基于肯特指数法的深基坑施工安全风险评价

王卫东

(长春工程学院，长春 130012)

基于肯特指数法的深基坑施工安全风险评价

王卫东

(长春工程学院，长春 130012)

为定量分析基坑施工过程的安全风险，统计了我国近年来深基坑施工典型事故，分析深基坑事故发生的规律和特点，对基坑施工事故原因做出初步的分析和总结，引用并改进在管道风险评价中适用范围较广的肯特指数法，建立适用于深基坑工程的风险评价模型，在此基础上创建深基坑施工安全风险评价指标体系。将该评价体系运用于合江套湘江隧道始发井深基坑施工安全风险评价中，结果表明该工程施工总体风险处于可接受水平，验证了该评价方法的可行性。

指数法；深基坑施工；风险评价

0 引言

最近40多年，伴随着高层建筑、轨道交通的迅猛发展，涵盖了岩土工程领域和结构工程领域的深基坑工程逐渐演变成一项综合性系统工程。受规模、深度、支护方式、施工工艺等影响，深基坑工程亦是建筑行业中安全事故最为频繁的领域。

关于工程施工安全评估，国内外已有不少研究，其中以定性分析居多，定量分析主要集中在施工中某一项关键工艺上，利用模糊评价或者物元可拓集等理论研究，无法对人为及社会因素进行有效结合。目前，安全风险评估的趋势在于以客观数据表达工程施工各项条件的风险值大小，本文以改进肯特指数法为基础，建立适用于深基坑工程的模型，定性分析风险因素，定量评定因素严重程度，综合考虑多位专家的评价打分方法、权重赋予方式、风险值范围，通过实际案例分析，希望为施工单位提供有效参考。

1 肯特指数法简介

1992年美国人W Kent Muhlbauer基于美国运输部的相关研究提出了一种管道风险指标评价方法[1]。该方法在收集大量数据资料的基础上，独立分析各段管道的影响因素后，综合确定了4项影响指数，然后求取4项影响指数的和S，计算管道内物质的危险指数M和影响系数N，求取泄漏影响指数P(P=M/N)，最后求取指数和S与泄漏影响指数P的比值，得到相对风险值K(K=S/P)，具体流程如图1所示。其方法简单易懂、结果直观，在长距离输送管道的安全分析评价中取得了重要作用。

在基于深基坑施工中，由于施工工艺选择、地质条件多样性等，同样存在多种不确切的风险因素，受限于处理方式，很难计算准确概率等实际情况，借鉴肯特指数法的思想，对其指数分类及评价模型进行改进，使之适用于深基坑工程风险评价。

图1 肯特指数法框架

2 深基坑工程施工安全风险评价指标体系

2.1 深基坑安全事故案例分析

统计了2008年—2016年间我国发生的43起典型深基坑事故，在此对深基坑事故规律及原因作出分析和总结，为基坑施工安全风险评价作出参考。分析结果如图2所示。

图2 深基坑工程事故类型

基坑工程事故原因大多不唯一。统计中共22起事故是由现场施工管理人员的原因造成的，现场管理人员专业素质低下，不按规定进行技术交底，无安全保护意识，不按方案施工，安全意识模糊；15起事故包含技术原因，主要是施工技术方案编制人员能力和经验不足，内支撑稳定性不足，施工支架结构不合理；9起设备机械原因，主要为塔吊吊重脱落、汽车吊侧翻等引起的整体失稳；6起勘察设计原因，地下水文情况探查不准确，严重影响设计和施工；3起环境及不可抗力原因，常见为暴雨导致的基坑内进水；2起政府部门监管不力原因。通过分析，得到施工事故的原因可分为3大类：一是施工原因，二是设计原因，三是本身客观条件方面的原因。

2.2 肯特指数法的优化

在管道工程安全评价体系中，第三方指数和腐蚀指数主要考虑了管道腐蚀和地面机械设施、覆土深度的影响，基于深基坑工程施工特点，此两项合并体现为特征指数，表达工程的客观影响条件，包含自然地质、周边环境和水文等条件。

