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盾構豎井深基坑工程風險識別與評估

文檔作者：芮大虎1 張長海1 王楊1 陳永栓2 楊建輝1 文檔來源： 1.河南理工大學土木工程學院中鐵十六局集團有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2020年11月30日
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第35卷增
2013年6月
土建筑與環(huán)境工程
 Vol.35
 Journal of Civil, Architectural&amp;amp; Environmental Engineering
Jun.2013
doi:10.11835j.issn.1674-4764.2013.s1.026
盾構豎井深基坑工程風險識別與評估
芮大虎1,張長海1,王楊1,陳永栓2,楊建輝1
(1.河南理工大學土木工程學院 中鐵十六局集團有限公司,北京100018
摘要:隨著盾構法的廣泛應用,迫切需要對盾構豎井深基坑在設計與施工過程中所存在的風險進行合理評估,以
下取動態(tài)管理和風險管理等措施的實施,從而實現(xiàn)快速安全施工結合北京市南水北調配套工程南干
渠3#盾構井深基坑工程,并根據(jù)該工程地質特點及周邊環(huán)境等條件;采用工程分解結構法(WBS)對該工程分解
然后應用故障樹法(FTA)對該工程的風險事件和風險因素進行識別;最后利用綜合集成評估方法,計算出該工程風
險等級,結果為三級,屬較高等級;該評估方法可為同類工程參考借鑒。
關鍵詞:盾構豎井;工程結構分析法;故障樹法;風險評估
中圖分類號:U455.8文獻標志碼:A文章編號:1674-4764(2013)S1-0117-04
 Risk Identification and Assessment in Deep Foundation Pit Project of Shield Shaft
 Rui Dahu'. Zhang Changhai'. Wang Yang'. Chen Yongshuan'. Yang Jianhui'
 (1. School of Civil Engineering, Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454000, Henan, P, R. China:
 2. China Railway 16th bureau., Ltd, Beijing 100018,. R. China)
 Abstract: With the rapid development of shield construction risk attracts comprehensive attentions in deep foundation pit
 engineering. Taking as an example the foundation pit excavation construction of 3# shield shaft project in South-North Water
 Diversion main canal project, the WBS method was brought forward to break down the work of deep foundation pits based on
 the engineering geological conditions and the condition of surrounding in the 3# shield deep foundation pits. Then its risk
 events and factors of construction of deep foundation pits were identified by use of the fault tree method. Finally,the
 construction risk degrees of all kinds were evaluated and decided in accordance with the general integration risk assessment
 method based on the AHP method. The me
 method could be used to evaluate the risk degree of similar project.
 edown structurea
 Key words: Shield shaft; Work Breakdown Structure; Fault trees method; Risk assessment
隨著城市建設與大型公共設施建設的發(fā)展地下空間開行研究,并應用到美國許多大型地鐵工程的風險分析中王
發(fā)與利用已成為當前工程建設的主要組成部分尤其是盾晶等提出了地鐵隧道施工過程中風險管理的框架說明了
