(jù)，參照北京地區(qū)有關(guān)工程結(jié)構(gòu)地層參數(shù)計(jì)算取值，設(shè)定施工區(qū)域有關(guān)鋼筋混凝土物理參數(shù)。如下表1所示。

表1 有關(guān)鋼筋混凝土物理參數(shù)按規(guī)范取值

已知工程施工參數(shù)后，計(jì)算施工中主體結(jié)構(gòu)荷載，荷載計(jì)算時(shí)，需要考慮新建和既有結(jié)構(gòu)自重；土體自重；汽車(chē)荷載。輸出累加計(jì)算值，將其作為安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估參數(shù)。

1.3 基于LEC法的擋墻變形安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果量化

完成上述研究后，將下穿道路中的擋墻變形作為參照，獲取施工現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)值導(dǎo)入施工模型，根據(jù)施工中擋墻的變形與位移，進(jìn)行工程安全風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)[5]。在此過(guò)程中，需要先建立一個(gè)針對(duì)施工結(jié)構(gòu)的重力應(yīng)力分布場(chǎng)，模擬下穿道路施工過(guò)程。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工況，施工過(guò)程為：初始地應(yīng)力平衡→擋墻和通道結(jié)構(gòu)模擬、重新計(jì)算平衡→施做明挖區(qū)間（明挖基坑）→暗挖隧道左線注漿加固、上部土體開(kāi)挖并施做初期支護(hù)、臨時(shí)仰拱→左線下部土體開(kāi)挖并施做初期支護(hù)→暗挖隧道右線注漿加固、施做左線二襯→右線拆除臨時(shí)仰拱并施做右線二襯。

根據(jù)模擬的現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)流程，繪制明挖一期基坑施工完成后擋墻位移云圖，包括擋墻 X向變形（平行于暗挖區(qū)間方向）、擋墻 Y向變形（垂直于暗挖區(qū)間方向）、擋墻 Z 向變形（豎向變形）。

根據(jù)工程施工結(jié)果與預(yù)測(cè)的工況，對(duì)擋墻變形進(jìn)行分析。明挖基坑施做完成時(shí)，1#擋墻最大豎向變形為-1.09mm，沉降縫差異沉降為-0.30mm，新增最大傾斜值為-1.03/1000；2#擋墻最大豎向變形為-0.60mm，沉降縫差異沉降為-0.07mm，新增最大傾斜值為-0.07/1000；3#擋墻幾乎不受影響。根據(jù)所得數(shù)據(jù)，進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)計(jì)算公式如下：

公式（1）中：D表示為安全風(fēng)險(xiǎn)量化值；L表示為擋墻變形事故可能性；E表示為施工人員直接暴露的頻率；C表示為擋墻變形可能造成的后果。將計(jì)算后的D值進(jìn)行劃分，取值＞320時(shí)，證明工程施工存在較大風(fēng)險(xiǎn)，需要停止施工作業(yè)；取值在70～320之間時(shí)，證明工程施工存在風(fēng)險(xiǎn)，需要整改；取值在20～70之間時(shí)，證明工程施工存在風(fēng)險(xiǎn)，需要注意；取值＜20時(shí)，證明工程施工不存在風(fēng)險(xiǎn)。按照此種方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)的量化。

2 實(shí)例應(yīng)用分析

為了證明本文設(shè)計(jì)的評(píng)估方法可以應(yīng)用到真實(shí)的工程項(xiàng)目中，此次研究以新機(jī)場(chǎng)線一期工程穿越三環(huán)路擋墻及2號(hào)通道項(xiàng)目為例，展開(kāi)方法的實(shí)踐研究。實(shí)驗(yàn)前，獲取工程概況信息。

新機(jī)場(chǎng)線草橋站后折返線區(qū)間（右 K43+264.374～右 K43+924.891；左 K43+264.282～左 K43+910.979）右線區(qū)間全長(zhǎng)660.517m，左線區(qū)間全長(zhǎng)646.697m。線路自草橋站出站后自南向北先后下穿馬草河、南三環(huán)西路（玉泉營(yíng)橋）、燃?xì)庹{(diào)壓站、婚紗攝影城及古文化廣場(chǎng)1～2層建筑、京滬高鐵北京特大橋、京滬線鐵路地面線等到達(dá)新機(jī)場(chǎng)線一期工程設(shè)計(jì)終點(diǎn)。區(qū)間最小半徑 R=600.0m，最大縱坡26.5‰。