根据深基坑工程的特点，将可以控制的指数分为3大类：施工指数C，设计指数T，特征指数F。在管道风险评价中，相对风险值为相关指数与影响系数的比值，指数值越大，影响系数越小，事故发生的风险就越小。而在深基坑工程风险评价中，相对风险值为风险损失指数与风险概率指数的乘积，指数值越高代表风险损失越高。计算过程中，风险概率指数的判定需要依据各指数的范围。

基于以上思想，建立本模型的风险值计算公式如下：

R=A×L，

(1)

式中：A为风险损失指数；L为风险概率指数。

L=C0×T0×F0，

(2)

式中：C0、T0、F0分别代表施工系数设计系数、特征系数，其中：

(3)

(4)

(5)

式中：c表示施工指数最大值，公式中取最大值的1/2，该值表明施工水平处于一般水平，该施工水平不会影响由工程客观基础条件导致的灾害事故风险概率[2]；t为设计指数最大值；f为特征指数最大值。

2.3 指标体系评定

参考《公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估指南》[3]中关于基坑施工事故可能性评价指标体系，对施工指数、技术设计指数、特征影响指数进行评定。在深基坑工程客观条件一定的情况下，人员、材料机械设备、技术手段和安全管理都会对施工结果产生影响，因而，指数的关联性和相对重要程度必须要考虑。评定的关键在于把定性转变成定量，故指数取值规模的确定及定量评分是一个相对复杂的过程，需要整合大量专家的意见、工程经验及数据内容，并在实际应用中不断完善，使得打分更具科学性和可靠性。

施工涉及的内容繁杂，因而施工指数采用三级评分标准，权重系数的判定根据专家评分以及现场施工情况具体确定，设计指数和特征指数影响因素单一，可参考《公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估指南》[3]。施工指数评分详细评定过程见表1。

设计指数的确定考虑了工艺成熟度、工艺复杂性、施工质量检测与监控、基坑支护及开挖方式5个方面的因素。工艺成熟度依据施工企业的工程经验，包括新技术、新工艺、新设备的应用，施工企业有无相关经验；工艺复杂性考虑了施工工艺、工序转换方面、交叉作业方面的问题；施工质量检测与监控主要针对现场监测与第三方监测；基坑支护分采用经验设计支护方式和采用专业设计支护方式两种；开挖施工方法分明挖法、盖挖法、和喷锚暗挖法等。每个参数的赋分范围为0～3，根据设计文件及现场施工情况由专家打分确定。

特征指数的确定由基坑深度、岩土条件、地下水、作业季节、周边环境等因素决定，表达施工环境的客观物理条件。通常在深基坑工程施工中，这些因素决定了设计及施工方式方法的选定，也是造成施工不安全事故的主要原因，评定以岩土条件和地下水文状况所占权重为主，此外，岩土条件对深基坑施工的影响不成正相关，过软易造成塌方滑坡，过硬不利于施工，施工赋值需慎重。[4]

表1 施工指数评分

风险损失指数参照《生产安全事故报告和调查处理条例》[5]，主要考虑施工事故的直接损失，包括人员伤亡和经济损失两方面，见表2。其他如工期延误、环境影响、社会影响等方面可结合工程实际情况酌情考虑在经济损失中，以轻微、一般、较大、重大、特大划分为5个等级[6]，分值范围0～25。基于以人为本思想，人员伤亡所占权重拟取0.6。

参照《公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估指南》[3]中的风险接受准则，可将风险接受准则确定为4 种： 不可接受Ⅳ、不愿接受Ⅲ、可接受Ⅱ、可忽略Ⅰ，见表3。

3 工程案例分析

合江套湘江隧道工程，东岸始发井基坑长42.8 m，宽27 m，基坑深27.06 m，南北两条隧道共用，逆作法施工，设计采用厚1 000 mm的地下连续墙作支护结构，连续墙嵌固深度为5 m，墙深32.665 m。建设位置为湘江两岸属湘江河流I级阶地堆积地貌。沿线地形平缓开阔，主要为居民居住点、水田及水塘。图3为始发井纵断面图。

根据工程详细勘察报告，隧址区上覆土层自上而下主要为第四系人工填土、第四系淤积物及第四系河流阶地冲积物，下伏基岩为下第三系霞流市组(E2+3x1)及东塘组(E1d)粉砂质泥岩。基坑以上地层由上至下分别为种植土、粉质黏土、圆砾、强、中风化粉砂质泥岩。

