位移反分析法理论在市政工程中的应用

冯志勇++蒋新山

摘要：金融服务区园地内市政工程错综复杂，园区中央东西方向是一条人工景观河道，景观河道西端箱涵与弧形拱桥接通，由于箱涵底面与拱桥承台标高差异较大，箱涵地基开挖对拱桥承台和桥台侧墙存在很大的安全隐患，施工过程中灵活运用位移反分析法的理论，精心组织施工，采取合理的围护挡土措施，消除了各种安全隐患，保证了整体工程质量。

关键词：位移反分析法；市政工程；箱涵施工；安全管理；工程质量

中图分类号：TU712 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）19-0086-02

1 工程概况

无锡新区金融服务区工程是无锡金融界的重点工程项目，位于无锡市新区中央商务区和风路北侧、净慧东道西侧。建筑用地南北长约430m，东西宽约120m，场地平坦，地理位置与自然条件十分优越。该项目由8幢9～18层的商业办公楼建筑群构成，总建筑面积约24.6万m2。本工程由南北两个地块组成，中间有一条人工景观河，景观河端头为4号箱涵并与园区内弧形拱桥接通（图1）。本项目为创建“江苏省杨子杯奖”工程，由无锡市新区经济发展集团总公司投资，同济大学复杂工程管理研究院实行项目管理，施工总承包由江苏苏阳建设有限公司和南通建工集团，监理单位是浙江江南监理有限公司和无锡建苑监理有限公司。市政工程由无锡市政建设集团有限公司总承包。

图1 园区中央景观河道图片

2 景观河4号箱涵地基开挖土方的风险分析

2.1 安全风险管理策划

景观河4号箱涵地基开挖土方存在很大安全危险，施工前进行认真的研究策划，运用定性分析方法确定各种安全风险因素的严重程度，确定风险控制措施，达到了改善安全生产环境和杜绝安全生产事故目的。

2.2 岩体初始地应力场

地下工程区别于地面工程一个很重要的方面就是存在初始地应力场，岩体赋存于这种应力场中处于平衡状态，施工开挖引起的对围岩的扰动使得围岩应力场发生重分布。

无论是二维地应力场分析还是三维地应力分析，自重应力场数学计算模型都是侧面（或侧边）为水平向约束、垂直向自由，底部边界为水平向自由、垂直向约束，内部介质作用着铅垂向的体积力。二维地应力场分析中的自重应力场数学计算模型（图2）。

图2 自重应力场数学计算模型

2.3 箱涵土方开挖安全风险分析

（1）安全管理的重要性。园林景观服务主体对象是人，园林景观工程施工必须以人为本，处处体现人性化的管理。安全是人类最重要、最基本的需求，安全管理科学化，安全生产精细化是人民生命与健康的根本保证。为了社会的安定和千家万户和谐家庭的幸福，关爱和维护员工的人身安全，是社会对工程建设的最基本要求，也是我们共同的社会责任，更是我们项目管理工作的重点，金融服务区4号箱涵施工过程中，确保施工安全，无任何伤亡事故，确保工程质量优质，造福一方百姓。

（2）箱涵施工对人身安全的风险分析。景观河西侧弧形拱桥，原设计本着勤俭持家和勤俭办一切事业的宗旨，弧形拱桥设计为条形砼基础，素土地基。景观河端头箱涵部分比与弧形拱桥条形基础深1.2m，箱涵部分土方开挖时，由于工作面狭小，顺桥向锥坡坡度太小，加之地下水位高，土质松软，容易使桥锥坡挡土层失稳，造成拱桥锥坡塌方和桥台侧墙倒塌，由此，将会给现场施工人员带来很大的安全隐患（图3）。

图3 开挖箱涵基础土方将给拱桥带来安全风险

（3）工程质量风险分析。本工程项目靠近太湖边，水位高、弧形拱桥侧墙边为回填松土层，拱桥条形基础下土层为粉质粘土，自然地面以下5m部位为粉砂层，该土层为含水层，土层含水量大，渗透系数高，对桥台锥坡安全影响较大。由于上述多种原因，在箱涵部分土方开挖时，无法保证弧形拱桥条形基础不下沉。

