基于AHP对新王府井隧道施工风险研究★

邵 坤，朱建明

(华北科技学院,北京 065201)

0 引言

近年来,全国地铁车站隧道施工由于施工单位安全风险辨识不足、现场管理不到位、隐患排查不到位等原因引发的事故屡见不鲜。为降低地铁车站施工风险,减少地铁车站安全事故,学者们对地铁车站施工进行了部分风险研究:蒋频等[1]对地铁车站施工运用主成分分析法进行风险评估研究。沈红良等[2]对长沙地铁1号线新建西路地铁车站周边进行勘测,分析出明挖法施工产生的风险,并进行了重点保护等措施。杜宪武等[3]以十里河车站及暗挖区间隧道为背景,进行风险评估确定了风险源,并用模糊综合评估方法计算出风险等级。郑逸雪[4]采用事故树分析法和贝叶斯网络对地铁车站施工进行风险分析以及概率计算。邵长青[5]对地铁隧道盾构法进行风险分析与控制,分析不同类型风险并提出对应控制措施。

可见,地铁车站隧道施工风险研究已经取得一定成果,但目前还不是太完善,多以单独的定性或单独定量研究为主,往往定性与定量相结合的研究较少,特别是与现场管理相结合的研究目前不是很多,仍需做大量工作。本文结合普遍地铁车站隧道施工风险分析与防范,对北京新王府井隧道施工项目运用层次分析法,对其进行定性与定量相结合的风险分析,并提出相应管控措施,为今后车站隧道施工风险识别和现场安全管理具有相关参考作用。

1 工程概况

新王府井站是八号线和已经完成的北京轨道交通一号线的转乘车站,使用三层三跨岛式站台,并采取洞桩法建设。该站的基础结构长度为176.8 m,标段总宽为25.3 m,拱顶覆土总厚约为9.4 m,车站共设有两个新建通风道和两个活塞风道,井口部采取明挖法建设,风道部采取矿山法建设,其中二号新建通风道为双层双跨构造,采取洞桩法建设。车站设三个出入口,三个安全出口、两个换乘通道及一个无障碍换乘通道,通道跨路及管线密集部分采用矿山法施工,敞口段及浅覆土段采用明挖施工。本站主体共设有三个施工竖井及通道,其中一号施工竖井设在站台本部,与一号新风井结合设置;二号施工竖井位于车站中心,与F出入口通道结合布置;三号施工竖井则位于南部。由于站址位于繁华地区,区域内地下管线类型复杂,遍布着上水、燃气、热力、电力、人防、污水、雨水、电信共八种管线,周围建筑物也较多,见图1。因此风险因素较多,需要全面分析并加以控制,保障全方位安全。

2 层次分析法分析风险

层次分析法(Analytic Hierarchy Process,简写AHP)是二十世纪七十年代初期,由美国运筹学家T.L.Saaty博士创立的一套便捷、灵活又实用的多准则决策分析方法[6-7]。可用于对不同因素进行比较和权重分配,得出各风险因素对新王府井施工安全的影响程度,从而制定相应风险管控措施。对于新王府井隧道施工的分析,可以按照以下步骤使用AHP方法:

1)确定目标:明确分析的目标为评估施工期间的安全风险。

2)确定准则:列出影响因素。包括施工期间的水文地质、周边环境影响、施工因素等。

3)构建层次结构:将目标和影响因素按照层次结构进行排列。

4)建立判断矩阵:对准则之间的两两比较,使用1～9的尺度进行判断。如准则A相对于准则B的重要性为4,则在判断矩阵中该位置上填写4。所有的两两比较都可以得到一个准则间的判断矩阵。

7)分析结果:根据权重计算的结果,可以评估各个准则在决策中的重要性。

表1 RI值

2.1 建立安全评价体系

根据新王府井工程实际情况,从水文地质(B1)、周边环境影响因素(B2)以及施工因素(B3) 3个方面分析风险源。水文地质风险包括地质风险(C11)、地下水风险(C12)和特殊性岩土(C13);周边环境因素包括周边建筑物(C21)、周边管线(C22)、既有1号线王府井站(C23);施工因素包括围岩与支护结构(C31)、地基处理与降排水措施(C32)、区间结构及轨道结构沉降变形(C33)、工程防水(C34)、施工人员数量及状态(C35)、机械设备与材料选型、数量等(C36),见图2。

2.2 建立总风险判断矩阵

根据图2所示的新王府井施工安全评价指标,根据专家调查法,专家对各因素打分,得到表2的总风险判断矩阵。

表2 总风险判断矩阵

2.3 AHP层次分析结果

通过计算得到表3的AHP层次分析结果表。

表3 AHP层次分析结果

表3展示了层次分析法的权重计算结果,最大特征根12.809,根据RI表查到对应的RI值为1.54,CI值为0.074,因此CR可算出为0.048<0.1,通过一次性检验。根据结果可以分析出,既有1号线王府井站对此次施工风险影响最大,其次周边管线和周边建筑物也是主要风险源,分析结果与工程实际相符。