本工程开挖深度27 m，由于是地连墙施工，并且存在基坑降水止水等诸多施工重难点，所以进行施工安全风险评估尤为必要。因此，依据肯特指数法的评价模型对合江套湘江隧道始发井进行了施工安全风险评价，结合工程实际确定指数级风险值。

图3 始发井纵断面图

现场施工指数的赋分咨询了设计单位、施工单位和现场劳务工作人员，由3名结构专业高级工程师和2名专业安评师综合评定，统计出均值。详细施工指数见表4。

通过公式(3)、(4)、(5)分别计算各项系数，施工系数C0=9.79÷8.68=1.13，根据施工图纸、设计文件和现场施工环境对技术设计指数和特征影响指数的值，专家确定分值为8和9，计算得技术系数T0

为1.2，特征系数F0为0.88，其具体计算过程由于篇幅有限遂不详述。风险损失指数参考本单位近10 a施工安全记录，人员伤亡评分为5，经济损失评分为6，计算得风险损失指数A为5.4。

通过公式(1)和(2)可得风险损失值R=5.4×1.13×0.88×1.2=6.4。查表得风险等级为2级，需要施工单位及相关单位加强管理，对重大风险源可采取风险应对措施。

表4 施工指数

4 结语

1)借鉴肯特指数法的原理，根据深基坑安全工程施工的特点，改进运用到深基坑工程施工安全风险评价中，建立深基坑风险评价模型，并以实际工程为例初步验证了该方法的可行性，该评价体系简单、易行，希望能为建立基坑风险评价体系奠定一定基础，为减少深基坑工程事故做出贡献。

2)到目前为止，风险评估的关键在于从定性转变为定量，因为依赖于工程实际结合专家打分评定风险指数值和权重，无法消除个人因素影响。[7]

3)每一个工程施工都具有特殊性，建立具有普遍适用意义的模型还需要进一步的深入研究。

[1] 陆新鑫，徐秀丽.基于肯特指数法的桥梁施工安全风险评估[J].中国安全科学学报，2013(6)：165-171.

[2] 王渊，吴永忠.基于肯特危险指数法的盾构隧道刀具磨损风险评价[J].四川建筑，2013，33(4)：190-192.

[3] 安和生.基坑工程施工安全风险评估研究[D].长沙：湖南大学，2012.

[4] 娄国充，王树栋.石家庄六线隧道基坑开挖安全风险评估及技术对策[J].岩土工程学报，2008，30：663-665.

[5] 中华人民共和国国务院.生产安全事故报告和调查处理条例[EB/OL].(2007-4-19)[2017-05-21].http： http：//www.gov.cn/flfg/2007-04/19/content_589264.htm.

[6] 中华人民共和国交通运输部.公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估指南(试行)[EB/OL].(2011-05-16)[2017-05-21].http： http：//www.jianshe99.com/new/201105/zh188721050161511025076.shtml.

[7] 储洁.地下工程施工安全风险评价指标体系及应用[D].南京：南京工业大学，2012.

TheSafetyRiskEvaluationofDeepExcavationConstructionBasedonKentIndexMethod

WANG Wei-dong

(ChangchunInstituteofTechnology，Changchun130012，China)

In order to quantitatively analyze the safety risk of excavation construction process，in this paper，the typical accidents of deep excavation construction in China in recent years has been counted，the law and characteristics of deep excavation accidents have been analyzed，and the preliminary analysis and summary of the accident caused by excavation construction has been made.The Kent index method has been introduced and improved to be used widely in the pipeline risk assessment.The establishment of a risk assessment model for deep excavation engineering has been made on this basis to set up the construction safety risk evaluation index system of deep excavation.This evaluation system is applied to the safety risk evaluation of the launching pit deep excavation construction of Hejiangtao，Xiangjiang Tunnel in China.The results show that the overall risk of the project is in an acceptable level，which verifies the feasibility of the evaluation method.

index method；deep excavation construction；risk evaluation

10.3969/j.issn.1009-8984.2017.03.008

2017-06-02

王卫东(1992-)，男(汉)，湖北松滋，硕士 主要研究工程项目管理。

TU712.4

A

1009-8984(2017)03-0033-05