3 制定安全施工应急预案

建筑施工危险部位，为了避免事故发生、减少人员伤亡和财产损失，制定施工安全应急预案是非常关键的环节，起到至关重要的作用，安全施工应急预案有利于提高风险防范意识和保证社会的和谐稳定。

3.1 桥台锥坡位移的数学计算模型

桥台锥坡在围护桩剖面图二维地应力场分析中，地质构造应力场模拟为：在加载的侧面边界上施加梯形分布水平向压力（图4）。

3.2 应力场发生重分布对周围工程的影响

锥坡侧边开挖箱涵基础土方，引起对桥台锥坡挡土层的扰动，使得围岩应力场发生重分布，容易导致弧形拱桥桥台侧墙倾斜（图5）。

3.3 桥台锥坡挡土层控制位移的应急方案

（1）推理方法的应急预案。在三维地应力场分析中，地质构造应力场模拟采用两种形式：一是模拟构造应力场的主压应力和次压应力情况，即对两个水平主应力的模拟；二是模拟构造应力场的一般应力状态情况，即对两个正应力分量和一个剪应力分量的模拟所采取的应急预案（图6）。

（2）施工应急措施之一。由于地下水关系，第一道木支撑落得较低，锥坡挡土层坡度陡峭，无法控制锥坡不塌方，故在锥坡中部增设一道钢板围护（图7）。

（3）基坑设置排水沟。由于地下水位高，土层松软，在开挖过程中，保持基坑施工工作面的干燥和减少锥坡塌方现象，在围护木桩边沿设置一道集水明排的排水沟和集水井（图8）。

图8 围护木桩边沿设置一道排水沟

（4）加快工程施工速度，防止安全事故发生。根据岩土工程开挖或其他原因引起的岩、土体位移的实测值经验教训，在采取多种安全措施的情况下，加快施工进度也是非常重要的，施工进度快既能降低工程造价，同时又减少了安全隐患。

4 总结

施工安全管理人性化，理顺人与工程建设的关系，人是工程建设对象的主体，树立“以人为本”的安全管理理念，视员工如亲人，施工要确保员工的人身安全，让所有员工都有一个幸福的家庭，方能体现社会制度的优越性，企业的优越性，项目管理的优越性。

无锡新区金融服务区4号箱涵施工过程中，坚持科学管理、技术创新、施工精细化的管理模式，理论联系实际，在市政工程中灵活应用“位移反分析法的理论”，采取多种形式的施工安全技术措施，保证了金融服务区4号箱涵施工安全可靠，加快工程进度，降低了工程成本，打造了优质工程质量。

作者简介：冯志勇（1979-），男，无锡市政建设集团有限公司项目经理高级工程师，一级建造师；蒋新山（1949-），男，同济大学复杂工程管理研究院研究员，总工程师，高级工程师，研究方向：复杂工程施工技术、项目管理。endprint

摘要：金融服务区园地内市政工程错综复杂，园区中央东西方向是一条人工景观河道，景观河道西端箱涵与弧形拱桥接通，由于箱涵底面与拱桥承台标高差异较大，箱涵地基开挖对拱桥承台和桥台侧墙存在很大的安全隐患，施工过程中灵活运用位移反分析法的理论，精心组织施工，采取合理的围护挡土措施，消除了各种安全隐患，保证了整体工程质量。

关键词：位移反分析法；市政工程；箱涵施工；安全管理；工程质量

中图分类号：TU712 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）19-0086-02

1 工程概况

无锡新区金融服务区工程是无锡金融界的重点工程项目，位于无锡市新区中央商务区和风路北侧、净慧东道西侧。建筑用地南北长约430m，东西宽约120m，场地平坦，地理位置与自然条件十分优越。该项目由8幢9～18层的商业办公楼建筑群构成，总建筑面积约24.6万m2。本工程由南北两个地块组成，中间有一条人工景观河，景观河端头为4号箱涵并与园区内弧形拱桥接通（图1）。本项目为创建“江苏省杨子杯奖”工程，由无锡市新区经济发展集团总公司投资，同济大学复杂工程管理研究院实行项目管理，施工总承包由江苏苏阳建设有限公司和南通建工集团，监理单位是浙江江南监理有限公司和无锡建苑监理有限公司。市政工程由无锡市政建设集团有限公司总承包。

