深基坑工程施工风险评估方法研究*

师旭超

(河南工业大学土木建筑学院，河南郑州 450052)

深基坑工程施工风险评估方法研究*

师旭超

(河南工业大学土木建筑学院，河南郑州 450052)

深基坑工程是一个复杂的系统，其风险评估是当前岩土工程界的热点之一。基于模糊层次分析法，确定了深基坑工程项目施工风险评估的指标体系及其风险评估影响因子的相对权重;通过对深基坑施工风险发生概率及风险损失程度进行分级，结合实际深基坑事故损失量化特征，建立了深基坑施工风险接受度门槛值，确立了深基坑施工风险评估标准;基于风险矩阵定性与定量相结合的评价方法，确定深基坑施工风险评估模式。通过实际深基坑工程案例，判定了深基坑工程施工过程中各个风险因子的风险等级。验证了本文风险评估模式的有效性。

建筑工程;深基坑;风险;评估;方法;风险矩阵

1 引言

随着城市建设与大型公共设施建设的蓬勃发展，地下空间的开发与利用成为了工程建设的重要组成部分，基坑工程正朝着超大、超深的方向发展。深基坑工程是一个复杂的系统工程，其施工技术要求高、危险系数大、发生事故时往往带来难以估量的生命财产损失。如2008年11月15日，杭州地铁湘湖车站基坑突然发生事故。基坑两侧向坑内挤入，紧邻基坑道路路面大面积塌陷，塌陷长度近100m，塌陷深度7m左右;基坑东边河道内河水涌入坑内;围护结构严重损毁。基坑工程施工是城市基础设施建设的关键环节，也是劳动安全与社会公共安全监管的重点，个别基坑发生或引发安全事故，除可能导致项目巨大的费用、工期损失外，还会对项目参与各方带来无法挽回的社会声誉损失，昭示出基坑工程的严肃性和复杂性。因此，在深基坑工程实施前，应充分科学地预测可能遇到的风险，并进行有效地风险分析与控制。

现行的风险评估理论和风险评估技术主要集中在基于不确定性理论、概率及数理统计、模糊数学、决策理论等多种理论方法［1］。目前，对基坑工程施工的风险评估工作还停留在定性和简单的定量评估水平上。在国内外还没有具体针对深基坑工程施工进行风险评估的具体方法、模型和体系，大部分问题的研究尚处于初步研究阶段［2－7］。本文结合某深基坑实际工程，对深基坑施工过程中的风险事件和风险因素进行识别，应用风险矩阵评估方法确定施工风险等级。其评估模式可为类似工程提供参考。

2 风险评估评价指标体系及其权重

2.1 风险评估评价指标体系

风险评估指标体系的设计直接关系到评价结果的客观性、准确性和有效性。要构建一个合理的评价指标体系，必须坚持一定的原则。指标体系应能反映影响施工风险的各个方面，从不同的角度来反映被评价系统的主要特征和状况，同时指标选取应该具代表性、典型性，避免意义相近、重复的指标。

根据上述指标体系设计原则，参照地铁工程［8］，本文建立的深基坑施工风险评估第一层次指标体系包括自身经济损失、第三方损害、工期延误以及环境伤害四个评估指标。在经济损失方面包括人员机具材料损失、恢复损失两个指标，在第三方损害方面，以第三方生命财产损害、公共设施损害为评估指标，在工期延误方面，以抢救延误、灾后重建延误为评估指标，在环境伤害方面，包括永久性伤害和暂时性伤害两个评估指标。其评估准则如表1。

表1 深基坑风险评估评价指标体系及其评估准则

2.2 风险评估影响因子权重分析

权重的确定是采用模糊层次分析法(AHP)。层次分析方法是把同级各个因素两两相互比较，按比较重要性大小在一个九标度表中进行仿数量化，各因子数量值构成一个构造判断矩阵，该矩阵在一致性检验后，其最大特征值对应的向量为对应各因子的权重向量。模糊层次分析法是将层次分析法中的成对比较数值加以模糊化，再以几何平均法求模糊权重［9］。具体计算过程可参考文献［10］。第二层次评估影响因素相对权重计算结果如表2所示。

