楊之軍，溫雙義（北京賽瑞斯國際工程咨詢有限公司， 北京 100070）

0 引 言

城市綜合交通樞紐將多種交通方式集于一體，將樞紐用地的地上和地下空間進(jìn)行有序組織，以規(guī)劃設(shè)計的立體化和集約化方式實現(xiàn)功能的高度綜合。它是集約利用資源和節(jié)能環(huán)保的客觀要求，對提升國家競爭力具有重要的戰(zhàn)略意義。城市交通樞紐地下空間實現(xiàn)的前提是開挖基坑，基坑工程的復(fù)雜性和綜合性使管控重大安全事故成為一項重要工作?；庸こ堂媾R場地水文地質(zhì)的地域性及不確定性、支護(hù)結(jié)構(gòu)計算理論的不完善性、周邊環(huán)境設(shè)施的重要性和復(fù)雜性、參建單位人員素質(zhì)和管理水平的差異性等。綜合性新型學(xué)科的基坑工程在支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計上采用半理論半經(jīng)驗?zāi)Ｊ?，在施工風(fēng)險管控上以實踐性較強的直觀經(jīng)驗法為主。明挖基坑是首選的施工方法，其特點是技術(shù)成熟、施工進(jìn)度快，但相對于蓋挖法施工安全風(fēng)險較大。明挖基坑在安全方面面臨風(fēng)險源多、持續(xù)時間長，每道工序或每項操作失控都可能釀成事故隱患。為此，在基坑施工中要樹立科學(xué)、系統(tǒng)、動態(tài)、全員的安全管理理念，科學(xué)組織，精細(xì)施工，綜合利用各種資源，運用信息施工法和專家經(jīng)驗全面地辨識安全風(fēng)險隱患，采取針對性管控措施防止重大安全事故。

1 工程概況

1.1 工程簡介

北京城市副中心站綜合交通樞紐工程第Ⅲ區(qū)基坑是獨立區(qū)域之一，第Ⅲ區(qū)平面基本呈長方形，長200 m，寬53 m，深32 m，面積10 600 m2。本基坑屬于基本穩(wěn)定場地，地層分布基本為細(xì)砂層。作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)的地下連續(xù)墻（以下簡稱“地連墻”）趾坐落在粉質(zhì)黏土～重粉質(zhì)黏土地層上。地下水位在地表下約9 m，第1層承壓水的水頭8.98 m位于30 m以下，第2層承壓水的水頭6.5 m位于40 m以下。第Ⅲ區(qū)基坑周邊市政道路、鐵路和管線分布，如表1所示。

表1 第Ⅲ區(qū)基坑周邊道路、鐵路和管線分布表

1.2 設(shè)計簡介

第Ⅲ區(qū)基坑采用明挖順做施工方式，圍護(hù)結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土地連墻，支撐結(jié)構(gòu)由5道鋼筋混凝土水平支撐和豎向格構(gòu)柱組成。地連墻厚1 200 mm，深50.3 m～61.8 m，水下混凝土C35P8；格構(gòu)柱500 mm×500 mm，由4肢角鋼（4×L200×20 mm）構(gòu)成。設(shè)計要求圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移≤0.15%H,支護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移0.2%H；周邊環(huán)境變形≤0.2%H；地面最大沉降量0.15%H，且不大于30 mm。第Ⅲ區(qū)基坑支撐結(jié)構(gòu)主要參數(shù)，如表2所示。

表2 第Ⅲ區(qū)基坑支撐結(jié)構(gòu)主要參數(shù)

2 施工組織方案簡介

第Ⅲ區(qū)基坑開挖深度32 m，土方34萬m3。工程場地狹窄，施工中土方開挖機械、運輸機械、吊裝機械等作業(yè)相對集中，交叉作業(yè)頻繁；基坑周邊環(huán)境安全等級高，環(huán)保要求嚴(yán)，工期緊張，基坑安全風(fēng)險為一級。根據(jù)以上因素，在確?；影踩那疤嵯戮幹苹庸こ淌┕ぐ踩M織方案?；娱_挖遵循“分層、分段、對稱、均衡、適時”的原則，地下水控制采用“截水帷幕＋坑內(nèi)疏水”方案。重點控制對圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全影響較大的支撐結(jié)構(gòu)受力轉(zhuǎn)換工序，同時重視基坑內(nèi)外的疏水和減壓降水及回灌、基坑周邊施工荷載、周邊環(huán)境設(shè)施監(jiān)測、基坑內(nèi)外排水、基坑地表擋水、應(yīng)急處理等工作。第Ⅲ區(qū)基坑主要施工流程，如圖 1 所示。