構隧道工程的快速發(fā)展,其豎井深基坑工程隨之大量涌現(xiàn)風險管理在地鐵隧道施工中的重要性然而,就目前關于隧
由于深基坑開挖施工具有工期長施工難度大及對周邊環(huán)境道工程的風險評價中,唯獨對盾構隧道始發(fā)豎井施工時的風
要求高等特點,因此是一個復雜的系統(tǒng)工程如2008年險缺乏研究因此本文結合北京市南水北調配套工程
井深基坑工程進行了風險評
杭州地鐵湘湖車站基坑事故造成17人遇難,4人失蹤的重大南干渠3構豎井深基坑工程進行了風險評估探討根
事故給國家和社會帶來巨大的經濟損失和不良影響因據(jù)該標段3#盾構豎井深基坑地質特點以及周邊環(huán)境等條
此,為保證基坑工程順利實施應采取科學的方法,對可能遇件,首先采用工程分解結構(wbs, Work Breakdown Struc
到的風險進行預測分析與控制
ture)法1對基坑工程進行分解,然后采用故障樹(FTA
現(xiàn)行的風險評估理論和技術主要集中于基于不確定理 Fault Tree Analysis)法對該基坑工程風險事件和風險
論概率與數(shù)學統(tǒng)計工程可靠度模糊數(shù)學等多種理論方素進行識別最后應用綜合集成評估方法進行評估
公路隧道
道等將概率風險評估應用于高速
管理決策者能夠較好地提出風險解決方1盾構豎井工程概況
案 Isaksson于202年采用風險分析理論,對地下工程中1.1工程地質條件
3
不同施工方案的工期與費用進行了分析,并通過工程應用驗3#盾構豎井地層結構為粘砂、礫多元結構,工程地質
證了所提出的相應評估模型的合理性 Reilly對大型隧道條件較簡單上部依次為素填土厚度0.5~2.5m,粉土夾粉
及地下工程進行風險分析時著重從工程的風險管理方面進質粘土總厚度為7~11m;中部依次為中粗砂及粉質粘土,總
收稿日期:2012-12-1
基金項目國家自然科學基金項目(41590)河南省科技廳重點關項目(102221026)
作者簡介,芮大虎(1969-)男博士,主要從事巖土工程及下工程研究,(-maidrui@hpu.edu.cn
118
土木建筑與環(huán)境工程
第35卷
厚度為1.6~2.7m;下部為圓礫及卵礫石但局部存在
勘探期間地下水位高程為
表1因素兩兩間相對重要性評估準則及其賦值
12.6~13.78m
標度b
含義
上層滯水,其水位為29.91~32.42m;如遇上層水應及時
將其抽出基坑防止水泡基坑其中主要含水層圓礫層的
1
兩因素同樣重要
滲透系數(shù)按80m/d考慮
3
因素比因素稍微重要
1.2工程特點
因比因素明顯重要
3#盾構井凈長度80m作為盾構始發(fā)兼接收井盾構井
因素比,因素強烈重要
始發(fā)端接收端的豎井平面凈尺寸均為13.5m×9.0m(長×
9
因素比,因素極重要
豎井基坑開挖階段支護形式采用C25鋼筋砼鉆孔灌注樁
1/3
因素比因素稍不重要
鋼管支撐形式,基坑深度17.651度
1/5
因素比因素明顯不重要
由于工程施工周期長開挖深度和跨度大,對支撐圍護
結構技術要求相對較高因此如何保證基坑的穩(wěn)定性成為工
1/7
因素比因素強烈不重要
程的重點其中,重點施工工序包括鉆孔灌注樁施工降水
1/9
因素比因素極端不重要
施工基坑開挖及圍護支撐和二結構施工等。
2、4、6、8、1/2、
上述兩相鄰判斷的中間值,如2”為
1/4、1/6.1/8
屬同樣重要和稍微重要之間
2風險識別
根據(jù)基坑工程的地質條件和結構特點,首先采用WBS
表2A-B判斷矩陣
法將基坑工程按工序分解為鉆孔灌注樁基坑開挖與支撐
 A B B2 B
井點降水及二襯結構然后再對每一個工序可能產生的風險
事件進行分析,最后利用故障樹法找出致險因子,并建立風
B11/2
險事件清單基坑工程施工風險清單如圖1所示
B21
311
40.335
50.384
B31/31
20.202
盾構整井深基坑
B41/41/51/210.079
施基坑開挖及支撐B點降水二結構
表3BC判斷矩陣
降水Bc
失
C
 C2 C3
w
沉降
1
1/51/30.11
管線沉降
5
1
2
0.581
3
1/2
10.309
 B:-C
 C. Cs C., w
圖1基坑工程施工風險清單
C1252710.334
3風險評估
C31/211121/30.097
風險評估是利用綜合集成法對基坑工程進行評估
C1/5111/211/30.079
該法是首先采用層次分析法對風險致險因子的重要度進行
C1/212111/20.101
計算然后根據(jù)調查打分法對風險事件發(fā)生的概率發(fā)生后
后根
「風
的率
C1/71/211130.154
果進行調查估值,最后將風險事件的權重與風險可能性和風C13321/310.235
險影響后果進行綜合計算以保證計算結果更加客觀可靠B1-C
3.1評價指標權重的確定
其最大特征值所對應的向量即為對應各因子的權重向
權重的確定采用層次分析法(AHP)該法是把同級
w
各個因子兩兩相互比較包括因子自身比較)然后按重要性
 CLo
1
1
大小在一個9標度表(表1)中進行仿數(shù)量化,從而使各因子
數(shù)量值構成一個“構造判斷矩陣該矩陣經一致性檢驗后
具體重要度分析及相應權重向量計算結果分別如表2、表 Cu Cu
 B.
