地铁建设对周边环境及风险源管理研究

文｜ 中铁十六局集团有限公司 李菲

地铁建设的位置选择大多数位于城市繁华的街道，这个位置具有相对集中的地下管线、公路桥梁、城市建筑以及活动人口，在开挖地下隧道的时候，周围的人文环境和自然环境将会表现出十分敏感的反应，所以在建设地铁的时候，如何做好周围环境的保护工作成为工作的重要内容。我国对于地铁建设中防范风险的研究起步较晚，在最近几年我国才开始大规模的开始建设地铁。本文将针对于地铁建设中的风险源等展开分析，探究顺利发展城市地铁的有效措施。

一、城市地铁建设防范风险源

在学术界，尚未出现关于城市地铁建设施工过程中的风险准确定义，在《城市地铁及地下工程建设风险管理指南》中明确对风险源做出概念定义：城市地铁及地下工程建设中若是出现的现象与预期利益相违背的情况，或者是造成不利后果，对项目工程建设的参与方造成损失。虽然目前学术界尚未对城市地铁风险作出明确的定义，但是在当前的学术界均涉及到了风险造成损失和风险发生概率两种因素，关于风险的公式表达如下所示：

在公式1.1 当中，表示城市地铁建设风险的是字母R，字母p 所表示的内容是城市地铁建设过程中风险发生的概率，字母c所表示的含义是发生风险的时候所造成的损失。

1.典型的地铁安全事故影响因素分析

国家安全生产监督管理总局网站对国内修建城市地铁的192 起工程事故展开施工事故统计，得到在城市地铁建设中存在着9种安全事故类型。根据数据分系统显示，在地铁安全事故影响中，发生频率最高的是坍塌事故以及地表塌陷事故，发生频率最少的安全事故是爆炸因素。详细事故统计数据如表1、图1、图2所示。

表1 国内192 起城市地铁修建工程事故数据统计表

图1 国内192 起城市地铁修建工程事故数据统计图

图2 国内192 起城市地铁修建工程事故数据比例图

在地铁建设过程存在的9 种类型安全事故具体分类，如表2所示。

2.城市地铁建设安全风险标准等级

在对城市建设地铁的工程项目中，对于地铁工程项目的风险标准展开评价，大体上有三个标准。在大多数情况之下，对城市的地铁交通展开建设的时候，要自始至终的将防范安全事故作为出发点和落脚点。根据发生安全事故的概率，将安全风险划分如表3。

在城市地铁建设过程中产生的风险造成损失也可以详细的划分成为五个等级，如表4所示。

表2 地铁工程建设中安全事故具体分类表

表3 城市地铁建设产生风险概率等级表

表4 城市地铁建设风险造成损失等级表

在城市地铁建设过程中，不同的风险等级所表现出的风险程度也是不同的，如表5所示。

表5 城市地铁建设风险等级表

表6 九标度法基本含义表示表

二、运用模糊数学理论和层次分析理论建立起风险评价模型

1.划分问题层次，构建层次结构模型

在解决城市地铁建设风险问题的过程之中，首先要将存在的问题进行理顺，将问题按照一定的依据进行分类，实现层次化处理，进而在分析和解决问题的时候，构建出层次分明的结构模型。其次，将构建完成的层次结构模型展开具体化分析，解析导致问题出现的多种元素。再次，以解析的问题元素作为依据分析其基本特点和属性，继续将元素进行细化，划分成更多更细致的层次。最后，通过使用具体的数据对结构模型的重要性做出表示。

2.建造科学模型，建设判断矩阵

在彻底建设完成关于层析分析结构的相关模型之后，针对性的构建出判断矩阵。做好判断矩阵构建需要高效实用层析分析法，与此同时，还应该要将建设城市地铁工程的时候，其最具有风险性的位置做好判断。在正式开始对判断矩阵进行构建的时候，要按照相应的流程展开。第一，主观判断要高效运用层次结构之中的相关重要性因素，粗略的对判断矩阵做出判断。第二，将不同层次之间的因素其重要意义做出具体而又详细的对比。

