深基坑工程施工中的风险管理

深基坑工程施工中的风险管理

黄宏伟,边亦海

(同济大学地下建筑与工程系,上海 200092)

摘 要:最大程度地减小深基坑工程施工中的事故发生率以及事故造成的损失,已成为一个迫切需要解决的课题。根据深基坑工程风险管理的一般流程,通过一个工程实例,识别了深基坑工程施工过程中的风险因素,用专家调查法和层次分析法对深基坑工程施工期风险进行了评估,讨论了深基坑工程中风险处理的常用方法,最后对当前深基坑工程风险分析中存在的一些问题和今后需要做的工作进行了探讨。

关键词:深基坑工程;风险管理;风险因素;风险控制

中图分类号:TU473.2 文献标识码:A

Risk Management in the Construction of Deep Excavation Engineering

HUANG Hong wei,BI AN Yi hai

(Department o f Geotechnica l Engin ee rin g,T ongji University,Shan ghai200092)

Abstract:In recent years the increasing attention is paid to accidents i n the construction of deep ex cavation project.

How to reduce the accidents and losses of deep ex cavation has become an important topic.At present there has been an in creasing concern on risk analysis of deep excavation.In this paper,a generic risk based decision process of deep excavation project was proposed through a case s tudy.Risk factors duri ng construction was iden tified firs tly and the expert investigation method and AHP method were used in risk analysis.Then,the risk control was explained and discussed.Finally lots of top ics were highlighted and the further research needs were stressed.

Keywords:deep excavation;risk management;risk factors;risk control

1 前言

随着城市高层建筑及地下工程的日益发展,深基坑工程愈来愈多。由于规模的增加以及施工的管理不善,在深基坑工程施工中出现了不少事故,造成了巨大的经济损失和人员伤亡,不但延误了工期,而且引起了不良的社会影响。因此,如何尽可能的减小深基坑工程施工中的事故发生率以及灾害损失,已经成为了一个迫切需要重视的课题。风险分析理论为此提供一条可行的途径。

目前,国外对深基坑工程风险的研究还处于起步阶段,专门关于深基坑工程的风险研究几乎没有,在土木工程的其他方面取得了一些研究成果,可以为深基坑工程的风险研究提供借鉴[1-11]。国内在此方面的研究相对更少,李永盛、黄宏伟等完成了崇明越江通道工程风险分析研究课题,涉及到施工风险管理、环境保护等各个方面[12],这是国内第一个进行风险评估的大型隧道工程项目;李惠强用FTA方法编制了某基坑工程边坡开挖的事故树,用布尔代数法计算了边坡的失效概率[13]。

仲景冰把工程失败学引入到风险分析当中,分析了工程失败路径及风险源因素,并建立深基坑地

第1卷 第4期2005年08月 地下空间与工程学报

Chinese Journal of Underground Space and Engineering

Vol.1

Aug.2005

收稿日期:2005 01 07(修改稿)

作者简介:黄宏伟(1966 ),男,博士,教授,主要从事隧道及地下工程的施工监控、长期沉降及风险管理等教学科研工作。

项目基金:新世纪优秀人才支持计划资助,上海市科委重大科技攻关项目(04dz12021),上海市重点学科资助。

下连续墙支护结构体系的事故树图[14]。毛金萍用事故树对深基坑支护结构方案进行了风险分析,利用可靠度方法计算基坑支护系统的失效概率,并假定损失与初期投入成正比,最后综合考虑总费用,得到最佳的支护方案[15]。

总的来说,目前关于深基坑工程的风险研究还处于起步阶段,无论是理论还是实际应用都还有待完善,而且目前所取得的成果基本上处于定性分析阶段,真正定量化的研究成果很少。缺乏定性和定量相结合的适应性强的风险分析及评价方法,难以确定风险因素的概率模型。