圖1 第Ⅲ區(qū)基坑主要施工流程

3 基坑工程安全風(fēng)險管理概述

基坑工程安全是建筑工程安全中最突出的問題之一，建筑工程安全又是安全工程學(xué)的一個分支，因此安全工程學(xué)的基本理論完全適用于基坑工程的安全風(fēng)險管理。

3.1 安全事故致因理論

在眾多的安全事故致因理論中，現(xiàn)代事故因果連鎖理論和事故能量轉(zhuǎn)移理論對基坑工程安全管理具有較強的針對性。美國學(xué)者博德（Frank Bird）的“現(xiàn)代事故因果連鎖”理論認(rèn)為：事故的直接原因是人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)；間接原因是個人及與工作條件的因素；根本原因是管理缺陷，即管理上存在的問題或缺陷是導(dǎo)致間接原因存在的原因，間接原因的存在又導(dǎo)致直接原因的存在，最終導(dǎo)致事故發(fā)生?，F(xiàn)代事故因果連鎖理論的五個因素為管理缺陷、個人及工作條件的因素、直接原因、事故和損失。

美國學(xué)者哈登（Haddon）的“事故能量轉(zhuǎn)移”理論認(rèn)為：能量是導(dǎo)致事故發(fā)生的根源，事故是能量的不正常轉(zhuǎn)移。安全管理就是對能量的有序管理。事故能量轉(zhuǎn)移理論從事故的能量作用類型出發(fā)，研究各種能量的轉(zhuǎn)移規(guī)律，能量轉(zhuǎn)移作用的規(guī)律，能量轉(zhuǎn)移的時間和空間規(guī)律。預(yù)防事故的本質(zhì)是能量控制，通過對系統(tǒng)能量的消除、限值、疏導(dǎo)、隔離、轉(zhuǎn)移等技術(shù)措施來控制能量的不正常轉(zhuǎn)移。

3.2 安全管理的基本原理

安全管理是以安全為目的進(jìn)行的有關(guān)決策、計劃、管理和控制方面的活動?？刂剖鹿适前踩芾淼暮诵模A(yù)防為主是控制事故的本質(zhì)。因此，安全管理也就是利用管理活動，將事故預(yù)防、應(yīng)急措施和保險補償手段有機地結(jié)合在一起，達(dá)到保障安全的目的。安全管理所運用的基本原理為系統(tǒng)原理、人本原理、預(yù)防原理和強制原理，其中強制原理是指采用強制管理的手段控制人的意愿和行為，使個人的活動和行為受到安全生產(chǎn)管理法規(guī)的約束，也就是說，在基坑工程安全管理中，必須遵守現(xiàn)行的相關(guān)法律法規(guī)。

3.3 安全事故的預(yù)防理念

安全事故的預(yù)防就是根據(jù)事故致因理論，分析事故的致因及相互關(guān)系，采取有效的防范措施，消除事故致因因素，避免事故發(fā)生。事故預(yù)防遵循的基本理念為事故可以預(yù)防的理念、防患于未然的理念、根除事故可能的原因理念和全面治理的理念。其中全面治理就是從安全技術(shù)、安全教育、安全管理等方面，對物的不安全狀態(tài)、人的不安全行為和管理的不安全因素進(jìn)行治理和排除?；庸こ淘谑┕るA段，從狹義的安全管理角度出發(fā)就是根除事故可能的原因，保障基坑工程安全。

4 基坑工程危險源辨識與風(fēng)險管理

基坑工程施工過程中存在各種危險源，只要危險源存在，就有發(fā)生事故的可能?；庸こ痰陌踩芾砭褪钦页鑫ｋU源，并科學(xué)地評價風(fēng)險發(fā)生的可能性，制定相應(yīng)的預(yù)防措施。

4.1 基坑危險源辨識途徑

危險源是經(jīng)過觸發(fā)因素作用而使其能量逸散失控，導(dǎo)致人體傷害或財產(chǎn)損失的具有能量的物質(zhì)和行為，由潛在危險性、存在條件和觸發(fā)因素三要素構(gòu)成。危險源分為兩類，第一類是產(chǎn)生或擁有能量的；第二類是導(dǎo)致約束、限制能量的措施失控、失效或破壞的各種不安全因素，也被稱為事故隱患。事故的發(fā)生是這兩類風(fēng)險源作用的結(jié)果。