3 对主要风险源管控

3.1 对区间下穿既有1号线王府井车站,采取的保护及控制

1)施工前,根据评估检测结果编制施工方案。2)开挖下穿既有线段隧道阶段开挖轮廓以外的3 m矩形范围内,采用长导管全断面深孔注浆预加固地层。3)格栅架立施工过程中,在拱脚处使用混凝土块垫实脚板,减少沉降。4)根据监测及现场实际情况,在施工过程中对初支背后进行多次补偿注浆。5)在建筑施工过程中,严密地按建筑施工步骤,对暗挖的横渠道严密按照“管超前、严注浆、短进尺、强支撑、快封闭、勤量测”的十八字建设基本原则引导实施,并上下分级,错开实施,每层均按台阶法施工。明挖施工严格按照20字方针,纵向拉坡、横向开槽、分段开挖、随挖随撑、量测回馈。6)下穿段采用增加一临时仰拱开挖,开挖步距0.5 m,当上台阶完全下穿既有线贯通后,再施工下台阶;同时左右线错开30 m施工。7)破除既有结构临时桩,采用随破随架格栅的方式,上台阶开挖过程中在脚板位置使用方木垫实,破除围护桩前,先在暗挖通道内穿桩深孔注浆加固土体,并对中柱位置进行监测;开挖至既有钻孔桩位置时连接筋加密为500 mm间距布置。钻孔桩破除应随开挖进尺分2次～3次破除,严禁一次将桩体全部破除。桩孔桩破不截断桩内钢筋,待初支喷混凝土完成,且达到设计强度后再进行钢筋割除作业,避免出现拱顶剩余桩体掉落以及既有结构沉降较大的情况。8)加强监测,实行三级预警管理。

3.2 对周围管线及建筑物的控制与管理

1)施工前对管线、建筑物的现状进行调查。2)在穿越段拱部开挖施工前应当做好超前探测。3)上层小导洞及拱顶均采用深孔注浆措施。4)及时进行初支和二衬的背后注浆,并严格控制注浆压力,在必要时进行多次补浆。5)建设过程中做好了对管线和建筑物的监测与巡查,及时反馈情况,按照监测结果及时改变建设参数,确保周围环境的安全。

4 “人机环管”综合管控

1)对人员:巩固树立“生命安全第一位”的意识,对项目员工进行安全行培训活动,经考评通过后可进入相应工作领域。在基坑中高处作业时应当严格执行施工的安全管理规范,作业人员着橘黄色服装,正确佩戴安全帽、穿防滑型胶鞋,高空作业时必须带安全绳索,听从项目工作人员的指导与安排。在路面施工时还需确保过路行人和机动车的安全。同时注意处理好各部门与个人之间的关系,确保所有人员上工状态,并保证现场的监测工作按时完成。

2)对机械设备:在现场量测和施工进行前,技术人员需要对拟使用的仪表或装置进行检验,一是检查仪表设备使用的有效期,即是否处于有效的检定期间;二是检测仪器设备能否正常工作,发现问题的设备及时停止使用,检查需要充电的仪器其电池或电压是否足够。以保证仪器设备充分、完整和正常。

为防止突发事件发生,施工前预备相应数量的应急钢横撑及其他材料,确保工程建设安全、顺畅地完成。盾构始发、接收前进行土体加固,确定合理掘进参数、中低速均衡匀速施工、合适的添加剂、控制盾构姿态、及时进行同步及二次补充注浆。始发、接收时保证无水作业。

3)对周边环境:由于拟建车站场区及周边的工美大厦、北京饭店等主要建筑物距工程很近,且沿线地下管道错综复杂,施工前,建设部门应对该场区域内的所有管线和地下建筑物进行详查,首先要准确了解各类管道型式、直径、材质、连接方式、埋置深度、使用状况等信息,摸清了各类管道的阀门情况、权属、应急使用方式、紧急联系方式等,并对重要管线的偏移、挠曲、接头错位等初始值和附近建筑物的现状做好了记录。

施工时,应严格控制施工参数,加强支护及地层加固,以保证施工安全;出入口、风道或竖井等明挖施工时应先对场区内地下管线设施合理处置(移出或保护),并采取有效的基坑围护结构(如护坡桩+锚桩+内支撑方案),控制基坑位移,确保基坑稳定,避免对周边既有建筑、道路及轨道交通造成不利影响。二衬扣拱施工破除控制施工步骤,做好钢筋绑扎及防水施工措施。

对新王府井地表沉降、周边构筑物变形、管线沉降、钢柱、钢筋应变、初支拱顶沉降、初支净空收敛、土体分层沉降监测、土体水平位移监测、地下水位等问题进行了监测。及时反馈监测数据,实施信息化施工。若开挖过程中遇到管线渗漏引起地层软化,可考虑补充小导管超前加固措施。

为避免雨水造成附近的构筑物或道路结构及管道破裂,采用降、隔水的综合性控制措施。施工过程中保证地下水降至每步开挖面下1 m。在开挖过程中若有土壤地面上残留积水,应及时清除,如果初支完全封闭成环以后还出现渗水,可在初支背后注浆堵水。

通过对区域资料与勘察结果的分析,拟建车站并不存在影响区域稳定性的不良地质影响。勘察深度范围内揭露的特殊性岩土主要为人工堆积层,同时周边建筑施工期间,其基坑周边新近人工回填土层分布较厚,人工填土层可能对竖井、风道及出入口段的支护体系稳固、围岩侧壁变形控制也会产生不利影响,因此采取相应的支护及预加固措施。结合不同的地层条件优化深孔注浆范围及注浆工艺。

4)对管理:建立应急预案,建立施工监测预警响应。有关单位对已发出预警的工程部位和周围环境做好监测和巡查,施工单位针对预警部位应及时进行必要措施,防止危害事故的发生。各级风险工程依据预警的类别、等级实施相应的响应流程(详见图3,图4)。

5 结论

地铁车站隧道施工是复杂的系统工程,每个车站隧道都有其特殊性,在实际中应具体问题具体分析。以新王府井车站施工为例,运用层次分析法,分析出既有1号线王府井站对此次施工风险影响最大,其次周边管线和周边建筑物也是主要风险源,并对风险源进行了管控,以确保车站隧道施工安全得到有效加强。