2 深基坑工程事故统计分析

深基坑工程事故可分为两类:一类是设计、施工、管理及其它原因引起的支护体系的自身破坏;另一类是支护体系的自身破坏,从而导致相邻建(构)筑物及市政设施破坏或深基坑土方开挖引起支护体系变形过大以及降低地下水位造成基坑四周地面产生过大沉降和水平位移,导致影响相邻建(构)筑物及市政管线的正常使用,甚至破坏。根据文献[16]给出183例事故的统计分析,深基坑工程的事故原因很多,如工程勘察的失误、基坑设计失误、荷载取值错误、水处理不当、支撑结构失稳、锚固结构失稳、忽视基坑稳定性、施工方法错误、工程监测失误、工程管理失误、相邻施工影响、盲目降低造价等。

按有关部门责任统计分析: 因建设单位管理问题导致基坑失事有10例,占调查事故的5.5%; 因工程勘察问题导致的基坑失事有8例,占调查事故的4.4%; 因设计失误导致的基坑失事有87例,占调查事故的47.5%; 因施工质量问题导致的基坑失事有74例,占调查事故的40.4%; 因监理失误导致基坑失事的有6例,占调查数的3.2%。由前面的统计可知,目前我国深基坑工程事故中最大的风险源是设计失误和施工质量问题。

3 深基坑工程施工期风险管理

3.1 风险分析的基本概念和基本方法

从上述的基坑工程事故统计资料可以发现,在深基坑工程施工中风险因素多,不确定性强,并且损失后果往往十分严重。因此,在深基坑工程施工中必须要重视对风险的分析,从而达到控制风险和减小损失的目的。

通俗地讲,风险就是不幸事件发生的可能性;

或者说风险是一个事件产生人们不希望后果的可能性[17]。深基坑工程的风险可以定义为:R =p C

(1)

R 深基坑工程项目风险;

p 差异可能出现的程度;

C 风险损失,分别对应于直接经济损失CC 、人员伤亡C L 、环境影响损失C H 等。3.2 深基坑工程施工期风险管理流程

深基坑工程的风险管理通常分为四个主要步骤:

(1)风险辨识,也即找风险:分析深基坑工程施工期所有的潜在风险因素,进行归类整理,并进行筛选,重点考虑那些对目标参数影响较大的风险因素。

(2)风险估计:对风险因素发生概率和后果进行分析和估计,给出风险的概率分布。

(3)风险评价:对目标参数的风险结果参照一定标准进行评判。

(4)风险控制:主要针对不同的风险大小,结合实际情况,给出风险处理的合理对策。

深基坑工程施工期风险管理的一般流程如图1所示。

图1 深基坑工程施工期风险管理的一般流程图Fi g.1 Generic flow chart of risk managemen t in the

construction of deep excavation engineer i ng

从图1中可以看出,深基坑工程风险管理是个动态变化的过程,随着跟所分析的深基坑系统有关的事故和其它一些新信息的增加,需要对风险管理

612

地下空间与工程学报 第1卷

4 实例分析

4.1 概述

沪闵路下穿沪杭铁路立交工程由顶进箱涵和引道段两部分组成,基坑最大挖深为9.13m。基坑围护结构采用钻孔桩加搅拌桩和SMW工法桩两种形式,坑深小于2.5m时,采用放坡开挖。在既有沪闵路与沪杭铁路平交道口位置处,设置顶进分离式4榀框架结构,形成铁跨公立交。部分引道采用敞开式U型结构。其中主框架穿越沪杭铁路采用顶入法施工,引道部分开挖基坑后现浇法施工U 型槽结构。沪闵路立交工程下穿沪杭铁路,在其施工过程中存在着大量的不确定性、不可预见的因素,不可避免的面临着各种风险,包括来自于自然的原因和人为的原因,贯穿于工程的勘测、设计、施工、管理的全过程。本文主要研究其在深基坑施工期的风险管理。