图1 园区中央景观河道图片

2 景观河4号箱涵地基开挖土方的风险分析

2.1 安全风险管理策划

景观河4号箱涵地基开挖土方存在很大安全危险，施工前进行认真的研究策划，运用定性分析方法确定各种安全风险因素的严重程度，确定风险控制措施，达到了改善安全生产环境和杜绝安全生产事故目的。

2.2 岩体初始地应力场

地下工程区别于地面工程一个很重要的方面就是存在初始地应力场，岩体赋存于这种应力场中处于平衡状态，施工开挖引起的对围岩的扰动使得围岩应力场发生重分布。

无论是二维地应力场分析还是三维地应力分析，自重应力场数学计算模型都是侧面（或侧边）为水平向约束、垂直向自由，底部边界为水平向自由、垂直向约束，内部介质作用着铅垂向的体积力。二维地应力场分析中的自重应力场数学计算模型（图2）。

图2 自重应力场数学计算模型

2.3 箱涵土方开挖安全风险分析

（1）安全管理的重要性。园林景观服务主体对象是人，园林景观工程施工必须以人为本，处处体现人性化的管理。安全是人类最重要、最基本的需求，安全管理科学化，安全生产精细化是人民生命与健康的根本保证。为了社会的安定和千家万户和谐家庭的幸福，关爱和维护员工的人身安全，是社会对工程建设的最基本要求，也是我们共同的社会责任，更是我们项目管理工作的重点，金融服务区4号箱涵施工过程中，确保施工安全，无任何伤亡事故，确保工程质量优质，造福一方百姓。

（2）箱涵施工对人身安全的风险分析。景观河西侧弧形拱桥，原设计本着勤俭持家和勤俭办一切事业的宗旨，弧形拱桥设计为条形砼基础，素土地基。景观河端头箱涵部分比与弧形拱桥条形基础深1.2m，箱涵部分土方开挖时，由于工作面狭小，顺桥向锥坡坡度太小，加之地下水位高，土质松软，容易使桥锥坡挡土层失稳，造成拱桥锥坡塌方和桥台侧墙倒塌，由此，将会给现场施工人员带来很大的安全隐患（图3）。

图3 开挖箱涵基础土方将给拱桥带来安全风险

（3）工程质量风险分析。本工程项目靠近太湖边，水位高、弧形拱桥侧墙边为回填松土层，拱桥条形基础下土层为粉质粘土，自然地面以下5m部位为粉砂层，该土层为含水层，土层含水量大，渗透系数高，对桥台锥坡安全影响较大。由于上述多种原因，在箱涵部分土方开挖时，无法保证弧形拱桥条形基础不下沉。

3 制定安全施工应急预案

建筑施工危险部位，为了避免事故发生、减少人员伤亡和财产损失，制定施工安全应急预案是非常关键的环节，起到至关重要的作用，安全施工应急预案有利于提高风险防范意识和保证社会的和谐稳定。

3.1 桥台锥坡位移的数学计算模型

桥台锥坡在围护桩剖面图二维地应力场分析中，地质构造应力场模拟为：在加载的侧面边界上施加梯形分布水平向压力（图4）。

3.2 应力场发生重分布对周围工程的影响

锥坡侧边开挖箱涵基础土方，引起对桥台锥坡挡土层的扰动，使得围岩应力场发生重分布，容易导致弧形拱桥桥台侧墙倾斜（图5）。

3.3 桥台锥坡挡土层控制位移的应急方案

（1）推理方法的应急预案。在三维地应力场分析中，地质构造应力场模拟采用两种形式：一是模拟构造应力场的主压应力和次压应力情况，即对两个水平主应力的模拟；二是模拟构造应力场的一般应力状态情况，即对两个正应力分量和一个剪应力分量的模拟所采取的应急预案（图6）。

（2）施工应急措施之一。由于地下水关系，第一道木支撑落得较低，锥坡挡土层坡度陡峭，无法控制锥坡不塌方，故在锥坡中部增设一道钢板围护（图7）。

（3）基坑设置排水沟。由于地下水位高，土层松软，在开挖过程中，保持基坑施工工作面的干燥和减少锥坡塌方现象，在围护木桩边沿设置一道集水明排的排水沟和集水井（图8）。