危險源辨識途徑：其一是根據(jù)已發(fā)生的事故找出觸發(fā)因素（或稱事故隱患），通過觸發(fā)因素找出危險源；其二是模擬和預(yù)測系統(tǒng)內(nèi)尚未發(fā)生（有可能要發(fā)生）的事故，分析可能發(fā)生的原因，通過這些原因找出觸發(fā)因素，通過觸發(fā)因素找出危險源。基坑工程基本根據(jù)第一途徑找出危險源。

4.2 基坑安全風(fēng)險管理的核心工作

安全風(fēng)險是指危害事件發(fā)生的可能性和后果嚴(yán)重程度的組合，即風(fēng)險為可能性與嚴(yán)重程度的乘積。第一類危險源決定后果的嚴(yán)重程度，第二類危險源決定發(fā)生的可能性，兩類危險源共同決定風(fēng)險的大小。

安全風(fēng)險管理就是對危險源的辨識與控制，通過對人、機、料、法、環(huán)各方面辨識出工作（活動）中可能存在的各種類型的危險源；然后對危險源進(jìn)行分析、評價，找出需要防控的危險源；按照風(fēng)險等級對需要防控的危險源制定風(fēng)險防控措施并予以落實。多年來，大量事故實例表明，辨識出的危險源基本上設(shè)置了相應(yīng)的防控措施，但因防控措施的缺陷和漏洞，失去應(yīng)有作用而造成事故的發(fā)生。因此，辨識并堵塞防控措施漏洞，開展全員全過程的事故隱患（第二類風(fēng)險源）排查治理是事故預(yù)防中的主要工作，也是基坑工程安全風(fēng)險管理的核心工作。

4.3 超深大基坑風(fēng)險源類型

基坑工程土方開挖過程是基坑開挖面垂直方向和擋墻水平方向的卸荷過程。基坑開挖使一定范圍內(nèi)土體應(yīng)力場和水力滲透場失衡，當(dāng)采用支護(hù)等措施后，土體應(yīng)力場和水力滲透場重新處以平衡或動平衡狀態(tài)。在支護(hù)結(jié)構(gòu)等措施存在缺陷或失效時，新建立的平衡被打破，將會造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形、周邊地表沉降，進(jìn)而造成鄰近的建筑物、道路、地鐵或管線等位移變形或影響使用，嚴(yán)重者基坑傾覆坍塌，造成重大人身傷亡和重大財產(chǎn)損失。

經(jīng)過多年的實踐，人們從慘痛的事故中吸取經(jīng)驗和教訓(xùn)，總結(jié)出基坑工程的危險源及其管控措施，并用法規(guī)形式以強制管理手段予以規(guī)定。不論是設(shè)計階段還是施工階段，政府監(jiān)督部門、建設(shè)單位、勘察設(shè)計單位、監(jiān)測單位、施工單位和監(jiān)理單位都要明確各自職責(zé)。深基坑工程第一類固有風(fēng)險源經(jīng)多年研究和實踐較容易辨識，第二類人為風(fēng)險源由于涉及因素較多，在施工過程中是辨識的重點。運用直觀經(jīng)驗分析法，基坑常見第一類風(fēng)險源類型有土體的重力勢能、地下水的水頭差勢能、機動車輛和起重機械的自身動能等，第二類常見風(fēng)險源有支護(hù)結(jié)構(gòu)缺陷、地下水控制缺陷、土方開挖控制缺陷、大型機械現(xiàn)場管理缺陷、周邊環(huán)境風(fēng)險控制缺陷、突發(fā)自然災(zāi)害等。