表2 风险评估影响因素权重计算结果

3 风险度衡量标准

3.1 风险事故损失量化评估

深基坑事故发生后，所牵涉的问题不但层面广，也非常复杂，除了直接影响工程进度外，甚至间接影响广大人民的生命财产安全，进而产生严重的社会问题。深基坑施工风险评估不同于金融财务等行业的风险管理。它是一种不具有直接经济效益的风险管理行为。本文主要评价深基坑施工过程中可能出现的风险事故所造成的损失。为符合风险容忍度的不同原理，本文研究的深基坑施工风险事故损失等级是按照事故损失金额占工程投资总额的比例来衡量的。风险事故损失等级标准如表3所示。

表3 风险事故损失等级标准

3.2 风险发生概率评估

深基坑事故风险发生的概率，即推断风险发生的可能性，具体标准可以参照表4。其中概率区间一栏中，0.3表示发生概率为30%，其余类推。

表4 风险发生概率等级标准

3.3 风险接受度门槛对照表

利用施工过程中风险事故损失等级与事故发生概率的标准，根据原理，建立风险矩阵，得到基坑风险接受度门槛值。其中风险评估矩阵如表5所示。风险接受度门槛值对照表如表6所示。

表5 风险评估矩阵

表6 风险接受度门槛值对照表

3.4 深基坑施工风险评估等级确定

首先，要根据各个基坑工程实际施工情况确定风险因子。评估人员需要确定的数据包括施工风险因子发生的概率(P)以及导致的风险事故损失等级(C)，从而确定其相应估值。依据深基坑风险事故损失等级，风险发生概率，考虑风险度接受程度，可以确定深基坑施工风险等级。具体计算过程如下:

(1)确定深基坑工程单项施工风险因子;

(2)计算各个施工风险因子相对于风险事故损失等级的权重:

wi=风险事故损失等级估值×风险评估指标体系中的风险因素相对权重

(i=1，2……8)

(3)计算风险事故损失等级总权重，计算公式为:

(4)计算深基坑工程单项施工风险因子风险度，计算公式为:

单项风险度R=风险发生概率P×权重总分数W

(5)依据风险度数值，结合风险评估矩阵，确定施工风险因子风险等级。

4 工程实例

4.1 工程概况

郑州某商厦系框架结构，地上五层，地下三层，主体为现浇钢筋砼框架结构。工程桩采用钻孔灌注桩，设计桩长约36m～39m，该工程基坑东南侧紧邻一栋五层住宅楼，距基坑边缘最近约5m;西南侧为某职业学校五层框架结构综合楼和一栋两层砖混结构实验楼。基坑南侧为某青少年宫天文馆，基坑西北侧为一栋三层框架结构变电站和两栋砖木结构平房。该场地地面平坦，起伏不大。建设场地土层除上部分布有薄层填土外，其余主要为第四系全新统粉土、粉砂、粉质粘土，下伏基岩为侏罗系凝灰岩。场地地下水属潜水类型，与附近西流湖的湖水存在水力联系，主要接受大气降水补给，地下水埋深0.4m～1.7m。临近建筑物间距小，采用挡土墙结构。故临近建筑物可能出现倾斜、墙体断裂等问题。附近水位较高，容易产生管涌渗流甚至塌方等工程事故。工程的施工方案采用分层开挖的工艺。

4.2 深基坑施工风险因子识别

在市内，临近建筑比较多，土质比较差。设计不当会造成管涌、渗流、土方坍塌等工程事故。所以设计单位的经验、设计资质、对深基坑的重视程度等都是这个工程中可能出现的风险因素。施工风险因子识别是采用故障树法进行识别。首先采用WBS方法对该深基坑施工按工序进行分解。具体可分为桩基础施工，地下连续墙施工，土方开挖及支撑，降水施工四个工况，然后对某一工序可能产生的风险事件进行分析。考虑近年来基坑事故原因，用故障树法找出引起该风险事故的致险因子。本文研究共确定11项风险因子。具体分类如表7所示。当然，相对与其它深基坑工程项目，可以根据具体情况，确定新的风险因子。

表7 深基坑施工风险因子识别表

4.3 深基坑施工风险评估结果

根据3.4节深基坑施工风险评估等级确定方法，本基坑工程为11项施工风险因子。依次确定各个施工风险因子可能造成的风险事故等级，依据表3确定估值，根据2.2节所计算的风险评估评价指标体系中的各因素权重，计算出各个施工风险因子相对于风险事故损失等级的权重。然后确定八个评价指标的总权重。最后针对各个施工风险因子的施工发生概率及其估值计算风险度，判定风险等级。评估结果如表8所示。