°
1
1/3
0.250
所示
a
 Cu
3
1
0.750
第35卷增刊
芮大虎等:盾構豎井深基坑工程風險識別與評估
119
3.2基坑工程風險計算
井點降水B3=(0.54)
風險事件發(fā)生的概率p和發(fā)生后果C按照表4、表5估二襯結構B4=
值打分經過專家調查打分估值后,得出各個風險事件的估3.3風險等級0.360.27)
值,如表6所示
按照綜合集成的方法,并根據(jù)風險等級表(表7)確定風
表4風險發(fā)生概率P等級標準
險等級
風險等級
根據(jù)綜合集成方法如式(2)所示計算各個工序層的風
1級
概率范圍風險事件發(fā)生概率描述險。×B
0~0.2
很不可能發(fā)生
2級
0.2~0.4不太可能發(fā)生
式中,R為風險值,W為各工序權重向量,B為各工序風險
3級
0.4~0.6
可能發(fā)生
值形成的向量
4級
很可能發(fā)生
這樣可計算出鉆孔灌注樁工序的風險值為0.55,基坑開
0.6~0.8
挖及支撐為0.65,并點降水為0.54,二對結構為0.29。則各
5級
0.8~1.0
幾乎一定發(fā)生
工序的風險值構成的向量即為(0.550.650.540.29),那么
基坑工程施工的風險值則為
表5風險發(fā)生后果c等級標準
R=xB=0.3350.55+0.3840.65+0.202
后果等級
概率范圍風險發(fā)生后果描述0.54+0.079×0.29=0.57
1級
0~0.2損失輕微的或沒有損失
按照風險等級的定義如表7所示,該基坑工程屬于三
級,其風險事故后果嚴重對工程施工可能造成一定范圍內
2級
0.2~0.4有一定的損失
的破壞其中,基坑開挖及支撐風險最大,二樹結構的風險
3級
0.4~0.6
損失較大
最小各個工序的風險值大小如圖2所示基坑開挖及支撐
4級
0.6~0.8
損失很嚴重
工序中的風險事件的風險示意圖如圖3所示
5級
0.8~1.0災難性的損失
表7風險等級表
等級估值
風險描述
表6評價指標估值
1級0.0~0.2風險水平最低等級風險事故后果可以忽略
風險事件
 P
孔壁塌
0.40.2
風險水平較低等級,風險事故后果值得考慮,
鉆孔注樁身出現(xiàn)蜂窩孔洞及斷樁C20.30.3
2級0.2~0.4應采用一定的應對措施
樁施工B
鋼筋籠上浮下沉C0.50.3
3級0.4~0.6風險水平較高等級風險事故后果嚴重對工
基坑縱向邊坡失穩(wěn)C0.20.6
風險水平很高等級風險事故后果非常嚴重可
支撐失穩(wěn)導致基坑崩塌C0.30.4
4級0.6~0.8能在較大范圍內對工程造成破壞并有人員傷亡
風險事故后果
基坑開挖及
承壓水突酒
0.20.3
5級0.8~1.0白
風險水平最等級風險事故后果是災難性
支撐B
坑底起0.20.5
10
圍護結構位移過大C0.30.5
上
08
周圍建筑物管線沉降C0.20.6
30.65
井點降水B降水引起周圍地表沉降C0.30.2
0.4
二襯結構B
圍護結構損傷0.20.2
02
澆筑失穩(wěn)
0.10.2
對風險事件的風險計算,可據(jù)式(1)計算
注鉆孔注Ⅱ基坑開挖及支撐
并點水:結構
(1)
圖2各工序風險值
式中R為風險值P為風險發(fā)生的概率;C為風險發(fā)生后果
等級概率
結語
例如,風險事件孔壁坍塌的風險值R=P+c-Px結合北京市南水北調配套工程南干渠某標段3#質構豎
=0.4+0.2-0.4×0.2=0.52同理,可計算出鉆孔灌注樁井深基坑工程的風險,進行了分析評估,得到以下結論
施工中其他風險事件的風險值,最后將計算出的風險值組成1)采用工程分解結構法(WBS)對基坑工程進行分解然
向量:B1=(0.520.510.65)。
后再根據(jù)故障樹法(FTA)分析識別各個工序的風險,最后采
其他工序的風險值向量分別為
用綜合集成法對該基坑工程總體風險值進行了計算,結果為
基坑開挖及支撐B2=(0.680.580.540.6.650.68)0.5判定風險等級為三級屬較高等級
120
土木建筑與環(huán)境工程
第35卷
10
[8] Rerilly. The management process for complex underground
0.8
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8
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04
.地下空間與工程學報,20095(2)385-389
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縱向失穩(wěn):支撐失穩(wěn)導致基坑塌
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周圍建筑物管線沉降
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論依據(jù),并據(jù)此采用動態(tài)控制與風險管理優(yōu)化施工組織設
 management in tunnel and underground works []. China Safety
S
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計以確保安全快速施工
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2
(編輯胡玲

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