城市地下综合管廊浅埋暗挖法施工安全风险探讨

张志成 邱凤夏

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2402-5042-5226

基金项目：浙江省高等学校国内访问工程师校企合作项目（项目编号：FG2023281）；嘉兴职业技术学院2023年校立科研项目（项目编号：jzyy202326）。

作者简介：张志成（1990—），男，硕士，讲师，主要从事岩土力学与地下工程风险管理研究工作。

摘  要：针对城市地下综合管廊浅埋暗挖法施工安全风险展开探讨，分析了地下综合管廊浅埋暗挖法施工安全风险因素，识别确定了浅埋暗挖法施工安全的致灾风险因素。基于此，构建了城市地下综合管廊浅埋暗挖法施工安全风险指标体系，指标体系包括技术风险因素、人员风险因素、环境风险因素、物料机械风险因素和施工管理风险因素5个方面，同时介绍了浅埋暗挖法施工安全风险评价贝叶斯网络模型；并提出了城市地下综合管廊浅埋暗挖法施工安全风险的关键问题。

关键词：城市地下综合管廊  浅埋暗挖法  施工安全风险  贝叶斯网络

中图分类号：X947

浅埋暗挖法是一种开挖工作面离地表近的隧道开挖方法，因其施工简单、工程造价低及对施工周边环境影响较小等优点，广泛应用于城市地下综合管廊施工中。同时，由于在实际地下综合管廊施工中遇到地质条件复杂、毗邻周围建、构筑物、施工安全风险源多等情况，也会给工程施工带来各种复杂施工安全风险。对于浅埋暗挖法施工安全风险因素，国内外学者开展了相关研究，如Seo J W等人[1]基于毗邻结构、岩土特性、安全环境、施工障碍物等，研究相关建设风险管理问题；Canto-Perello J[2]等人基于颜色标度的德尔菲颜色编码，按层次分析法构建了综合管廊规划设计评价模型；Li S H等人[3]则发现利用In SAR和GPS可以为综合管廊的安全设计提供相关的数据支持；秦华礼等人[4]提出由随机森林和卷积神经网络相结合的地下综合管廊施工风险评估模型；胡平[5]对三联拱浅埋暗挖综合管廊下穿富水河道可能产生的风险及原因进行了分析；黄萍等人[6]从基于静态、动态分析管廊盾构施工风险，获得动/静态风险相关因素；王蕾[7]从绿色生态环保施工的角度，提出施工噪声、污染源废弃物、水土流失等因素。为了探究城市地下综合管廊浅埋暗挖法施工安全风险评价相关问题，因而有必要针对施工安全风险因素、指标体系和风险评价模型等进行研究，以期在工程中有更好的应用。

1 浅埋暗挖法施工安全风险指标体系

对于城市地下工程浅埋挖法施工，结合施工的流程、地质情况、周边环境等情况，王明洋[8]指出城市地下工程浅埋暗挖法施工方法的关键施工风险受施工工艺、水文工程地质等因素影响，如图1所示。比如，在开挖这一施工流程中，可能出现涌水/涌砂、地面塌陷、土体崩塌等一次灾害，或者由一次灾害引起的管线断裂、建筑物倾斜/倒塌等二次灾害。

由于开挖面距离地表小，对施工方案、施工管理等提出新的要求，同时人员、机械以及管理等方面也对施工安全风险产生影响，因而城市地下综合管廊浅埋暗挖法施工安全风险评价指标大致包括技术风险因素、人员风险因素、环境风险因素、物料设备风险因素以及施工管理风险因素5个方面，并且针对城市地下综合管廊浅埋暗挖法施工安全风险指标体系可以基于如上5个方面，建立如图2所示的指标体系。

2 贝叶斯网络模型

贝叶斯网络法是通过建立一种有向无环的图，在网络图中含有两种类型的节点，即父节点和子节点，它们之间通过有向链接进行联系，并且每个节点具有条件概率表，贝叶斯网络是一种有效的风险定量分析和决策的工具，被应用于各种安全风险定量计算中。贝叶斯网络基于贝叶斯理论，条件概率计算是贝叶斯网络法的关键，其计算可以使用以下基本等式。