图8 围护木桩边沿设置一道排水沟

（4）加快工程施工速度，防止安全事故发生。根据岩土工程开挖或其他原因引起的岩、土体位移的实测值经验教训，在采取多种安全措施的情况下，加快施工进度也是非常重要的，施工进度快既能降低工程造价，同时又减少了安全隐患。

4 总结

施工安全管理人性化，理顺人与工程建设的关系，人是工程建设对象的主体，树立“以人为本”的安全管理理念，视员工如亲人，施工要确保员工的人身安全，让所有员工都有一个幸福的家庭，方能体现社会制度的优越性，企业的优越性，项目管理的优越性。

无锡新区金融服务区4号箱涵施工过程中，坚持科学管理、技术创新、施工精细化的管理模式，理论联系实际，在市政工程中灵活应用“位移反分析法的理论”，采取多种形式的施工安全技术措施，保证了金融服务区4号箱涵施工安全可靠，加快工程进度，降低了工程成本，打造了优质工程质量。

作者简介：冯志勇（1979-），男，无锡市政建设集团有限公司项目经理高级工程师，一级建造师；蒋新山（1949-），男，同济大学复杂工程管理研究院研究员，总工程师，高级工程师，研究方向：复杂工程施工技术、项目管理。endprint

摘要：金融服务区园地内市政工程错综复杂，园区中央东西方向是一条人工景观河道，景观河道西端箱涵与弧形拱桥接通，由于箱涵底面与拱桥承台标高差异较大，箱涵地基开挖对拱桥承台和桥台侧墙存在很大的安全隐患，施工过程中灵活运用位移反分析法的理论，精心组织施工，采取合理的围护挡土措施，消除了各种安全隐患，保证了整体工程质量。

关键词：位移反分析法；市政工程；箱涵施工；安全管理；工程质量

中图分类号：TU712 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）19-0086-02

1 工程概况

无锡新区金融服务区工程是无锡金融界的重点工程项目，位于无锡市新区中央商务区和风路北侧、净慧东道西侧。建筑用地南北长约430m，东西宽约120m，场地平坦，地理位置与自然条件十分优越。该项目由8幢9～18层的商业办公楼建筑群构成，总建筑面积约24.6万m2。本工程由南北两个地块组成，中间有一条人工景观河，景观河端头为4号箱涵并与园区内弧形拱桥接通（图1）。本项目为创建“江苏省杨子杯奖”工程，由无锡市新区经济发展集团总公司投资，同济大学复杂工程管理研究院实行项目管理，施工总承包由江苏苏阳建设有限公司和南通建工集团，监理单位是浙江江南监理有限公司和无锡建苑监理有限公司。市政工程由无锡市政建设集团有限公司总承包。

图1 园区中央景观河道图片

2 景观河4号箱涵地基开挖土方的风险分析

2.1 安全风险管理策划

景观河4号箱涵地基开挖土方存在很大安全危险，施工前进行认真的研究策划，运用定性分析方法确定各种安全风险因素的严重程度，确定风险控制措施，达到了改善安全生产环境和杜绝安全生产事故目的。

2.2 岩体初始地应力场

地下工程区别于地面工程一个很重要的方面就是存在初始地应力场，岩体赋存于这种应力场中处于平衡状态，施工开挖引起的对围岩的扰动使得围岩应力场发生重分布。

无论是二维地应力场分析还是三维地应力分析，自重应力场数学计算模型都是侧面（或侧边）为水平向约束、垂直向自由，底部边界为水平向自由、垂直向约束，内部介质作用着铅垂向的体积力。二维地应力场分析中的自重应力场数学计算模型（图2）。

图2 自重应力场数学计算模型

2.3 箱涵土方开挖安全风险分析

（1）安全管理的重要性。园林景观服务主体对象是人，园林景观工程施工必须以人为本，处处体现人性化的管理。安全是人类最重要、最基本的需求，安全管理科学化，安全生产精细化是人民生命与健康的根本保证。为了社会的安定和千家万户和谐家庭的幸福，关爱和维护员工的人身安全，是社会对工程建设的最基本要求，也是我们共同的社会责任，更是我们项目管理工作的重点，金融服务区4号箱涵施工过程中，确保施工安全，无任何伤亡事故，确保工程质量优质，造福一方百姓。