4.2 风险识别

本文中,主要研究的是深基坑工程的施工期风险,其风险因素可以归纳为以下几个方面[18]:施工风险:SMW工法桩施工风险,钻孔桩施工风险,基坑渗漏,支撑系统失稳,坑底隆起,围护结构整体失稳,坑底管涌、流砂,坑内滑坡,围护结构折断或大变形,内倾破坏,设备非正常工作风险。

监理风险:缺乏相应的监理资质,缺乏相应的监理设备,未履行好监理的职责。

监测风险:未安排监测或监测内容不合理,监测工作形同虚设。

环境影响风险:围护结构变形过大引起的路面开裂,过量降水引起的房屋不均匀沉降和开裂,地基加固不当引起的路面隆沉开裂,噪声污染,水污染,空气污染,固体废物污染,生态环境污染。

人员安全风险:火灾,有害气体,操作失误,突发事故,重物打击,高空坠落,车辆伤害,人员穿越铁路,人员触电,非施工人员进入等等。

4.3 风险评估

在得到深基坑工程施工期主要风险因素后,要对各风险因素的风险水平进行定级评价,这里采用国际隧协推荐的风险矩阵法,如表1所示[3]。

在对待深基坑工程的风险上,人们往往有一个错误的概念,认为风险越小越好,这是错误的。因为减少风险是以资金的投入作为代价的。通常的做法是把风险限定在一个可接受的水平上,然后研究影响风险的各种因素,再经过优化,找出最佳的方案。在进行风险评价前,必须先确定风险的接受标准。国际上通用的风险接受准则为ALARP准则即在合理和可行的前提下,把深基坑工程中包含的各类风险降到尽可能低的水平。根据风险矩阵,把深基坑工程施工期的风险级别及风险决策准则如表2所示。

表1 风险矩阵

Table1 Risk matrix

后果

概率可忽略较轻严重很严重灾难性

很小12345

小246810

中等3691215

大48121620

很大510152025

在得到深基坑工程施工期各方面的风险因素的风险估计和风险决策标准后,下面采用定量的方法对深基坑施工期总体风险进行计算,即在辨识工程方案所有风险后,利用专家经验,对可能的风险因素的重要性进行评价,然后采用层次分析法进行计算。

表2 风险级别及决策

Table2 R isk classifications and decision 风险级别风险大小风险决策准则

11~4可接受且不必进行管理审视

25~8可接受,同时进行管理审视

39~12

不希望发生;高层管理决策:

接受或拒绝风险

413~16不可接受;

517~25方案被拒绝

深基坑施工期总体风险计算如下:

R= n i=1w i( m j=1w i j R i j)(2)式中,R 表示深基坑施工期总体风险;

R ij 表示第i个一级风险因素下第j个二

级风险因素的风险;

w ij 表示第i个一级风险因素下第j个二

级风险因素的权重;

w i 表示第i个一级风险因素的权重;

n 一级风险因素的个数;

m 某一级风险因素下二级风险因素的个

数。

613

2005年第4期 黄宏伟,等:深基坑工程施工中的风险管理由式(2)和各风险因素的风险值计算得到深基坑施工期总体风险为7.53,所以该工程整体风险为二级,属于可接受风险。

4.5 风险控制

风险处理和对策多种多样,不同风险,应采用不同的对策。为了有效管理各种可能的风险,决策者首先应该对项目可能遇到的风险进行分类排列,然后根据具体情况采取相应的对策,以达到避免风险或减轻风险可能造成的损失。一般有五种方法[19]:

(1)回避。首先应分析风险事件是否可以回避。有些风险事件较易发现,采取措施可以回避。如非工作人员进入施工现场,场地排水问题等。

(2)预防和减少损失。预防要求有一定的预防措施,这些措施需要付出一定的代价,同时也能取得相应的收益,但是采取措施后还有一定的失效概率,它和投入的预防措施费用成反比。因此决策者应计算相关的费用、收益和概率,从而使期望效益值最大。