在进行构造判断矩阵的时候，可以选择使用九标度法，这种方法可以将两个对象做出比较，可以相对比较简单地做出判断反馈，提升判断效率。九标度法的基本原理是明确固定的研究对象，之后再逐一将其它的影响因素选取出来，让这些因素之间互相比较，将影响因素对于研究对象的重要性做出明确。在完成对比之后，再寻找下一个对象，以此类推，获得所有对象的比较判断值。九标度法的基本概念如表6所示。

比较建立完成之后的判断矩阵，可以得知如下判断矩阵当中的元素性质：

3.模糊数学理论

模糊数学理论又被称作为Fuzzy 数学，这是一种对模糊性现象进行研究和处理的理论概念和数学方法。城市建设地铁工程的时候，具有较大的施工难度，并且涉及到更加广阔的领域，比如政治领域、经济领域、施工环境领域以及技术领域。但是在分析的过程中只能依赖定性分析，不能采取定量分析。

在对等级展开评判的时候，评判等级集V={V1,V2,V3,V4,V5}={较低风险，低风险，中度风险，高风险，较高风险}。为了实现计算过程的简化，采用量化定义的方法描述主观评价的感性，与此同时依次将其进行赋值为V={0.1,0.2,0.3,0.4,0.5}。与工程专家的相关咨询意见相结合，通过使用专家打分的方法，明确判断出城市地铁建设出现的各种风险因素对评估标准产生的影响程度，通过评价矩阵RK 对出现的风险作出模糊的评价。

三、城市地铁建设风险工程数值分析

1.地铁工程主体结构计算模型

为了降低边界约束对于计算结果所产生的不良影响，在不同方向中进行取值的时候，取值范围要做好严格的控制，除此之外，还应该要建筑主体结构周围的建筑物实际情况作出分析。在本次探究活动中，地铁工程风险数值的取值范围控制在纵向230m，横向260m，竖向为75m。地下工程支护工程初期阶段借助于板单元模拟，边桩采用的是桩单元模拟……其模拟的形状如图3所示。

2.城市地铁风险源计算步骤分析

分析城市地铁工程建设过程中风险源步骤，总体上分成三步：

第一步，将初始地区的应力做好平衡工作，清理位移。

第二步，借助于PBA 技术奖主体结构分布开挖，与此同时还应该将支护工程的初步环节做成封闭形式，每步的进尺为10m。

第三步，将临时搭建的初步支护结构按部就班的进行拆除，拆撑步长10m。

3.城市地铁建设风险计算结果分析

在风险计算完成之后，地面的沉降详细过程如图4所示。

地面发生沉降受到开挖中部导洞的影响力度是最大的，当将左边导洞和右边导洞贯通的时候，地面出现2.05mm 的沉降量，地表沉降力度较小。但是在贯穿中部导洞的时候，地面将会出现12.49mm 的沉降量，地表沉降力度增加。在扣拱施工阶段，地面发生的沉降量将为2.34mm，地表沉降力度受到主体结构施工的影响力度较低。地表沉降受影响最大的阶段是开挖导洞与扣拱施工，由此可以发现，这两个阶段具有较大的风险。在完成施工以后，地表出现的总沉降为16.4mm。

主体结构边桩变形的基本情况如图5所示。

从图5可以得知，在开挖主体结构的阶段中，导洞内的边桩发生的最大位移是8.3mm。

结束语

城市化建设让城市人口不断增加，为了降低城市交通压力，节省道路空间，城市地铁建设将会在实现上述目标的同时为人们的出行带来了便利，也为城市经济发展提供新的解决方案。现如今我国城市发展与道路建设亦步亦趋，在城市地铁建设中，要强化施工技术，严格控制风险，采取针对性的方法解决存在的问题。

图3 计算地铁主体结构风险源模型

图4 完成地面开挖后地表沉降云图

图5 主体结构边桩的变形移云图