通过对深基坑施工风险评估的结果进行分析可知，在11个风险因子中，风险等级为1级的子项目有1个，风险等级为2级的子项目有3个，风险等级为3级的子项目有6个，风险等级为4级的子项目有1个。该专家认为基坑开挖过程中管线破坏造成的影响最大，应该重点防范施工中管线被挖断。实际上，近年来基坑施工中挖断管线的事故时有发生。水管、煤气管道被挖断，影响人民群众基本生活，而通讯线路挖断，造成的损失不可估量，这也是该专家认为此项目风险为最高级风险的一个重要原因。基底扰动是施工中遇到的问题，一般容易处理，所以该项目风险等级最低，与实际情况也比较符合。而该专家对于其它子项目的风险认定可能基于个人经验，第三等级风险的子项目数目多于第二等级风险的，可以初步判定该基坑施工过程中，需要重点防范的项目较多，任务较重。

表8 深基坑施工风险等级评估结果

5 结论

(1)确定了深基坑工程项目施工风险评估的指标体系及其风险评估影响因素;基于模糊层次分析法，判定了指标体系内风险影响因素相对其他风险影响因素的相对权重。

(2)通过对深基坑施工风险发生概率及风险损失程度进行分级，结合实际深基坑事故损失量化特征，建立了深基坑施工风险接受度门槛值，确定了深基坑施工风险评估标准，从而实现对深基坑施工风险评估的具体量化。

(3)基于风险矩阵定性与定量相结合的评价方法，分析了深基坑施工风险评估过程。通过实际深基坑工程案例，确定了深基坑工程施工过程中各个风险因子的风险等级，验证了本项目风险评估模式的有效性。

［1］姚宣德，王梦恕.对地铁工程风险评估体系框架的研究［J］.中国安全科学学报，2005，15(8):88－92.

［2］周红波，姚浩，卢剑华.上海某轨道交通深基坑工程施工风险评估［J］.岩土工程学报，2006，28(S1):1902－1906.

［3］何锡兴，周红波，姚浩.上海某深基坑工程风险识别与模糊评估［J］.岩土工程学报，2006，28(S1):1912－1915.

［4］李韬，许丽萍，陈晖，顾国荣.基坑工程风险的定量分析初探［J］.岩土工程学报，2006，28(S1):1916－1920.

［5］兰守奇，张庆贺.基于模糊理论的深基坑施工期风险评估［J］.岩土工程学报，2009，31(4):648－652.

［6］边亦海，黄宏伟，李剑.可信性方法在深基坑施工期风险分析中的应用［J］.地下空间与工程学报，2006，2(1):70－73.

.［7］陈华菊，师旭超.深基坑工程的风险分析［J］.铜业工程，2008，20(1):71－74.

［8］中华人民共和国建设部.地铁及地下工程建设风险管理指南［M］.北京:中国建筑工业出版社，2007.

［9］张文艳，姚安林，李又绿.埋地燃气管道风险程度的多层次模糊评价方法［J］.中国安全科学学报，2006，16(8):32－36.

［10］陈华菊.深基坑工程项目风险分析与控制研究［D］.郑州:河南工业大学［硕士论文］，2009.

Risk Assessment Methods about Deep Excavation

SHI Xu－chao

(Department of civil engineering，Henan University of technology，Zhengzhou，China 450052)

Deep excavation is a complex system，and its risk assessment is currently one of the hot in geotechnical engin eering.Based on FAHP method，the paper determined the construction of deep foundation engineering project risk assessment and risk evaluation index system of the relative weight of factors;According to deep foundation construction risk probability and risk classification of the degree of loss，combined with the actual depth quantitative characteristics of pit accident loss，established of a deep foundation construction risk acceptance threshold and determined the deep excavation risk assessment standards;Based on risk matrix and with combination of qualitative and quantitative evaluation method，a deep excavation risk assessment model was built.Through expert investigation，determined the deep foundation construction process risk level of each risk factor and verified the validity of this risk assessment model.

Key words:construction project;deep excavation;risk;assessment;method;risk matrix

TU437

A

1009－3842(2011)03－0067－05

2011－04－01

国家自然科学基金项目(项目批准号:50678060)

师旭超(1973－)，男，汉族，河北石家庄人，副教授，研究方向为城市防灾减灾，Email:haut2007@163.com