5 超深大基坑工程風(fēng)險管理措施

超深大基坑工程實施過程中對需要防控的風(fēng)險源，制定風(fēng)險防控措施和應(yīng)急預(yù)案，組織監(jiān)測、跟蹤、記錄和處置?；语L(fēng)險分為工程自身風(fēng)險和環(huán)境風(fēng)險，工程自身風(fēng)險是由于工程結(jié)構(gòu)自身特點、地質(zhì)條件復(fù)雜性或工程施工等可能導(dǎo)致的工程結(jié)構(gòu)安全性受到影響或發(fā)生工程風(fēng)險事件的風(fēng)險；環(huán)境風(fēng)險是因工程施工可能導(dǎo)致周邊環(huán)境安全性受到影響或發(fā)生破壞的風(fēng)險。鑒于超深大基坑工程安全事故的易發(fā)性和后果的嚴(yán)重性，各級政府部門將其列為重大生產(chǎn)安全事故隱患管理或危險性較大工程事故隱患管理范圍。以北京副中心站第Ⅲ區(qū)明挖超深大基坑為例，通過對施工中常見風(fēng)險源的研判，制定針對性的防控措施。

5.1 基坑內(nèi)施工技術(shù)風(fēng)險處理措施

基坑內(nèi)施工技術(shù)風(fēng)險屬于工程自身風(fēng)險，也是引起環(huán)境風(fēng)險的根源，基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)體系的實施過程也是基坑內(nèi)施工技術(shù)風(fēng)險的防控過程。

5.1.1 地連墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)風(fēng)險處理

超深大基坑常采用鋼筋混凝土地連墻作為圍護(hù)結(jié)構(gòu)，地連墻與支撐體系組合抵抗土體變形，其自身的不透水性阻斷基坑內(nèi)外的地下水滲透。地連墻施工質(zhì)量要滿足強度和防水要求，其防水性依賴于墻幅間的接縫質(zhì)量、混凝土澆筑、墻趾插入隔水地層深度和注漿質(zhì)量。地連墻安全風(fēng)險關(guān)鍵部位或工序防控措施，如表3所示。

表3 地連墻安全風(fēng)險關(guān)鍵部位或工序防控措施

5.1.2 混凝土支撐系統(tǒng)風(fēng)險處理

混凝土水平支撐與腰梁和格構(gòu)柱組成支撐體系，構(gòu)成空間結(jié)構(gòu)受力體系，常見問題為水平支撐質(zhì)量缺陷、水平支撐與地連墻及格構(gòu)柱節(jié)點連接缺陷、格構(gòu)柱質(zhì)量缺陷、格構(gòu)柱豎向位移超限、水平支撐或格構(gòu)柱遭遇撞擊砸損?；炷林误w系風(fēng)險關(guān)鍵部位或工序防控措施，如表4所示。

表4 混凝土支撐體系風(fēng)險關(guān)鍵部位或工序防控措施

5.1.3 基坑降排水風(fēng)險處理

基坑降水通常由疏干井降低坑內(nèi)水位，為土方開挖提供條件。當(dāng)?shù)貙佑谐袎核?jīng)突涌穩(wěn)定性驗算不足時設(shè)置減壓井降低承壓水水頭，當(dāng)周邊地表沉降超標(biāo)時向回灌井注水，當(dāng)?shù)剡B墻發(fā)生滲漏或降雨時由坑內(nèi)的集水坑水泵應(yīng)急排水。常見問題為基坑降水引起地表沉降，基坑減壓降水或排水不及時引起基坑突涌、變形或坍塌。降排水風(fēng)險關(guān)鍵部位或工序防控措施，如表5所示。

表5 降排水風(fēng)險關(guān)鍵部位或工序防控措施

5.1.4 基坑土方開挖風(fēng)險處理

地下工程基坑開挖是按預(yù)定施工方案由地表向下開挖土方的一項重要工序，重大安全風(fēng)險基本發(fā)生在這一過程。土方開挖每步的平面尺寸、深度、形狀等空間尺寸，以及開挖速度、開挖順序、開挖面無支撐暴露時間等因素對基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的變形影響顯著?；娱_挖應(yīng)遵循“分層、分區(qū)、平衡、對稱、限時、先撐后挖”的原則，最大程度地考慮土體的空間效應(yīng)，減小支護(hù)結(jié)構(gòu)變形，同時防止格構(gòu)柱、立柱、水平支撐因砸撞造成變形或斷裂。開挖風(fēng)險關(guān)鍵部位或工序防控措施，如表6所示。