（2）箱涵施工对人身安全的风险分析。景观河西侧弧形拱桥，原设计本着勤俭持家和勤俭办一切事业的宗旨，弧形拱桥设计为条形砼基础，素土地基。景观河端头箱涵部分比与弧形拱桥条形基础深1.2m，箱涵部分土方开挖时，由于工作面狭小，顺桥向锥坡坡度太小，加之地下水位高，土质松软，容易使桥锥坡挡土层失稳，造成拱桥锥坡塌方和桥台侧墙倒塌，由此，将会给现场施工人员带来很大的安全隐患（图3）。

图3 开挖箱涵基础土方将给拱桥带来安全风险

（3）工程质量风险分析。本工程项目靠近太湖边，水位高、弧形拱桥侧墙边为回填松土层，拱桥条形基础下土层为粉质粘土，自然地面以下5m部位为粉砂层，该土层为含水层，土层含水量大，渗透系数高，对桥台锥坡安全影响较大。由于上述多种原因，在箱涵部分土方开挖时，无法保证弧形拱桥条形基础不下沉。

3 制定安全施工应急预案

建筑施工危险部位，为了避免事故发生、减少人员伤亡和财产损失，制定施工安全应急预案是非常关键的环节，起到至关重要的作用，安全施工应急预案有利于提高风险防范意识和保证社会的和谐稳定。

3.1 桥台锥坡位移的数学计算模型

桥台锥坡在围护桩剖面图二维地应力场分析中，地质构造应力场模拟为：在加载的侧面边界上施加梯形分布水平向压力（图4）。

3.2 应力场发生重分布对周围工程的影响

锥坡侧边开挖箱涵基础土方，引起对桥台锥坡挡土层的扰动，使得围岩应力场发生重分布，容易导致弧形拱桥桥台侧墙倾斜（图5）。

3.3 桥台锥坡挡土层控制位移的应急方案

（1）推理方法的应急预案。在三维地应力场分析中，地质构造应力场模拟采用两种形式：一是模拟构造应力场的主压应力和次压应力情况，即对两个水平主应力的模拟；二是模拟构造应力场的一般应力状态情况，即对两个正应力分量和一个剪应力分量的模拟所采取的应急预案（图6）。

（2）施工应急措施之一。由于地下水关系，第一道木支撑落得较低，锥坡挡土层坡度陡峭，无法控制锥坡不塌方，故在锥坡中部增设一道钢板围护（图7）。

（3）基坑设置排水沟。由于地下水位高，土层松软，在开挖过程中，保持基坑施工工作面的干燥和减少锥坡塌方现象，在围护木桩边沿设置一道集水明排的排水沟和集水井（图8）。

图8 围护木桩边沿设置一道排水沟

（4）加快工程施工速度，防止安全事故发生。根据岩土工程开挖或其他原因引起的岩、土体位移的实测值经验教训，在采取多种安全措施的情况下，加快施工进度也是非常重要的，施工进度快既能降低工程造价，同时又减少了安全隐患。

4 总结

施工安全管理人性化，理顺人与工程建设的关系，人是工程建设对象的主体，树立“以人为本”的安全管理理念，视员工如亲人，施工要确保员工的人身安全，让所有员工都有一个幸福的家庭，方能体现社会制度的优越性，企业的优越性，项目管理的优越性。

无锡新区金融服务区4号箱涵施工过程中，坚持科学管理、技术创新、施工精细化的管理模式，理论联系实际，在市政工程中灵活应用“位移反分析法的理论”，采取多种形式的施工安全技术措施，保证了金融服务区4号箱涵施工安全可靠，加快工程进度，降低了工程成本，打造了优质工程质量。

作者简介：冯志勇（1979-），男，无锡市政建设集团有限公司项目经理高级工程师，一级建造师；蒋新山（1949-），男，同济大学复杂工程管理研究院研究员，总工程师，高级工程师，研究方向：复杂工程施工技术、项目管理。endprint