(3)风险自留。风险自留对策制定的前提是自留可能导致的损失比转移所需费用小。在深基坑工程施工期,决策者在做出自留风险决策之前,应考虑自留风险一旦发生所应采取的措施,如预留应急事故处理费、安全防护措施费等。同时,客观抢价自留风险可能获得的好处。风险自留应慎重,权衡利弊,不能因小失大。

(4)分散风险。深基坑工程施工期,决策者通常会遇到无法依靠自身能力解决的难题,只能借助他人的协作配合或者完全委托于他人,此时应考虑分散风险。这种情况下,决策者可通过委托或分包该部分工程的办法,化较小的代价而达到分散风险的目的。然而,许多情况下,分散风险并非最佳决策。决策者应考虑深基坑工程中需要分散风险的项目,并分析各种风险分散方法的利弊,找到最佳的解决方法。

(5)转移风险。事实上,深基坑工程施工期许多风险不可能靠分散的办法解决,采用风险转移的方法更为可取。风险转移包括非保险转移和保险转移。非保险转移是指通过各种契约将本应由自己承担的风险转移给他人,例如将深基坑工程转包、施工机械设备的租赁等。保险转移则是通过购买工程保险从而通过保险公司获得可能的损失补偿,如人员伤亡意外保险。5 结论

(1)沪闵路立交工程深基坑施工期总体风险为7.53,所以该工程总体风险为二级,属于可接受风险。就目前我国工程界勘测、设计、施工、管理技术水平而言,沪闵路立交工程深基坑在施工期不会发生不可克服的风险。

(2)深基坑工程事故发生率高,灾害后果严重,因此,在深基坑工程中引入风险管理已迫在眉睫。但由于缺乏正规的风险分析教育,有相当多的决策者对风险分析持怀疑态度,认为风险分析 太难 , 缺乏实际意义 等等。因此,目前最缺乏和最重要的就是在相关人员的头脑中建立风险概念。

(3)对待深基坑工程风险,要有一个正确的态度,既不能忽视,也不能盲目夸大,应保持一种客观的心态去正视风险,这点对那些项目决策者来说尤其重要,在决策中,尽量减少人为失误。

(4)在深基坑工程的风险分析方面,我国几乎处于空白,单纯建立在统计资料上的分析方法目前并不可行。因此,我们一方面要做好调查统计工作,另一方面要重视专家及现场技术人员的主观分析,结合两者来对深基坑工程进行风险分析。

参考文献:

[1] The Engineering Council,London:Guidelines on Risk Is

sues,1993.ISBN0-9516611-7-5

[2] AS/NZS4360.Risk M anagement.Standards Australia,Sys

dey:1999

[3] Guidelines for Tunneling Risk Management.International

Tunnel Association Working Group No.2,2002.

[4] M.H.Faber,M.G.Stewart.Risk assess ment for civil engi

neering facilities:critical overview and discussi on.Reliabil

i ty Engineering and System Safety,2003,80:173-184

[5] M.H.Faber Lecture notes on risk and safety in civil engi

neering;2001

[6] All Bahar,J.F.Risk managemen t approach for construction

projects.PhD thesis,Univ.of Cali fornia,Berkeley,Calif,

1988

[7] Godfrey P.S.:Control of Risk A Guide to the Systematic

M anagement of Risk from Construction,Construction Indus try Research and Information Association,CIRIA,1996. [8] Hols t Olsen T.,Lauritzen E.K.,Holm N.and Ladefoged

L.:Practical risk managemen t in construction experiences from the?resund fixed link,Danish Landworks,Society for

Risk Analysis Europe Conference,New Risk Frontiers,

Stockholm,1997(下转第5页)

614地下空间与工程学报 第1卷由车站结构侧向变形最大值与两车站间距的函数关系式:

Z=0.0357Y2-0.6525Y+6.5728 Y<8 Z=-0.0601Y+3.9055 Y>8(3)

又由式(2)得,X=9.38时:

