郑州地铁车站超深基坑施工风险管理与控制

钱健仁，黄 捷，吴 盛，刘壮志

(上海隧道工程股份有限公司，上海200127)

伴随我国城镇化进程的加快，大中型城市地面交通凸显过度饱和，地铁工程随之蓬勃兴起并于近年来渐呈“大规模、近距离、深开挖、紧工期、高难度”之趋势.但因经济与技术等原因引发的工程事故屡见不鲜，不仅延误工期，造成直接的经济损失及人员伤亡，更是对社会产生巨大的负面影响.因此，施工中如何利用各种手段探寻事故发生原因并推断其发生概率，以便对工程加以有效预控，最大程度减小事故损失，已成为摆在科研学者及工程技术人员面前亟待解决的一项课题.风险管理理论的及时出现为此开辟了一条可行途径.

风险管理包括风险的辨识、估计、评价、决策与跟踪.笔者从施工技术的角度，采用事故树风险分析理论，探讨黄淮冲击平原地质条件下的郑州地铁站超深基坑施工中存在的风险，初步总结了引发各类风险的可能因素并制定了相应风险预控措施，以保证城市地铁安全、高效地施工，同时为类似工程提拱参考.

1 深基坑工程风险管理

1.1 风险的概念

由以往基坑施工事故统计资料可知，深基坑施工风险因素种类多、不确定性强，且事故一旦发生，后果往往十分严重.因此，有必要在深基坑施工中提高风险分析的重视程度，从而达到有效控制风险和减小损失之目的.

一般来说，风险是不幸事件发生的可能性或一个事件产生人们不希望得到的结果的可能性.深基坑工程的风险定义为

1.2 深基坑工程施工期风险管理流程

深基坑工程的风险管理是一个动态过程，通常可分为5 个步骤［1］.

a.风险辨识.即找风险.通过对深基坑工程施工期所有的潜在风险因素进行分析、筛选、整理、归类，重点突出那些对目标参数影响较大的风险因素.

b.风险估计.对风险因素发生的概率及后果进行分析和估计，进而给出风险的概率分布.

c.风险评价.参照相应判别标准对目标参数的风险结果进行评价.

d.风险决策.针对风险大小程度的不同，结合实际情况，给出风险处理的合理对策.

e.风险跟踪.对风险的发展情况进行跟踪观察，督促风险规避措施的及时实施，同时对尚未辨识到的风险进行实时预测，从而做到施工期风险的动态管理.深基坑工程施工期风险管理的一般流程如图1所示.

图1 风险管理流程图

2 郑州轨道交通1号线紫荆山站风险分析

2.1 工程概况

紫荆山站是郑州轨道交通1号线与2号线的换乘站，1号线车站基坑长 151.9 m、宽 26.4～30.9 m、深23.8 m，主体围护结构采用厚1.0 m，深42.0 m的地下连续墙;2号线车站基坑长135.2 m、宽26.4～28.4 m、深33.0 m，主体围护结构采用厚1.2 m，深55.0 m的地下连续墙.

混凝土的抗压强度大，抗拉强度比较小，影响了混凝土的使用。混凝土裂缝产生的原因很多，主要是对混凝土的性质不了解，选材出现错误；混凝土材料配比不当；施工环节操作不当等，混凝土自身的塑性、吸水性也会导致裂缝的出现。

工程场地位于黄淮冲积平原地貌单元，静止水位深度6.5～13.8 m，各土层物理力学参数见表1.

表1 各土层物理力学参数

基坑周围环境复杂:2号线车站基坑跨越金水河;1号线基坑纵向距金水河堤最近处仅为0.64 m;主干道紫荆山立交桥距基坑最近位置仅为0.75 m.另外，电力隧道及省级文物保护建筑——黄河博物馆都在车站基坑影响范围之内，须进行拆迁.工程平面布置如图2所示.