公式（1）为贝叶斯理论的基本原理，其中用p（A）和p（B）分别表示事件A和B的概率；用p（B|A）表示A发生时B的概率；而用p（A|B）表示B发生时A的概率。通过基本公式（1）中可以看出，利用贝叶斯网络计算施工安全风险的最大优点是它能够及时更新数据，事件的后验概率可以通过用新证据更新先验概率来计算：

式（2）中：p（B）表示事件B的先验概率，p（B|g）表示给定证据G下的后验概率，我们定义p（g|B）为事件B下的证据的概率，且∑ =是证据G的联合概率分布，而浅埋暗挖法施工安全风险贝叶斯模型分析主要步骤如下：

第一步：进行数据收集、事故记录和事故报告；第二步：确定贝叶斯网络结构、节点、条件关系和条件概率表；第三步：专家评定合理与否，如合理，进入第四步，如不合理回到第一步；第四步：进行施工安全风险预测与诊断；第五步：得出结果并进行讨论。

3 浅埋暗挖法施工安全风险关键问题

浅埋暗挖法施工安全风险存在耦合效应，如图1中，在开挖这一工艺环节，由于地质水文因素且地质勘察不准确，如果出现涌水/涌砂，可能会引起管线断裂；如果是水管断裂，会有更多的水突出，进一步加剧涌水/涌砂，从而导致系统整体的风险增大。又如：初期支护开挖或者永久支护开挖时，出现支护结构不适配、突然荷载变化或者不可抗力因素等，发生支撑结构失稳，进而引起上部土体崩塌，引发次生的机械伤害，而在出渣运输或者开挖引起的地面塌陷均会造成机械伤害事故。由此可见，不同风险因素会相互影响并发生耦合，复杂情况下会出现多种耦合，使得整个施工安全系统整体风险增加或者出现新的风险，最终导致原生、次生灾害的发生。

浅埋暗挖法施工安全风险是动态的，地下综合管廊在进行浅埋暗挖法施工时，施工前和施工中的风险因素均会对施工安全造成影响。在图2中的指标体系中，施工前地质勘察的准确与否、施工方案可行与否等均会影响施工发生，而包括天气及气候、机械设备作业环境、物料设备的状态等均是动态的，并且在施工中，随着不同施工工艺，相同因素对同一事故的影响程度也是不同的，因此，浅埋暗挖法施工应该是一种动态的风险，且指标体系模型需要具有适配性，能准确确定施工前、施工中的风险定量。

4 结语

通过分析浅埋暗挖法施工安全风险分析，根据施工阶段的不同，识别确定了施工前、施工中的施工安全风险因素，建立了适用于浅埋暗挖法施工安全风险指标体系，介绍可应用的浅埋暗挖法施工安全风险评价贝叶斯网络模型，对浅埋暗挖法施工动态风险、风险因素耦合效应以及施工工艺差别进行探讨，提出施工安全风险评价的几个关键问题。

参考文献

[1]SEO J W，YOON J H，KIM J H，et al.Development of risk analysis structure for large-scale underground construction in urban areas[J].Journal of the Korean Geotechnical Society，2010，26（3）：59-68.

[2]CANTO-PERELLO J，CURIEL-ESPARZA J，CALVO V.Criticality and threat analysis on utility tunnels for planning security policies of utilities in urban underground space[J]. Expert Systems with Applications，2013，40（11）：4707-4714.

[3]LI S H，LI C，YAO D，et al.Using GPS and InSAR data to assess the cumulativedamage of an underground utility tunnel[J]. Arabian Journal of Geosciences，2020，13：1-12.

[4] 秦华礼，祝艺露.基于RF-1D-CNN的城市地下综合管廊施工安全风险评估    [J].安全与环境学报，2023，23（7）：2184-2190.

[5] 胡平.城市地下综合管廊浅埋暗挖下穿富水河道施工风险与控制技术研究    [J].施工技术，2021，50 （7）：94-98，103.

[6] 黄萍，林杰钦.基于层次分析法的DFT城市综合管廊盾构施工风险评价研究[J].安全与环境工程，2020，27（5）：116-121.

[7] 王蕾.基于模糊综合评价法的综合管廊绿色评价研究[D].成都：西华大学，    2019.

[8] 王明洋，戎晓力.城市地下工程施工安全风险管理[C]//中国岩石力学与工程学会.2009—2010岩石力学与岩石工程学科发展报告.中国科学技术出版社，2010： 184-204，221-222.