區(qū)間采用明挖法+暗挖法施工，區(qū)間出草橋站后至馬草河部分采用明挖法施工，長(zhǎng)度140.0m，為單層雙跨矩形斷面。區(qū)間下穿南三環(huán)西路、燃?xì)庹{(diào)壓站、婚紗攝影城及古文化廣場(chǎng)1～2層建筑、京滬高鐵北京特大橋、京滬線鐵路地面線部分采用礦山法施工，為單洞單線馬蹄形斷面。

區(qū)間在南三環(huán)西路西側(cè)綠地內(nèi)設(shè)置一座明挖區(qū)間風(fēng)井，在菜戶營(yíng)南路與京滬線鐵路交口處東北象限內(nèi)綠地設(shè)置一座暗挖施工豎井橫通道，橫通道兼作區(qū)間迂回風(fēng)道。為了方便實(shí)驗(yàn)進(jìn)行，在實(shí)驗(yàn)中選擇以墻頂結(jié)構(gòu)沉降A(chǔ)、沉降縫差異沉降B、新增傾斜C等作為影響穿道路施工安全的三個(gè)風(fēng)險(xiǎn)類型。針對(duì)基坑明挖施工、左線穿越施工、右線穿越施工，共三個(gè)工序的上述三個(gè)風(fēng)險(xiǎn)類型進(jìn)行評(píng)估，利用本文評(píng)估方法確定三個(gè)工序中各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)控制范圍，若實(shí)際施工時(shí)，其對(duì)應(yīng)參數(shù)在控制范圍內(nèi)，則說(shuō)明不會(huì)出現(xiàn)安全事故，反之同理。在實(shí)際施工過(guò)程中，將本文風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果以及實(shí)際施工參數(shù)記錄繪制成表（如表2所示）。

表2 實(shí)例應(yīng)用分析結(jié)果記錄表（單位：mm）

從表2可以看出，實(shí)際結(jié)果在評(píng)估范圍內(nèi)，則不會(huì)出現(xiàn)安全事故，實(shí)際結(jié)果在評(píng)估范圍外，則會(huì)發(fā)生安全事故，由此可以看出，將本文提出的評(píng)估方法應(yīng)用到實(shí)際工程項(xiàng)目中，可為工程施工安全開(kāi)展提供有利依據(jù)，若施工參數(shù)均能夠按照評(píng)估結(jié)果得出的范圍完成，則安全性將會(huì)得到顯著提升。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文開(kāi)展了北京新機(jī)場(chǎng)線折返區(qū)間下穿道路施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的設(shè)計(jì)研究，明確了施工中不同因素對(duì)工程安全造成的影響，為了進(jìn)一步提高工程質(zhì)量，需要在后續(xù)的施工中做好下述幾點(diǎn)工作：隧道開(kāi)挖時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制施工順序，先注漿加固后開(kāi)挖；確保暗挖隧道穿越擋墻階段的外側(cè)注漿加固厚度按照設(shè)計(jì)要求加厚；施工結(jié)束后，應(yīng)當(dāng)對(duì)擋墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，如若局部出現(xiàn)裂縫，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行修復(fù)；施工期間及施工結(jié)束后若干天時(shí)間內(nèi)，安排專人對(duì)近接影響地段范圍的擋墻結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，變形需滿足控制標(biāo)準(zhǔn)要求，否則應(yīng)采取相應(yīng)措施；制定針對(duì)性的應(yīng)急預(yù)案，如出現(xiàn)可能影響既有擋墻結(jié)構(gòu)安全的情況，采取應(yīng)對(duì)性措施，保證在發(fā)生問(wèn)題時(shí)各相關(guān)單位及人員能夠及時(shí)有效地進(jìn)行處理，保證既有擋墻結(jié)構(gòu)的安全，避免造成較大的損失并把不良影響降低到最低限度。