查阅相关资料，该区域此前并无开挖深度超过33.0 m、地下连续墙施工深度超过55.0 m的基础工程先例，加之环境异常复杂，施工风险管理贯穿整个施工过程.因此，预先进行必要的风险分析，进而针对风险采取相应控制措施是该工程得以顺利完成的重要保障.

图2 工程平面布置图

2.2 风险分析

城市地下轨道交通工程的施工宜采取查表、专家调查、事故树或事件树、理论与数值计算等方法进行风险的分析与评估.其中事故树理论分析法(Fault Tree Analysis，FTA)能对基坑施工的风险因素及其逻辑关系做出全面系统的阐述，并纵观事故发生、发展全过程，找出行之有效的预防控制措施，为安全评价提供科学、可信的参考依据，故在基坑风险评估中发挥了至关重要的作用.以郑州轨道交通1号线紫荆山站基坑工程为例，从施工技术管理的角度，采用事故树的风险分析理论，根据文献［2－5］，绘制出该基坑的事故树图，如图3所示，进而对该工程的施工风险进行分析评估.

3 郑州轨道交通1号线紫荆山站风险控制

风险控制就是在风险分析的基础上，针对潜在施工风险提出有效处理意见并制定相应控制措施，力求将风险降到最低.紫荆山车站超深基坑环境复杂、施工风险众多，因此有必要针对各基本事件提出具体控制措施.结合中原地质条件，初步总结出基坑降水、围护结构施工、土方开挖以及周围环境等风险所引发因素和控制措施.

3.1 基坑降水风险

降水对深基坑工程的影响很大，岩土工程界历来都有“十祸九水”的说法，因此基坑降水的成败直接决定了工程施工的顺利与否.

降水风险引发的因素.结合该场地的降水管理及水文地质条件可知，可能引发该基坑降水风险的因素为潜水风险和承压水风险、降水井的布置、单井出水效果、降水井管理等;因潜水层土体渗透性好，含水量高，且以大气补给和地表水补给为主，故极易引发流砂、塌方等工程问题;而承压水则易引发坑底 突涌问题.

图3 基坑事故树

降水风险控制措施:宜结合该车站基坑工程及水文地质条件，有针对性地布置若干疏干井、降压减压井;期间应加强对降水井的实时监控，因土层渗透系数大，水位恢复较快，特在水泵上设置了应急转换器，以便断电后自动转换成应急电源;另外，根据水文地质情况、车站基坑开挖情况及周边环境监测情况，调整降水方案，减小对周边环境影响的同时满足工程施工的需要.

3.2 地下连续墙施工风险

地下连续墙施工风险引发因素.地下墙较深，工程成槽最深处达57.1 m，成槽深度深、各个工序施工时间相应较长，易引发沉渣增厚及槽段失稳等问题，因此选择合适的泥浆指标，确保泥浆护壁性能及采取合理措施减少沉渣厚度便显得尤为重要;地质报告显示，进入14号、16号土层标贯值达40击以上，对成槽设备要求高，对成槽设备性能要求较高;单幅钢筋笼重达49 t，整幅钢笼起吊风险较大，宜分节吊装;工程单节钢筋笼长达42 m，如此长度钢筋笼结构在吊装动荷载作用下，始终存在着钢筋笼应力集中，失稳变形的风险;另外，砂土比重大、粘度小、沉淀速度较快，宜合理安排清孔时间，减少地墙接缝夹泥夹沙的风险.

地下连续墙施工风险控制措施.针对该地质条件选用化学稳定性强、携砂能力强、低密度、低切力的泥浆，并利用泥浆处理系统对泥浆进行再生处理，以此达到节约资源的目的;成槽时应选择合理的开挖顺序，抓斗轻提轻放，保证吊具不松弛，并实时纠正偏差;严格控制钢笼的焊接质量，为了吊装安全，在钢笼中增设吊装桁架筋，以增加钢筋笼整体刚度，并事先制定科学详尽的吊装方案;混凝土浇筑时应严格控制导管的安装长度，根据槽幅宽度计算浇筑量与拔管长度函数关系，施工时严格控制拔管长度，保证导管插入混凝土深度始终保持在2～6 m.