表6 開挖風(fēng)險關(guān)鍵部位或工序預(yù)防措施

5.2 基坑外周邊環(huán)境風(fēng)險處理

除防止整體傾覆坍塌、基底突涌外，基坑安全風(fēng)險中的基坑周邊環(huán)境風(fēng)險控制越來越成為關(guān)注重點，發(fā)生事故同樣會造成重大人身傷亡、重大經(jīng)濟損失和重大社會影響。圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形、滲水或流砂會造成地表沉降，將影響周邊環(huán)境建筑物、鐵路、地鐵、道路、電纜、給排水管線、供熱管線、煤氣管線等設(shè)施的本體安全和正常使用。同時還需考慮施工產(chǎn)生的噪聲、揚塵、廢棄泥漿、渣土車輛遺灑、空氣污染等問題。主要預(yù)控措施為：嚴(yán)格執(zhí)行批準(zhǔn)的專項施工保護(hù)方案，地下水及時回灌，設(shè)置周邊環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，加強現(xiàn)場巡視檢查和專家巡視，及時評價現(xiàn)場風(fēng)險狀態(tài)等。

5.3 基坑監(jiān)測

基坑監(jiān)測是在基坑施工及使用階段，運用儀器量測、現(xiàn)場巡視等手段和方法對基坑及周邊環(huán)境的安全狀態(tài)、變化狀態(tài)及其發(fā)展趨勢實施的定期或連續(xù)巡查、量測、監(jiān)視以及數(shù)據(jù)采集、分析、反饋活動。基坑監(jiān)測的目的是為信息化施工和基坑周邊設(shè)施的保護(hù)提供依據(jù)，為優(yōu)化設(shè)計方案提供依據(jù)。

基坑現(xiàn)場人工巡查是基坑監(jiān)測的重要手段，分為安全風(fēng)險巡查、管理巡查和專家巡查。安全風(fēng)險巡查主要由第三方監(jiān)測單位和監(jiān)理單位負(fù)責(zé)；管理巡查是各參建單位在管理職責(zé)、工作內(nèi)容和工作質(zhì)量等方面的自查和巡查；專家巡查是建設(shè)單位組織專家對重點或較大風(fēng)險工點，以及現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的風(fēng)險狀態(tài)工點進(jìn)行巡查。當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)達(dá)到預(yù)警值時，應(yīng)及時組織分析采取相應(yīng)措施；當(dāng)出現(xiàn)危險預(yù)警（紅色預(yù)警）時，應(yīng)立即啟動應(yīng)急預(yù)案。

根據(jù)有關(guān)資料，明挖超深大基坑變形的基本規(guī)律為：長方形基坑最大水平位移位置發(fā)生在長邊的中部，不規(guī)則基坑最大水平位移位置發(fā)生在陽角部位。圍護(hù)結(jié)構(gòu)豎向最大水平位移位置約在（2/3）H處，在軟弱地層其位置向下移動。地連墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移量為（0.1%～0.9%）H。在軟土地層下，地連墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)隨開挖深度增加，墻體上半部位變形趨勢由內(nèi)向外（坑外），第一道水平支撐軸力表現(xiàn)為由壓力變拉力?？拥淄馏w回彈隆起表現(xiàn)為中間大兩邊小，但軟土塑性隆起表現(xiàn)為中間小兩邊大。

5.4 基坑應(yīng)急預(yù)案

基坑工程應(yīng)急預(yù)案是根據(jù)施工現(xiàn)場存在的危險源和可能發(fā)生的事故類型，對危險性較大的分部分項工程制定的專項施工方案?；討?yīng)急預(yù)案內(nèi)容包括適用范圍、應(yīng)急組織機構(gòu)及職責(zé)、事故風(fēng)險分析、響應(yīng)啟動、處置措施、培訓(xùn)與演練和應(yīng)急保障。常見應(yīng)急處置預(yù)案包括基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)傾覆或坍塌、地連墻滲漏水或涌砂、坑底突涌、基坑周邊地表沉降變形、周邊環(huán)境設(shè)施變形或影響使用、災(zāi)害性天氣（大暴雨、臺風(fēng)）等。

6 結(jié) 語

超深大基坑安全風(fēng)險管理是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，是施工技術(shù)和管理技術(shù)密切結(jié)合的綜合性工作。在基坑施工過程中，安全風(fēng)險管理的重點是基坑坍塌和周邊環(huán)境變形，安全風(fēng)險管理的核心工作是遵守安全法規(guī)，采用信息化施工手段動態(tài)、全過程、全員進(jìn)行事故隱患排查和治理，辨識并堵塞防控措施的漏洞，實現(xiàn)基坑施工安全的目標(biāo)。