3.3 基坑开挖风险

该工程基坑开挖深度达31.2 m，在该地区如此深的开挖深度鲜有文献资料可寻;该基坑性状不规则，计算模拟软件难以揭示开挖卸载后土体内力及变形规律;地质条件也较复杂.

基坑开挖风险引发的因素.主体基坑的长度较大，开挖时设置了纵坡，进行分段、分块、分层开挖.因此，纵坡的稳定性是引发开挖风险的主要因素之一，确保纵坡稳定是防止基坑工程事故的关键所在;此外，此基坑施工规模大、开挖深、工期紧、周围建筑物距离基坑近，导致周围构筑物的保护等较为困难;基坑形状极不规则，使得围护体系整体刚度变化不均匀，支撑体系局部应力集中，存在较大风险隐患，须采取有针对性的技术措施防止险情发生.

基坑开挖风险控制措施.基坑施工应严格控制放坡坡度;遵循预定方案，依照“先撑后挖”的原则进行，并提高钢支撑架设质量;动态调整内支撑预应力施加水平;及时浇筑混凝土施作底板;混凝土强度达设计值80%后方可拆撑或换撑;加强基坑降水管理;围护结构渗漏水部位应及时进行注浆堵漏;基坑应及时封闭，尽量减少暴露时间;实时进行基坑开挖监测，确保周边建筑物安全受控.

3.4 周围环境因素风险

因场地有大量建筑物需拆迁，拆迁工作的进展情况将直接影响工程工期和施工组织计划.基坑施工中的降水、土方开挖、支撑架设均不同程度地改变周围土层、构筑物、管线的受力状态，使之产生不同程度的沉降、变形、倾斜，轻则影响其使用功能，重则导致其结构破坏.

环境风险引发因素.拆迁工作进度对场地条件和施工组织安排的影响;地下连续墙施工控制不当引起渗水或流土发生，导致地面沉降和沉陷;基坑支护结构变形过大及内支撑结构失稳;进行给水、煤气、排水等管线超前改移时，接头、材质、埋设及位置的选择或处理不当.

环境风险控制措施.应与交通管理部门充分协调，加强对邻近基坑道路交通的管治，确保施工有序进行;施工期间应加强对基坑邻近建筑物，特别是重点保护建筑物的实时监测;加强各种管线的管理和评估，实时监控其重要控制部位的位移及变形;对地面沉降、建筑沉降和管线变形进行实时监测，准确了解其所处状态，确保管线保护在可控状态下有效进行;对劣化度较高的或接头、埋设方式和材质选择不当的管线，预先处理保护，必要时及时更换.

4 结语

a.以郑州轨道交通1号线紫荆山站超深基坑工程为例，利用事故树风险分析方法，依次对基坑施工过程中，基坑降水、围护结构施工、土方开挖以及周围环境所诱发的风险因素进行了归纳总结.

b.结合工程实例分析了诸多极易引发风险的因素，提出了针对各种风险的相应控制措施，以期对类似工程建设起到借鉴作用.

c.黄淮冲击平原区域地质条件下，超深基坑的施工先例尚少，此类工程所涉及的风险尚需进一步归纳总结，风险控制措施尚需进一步优化提高，从而使深基坑施工风险管理理论得以逐步发展完善.

［1］张雁，黄宏伟，万姜林，等.地铁及地下工程建设风险管理指南(试行)［M］.北京:中国建筑工业出版社，2007.

［2］徐兴华.宝钢1880热轧漩流池超深基坑施工风险管理研究［D］.上海:同济大学，2007.

［3］周红波，蔡来炳，高文杰.基坑地下连续墙渗漏风险识别和敏感性分析［J］.工业建筑，2009，39(4):84－87.

［4］龙小梅，陈龙珠.基坑工程安全的故障树分析方法研究［J］.防灾减灾工程学报，2005，25(4):365 －368.

［5］边亦海.基于风险分析的软土深基坑支护方案选择［D］.上海:同济大学，2006.