Z=F(Y)9.38(4)联立式(3)、式(4)得车站结构侧向变形最大值的估算式为:

Z=(0.0038Y2-0.07Y+0.70)X Y<8

Z=(-0.00Y+0.42)X Y>8(5)

(3)间距、源头变形、土体弹性模量这三个因素都不是引起车站结构沉降的主要原因。由于在模拟计算时并没有考虑坑内土体隆起所产生的影响,可以认为,引起地铁车站沉降的主要原因是:基坑内土体隆起导致的墙后土体的移动。因此,提高被动区土体强度、提高基坑内土体抗隆起安全系数是控制临近车站沉降的有效措施。参考文献:

[1] 姚燕明,周顺华,孙薇等.坑底加固对平行换乘车站基

坑变形影响的计算分析[J].地下空间.2004,24(1):7 -10

[2] 蒋洪胜,候学渊.基坑开挖对邻近软土地铁隧道的影

响[J].工业建筑.2002,32(5):53-56

[3] 吉茂杰,刘国彬.开挖卸荷引起地铁隧道位移的预测

方法[J].同济大学学报.2001,29(5):531-535

[4] 孔祥鹏,刘国彬,廖少明.明珠二期上海体育馆地铁车

站穿越施工对地铁一号线车站的影响[J].岩石力学

与工程学报.2004,23(5):821-825

[5] 刘国彬,黄院雄,候学渊.基坑工程下已运行地铁区间

隧道上抬变形的控制研究与实践[J].岩石力学与工

程学报.2001,20(2):202-207

[6] 王卫东,吴江斌,翁其平.基坑开挖卸载对地铁区间隧

道影响的数值模拟[J].岩土力学.2004,25(11):251-

255

(上接第590页)

9 结语

上海铁路南站北广场基坑为超大面积深基坑工程,周边环境保护要求极高;为了控制基坑的变形和达到经济合理的设计目的,采用了主体结构与支护结构相结合的逆作法设计方案。该工程目前已经完工,创造了较好的经济效益,同时也确保了周边环境的安全。本基坑工程设计的成功实践可以为软土地区的超大型深基坑设计与施工提供参考。

参考文献:

[1] 王卫东.深基础和地下结构的逆作法设计与施工,深

基坑工程特殊问题[M].北京:人民交通出版社,

2004,228-281

[2] 世圳岩土工程有限公司.上海南站广场地基岩土工

程详细勘查报告[R].2000

(上接第614页)

[9] Stille,H.,Sturk,R.&Olsson,L.:Quality systems and

risk analysis New philosophies in underground construction

industry,In Franz n,T.Bergdahl,S G.&Nordmark, A.

(eds.)Proc.Underground Construction in Modern Infras

tructure,Stockhol m,June1998.Rotterdam:Balkema [10] Norwegian Tunnelling Society:ITA recommendations of

contractual sharing of risks.Second edition March1992 [11] Einstein,H.H.:Risk and risk analysis in rock engineer

ing.Tunneling and Underground Space Technology,Vol

11,No2,pp141-155,1996

[12] 同济大学等.崇明越江通道工程风险分析研究总报

告[R].2003,5

[13] 李惠强,徐晓敏.建设工程事故风险路径、风险源分

析与风险概率估算[J].工程力学,2001增刊:716-

719

[14] 仲景冰,李惠强,吴静.工程失败的路径及风险源因

素的FTA分析方法[J].华中科技大学学报(城市科

学版),20(1):14-17

[15] 毛金萍,钟建驰,徐伟.深基坑支护结构方案的风险

分析[J].建筑施工,2003,25(4):249-252

[16] 王曙光,温文.深基坑工程事故分析与工程实践[J].

地基基础工程,2000,10(2):1-9

[17] 郭仲伟.风险分析与决策[M].北京:机械工业出版

社,1986

[18] 周直.大型工程项目实施阶段风险分析与管理研究

[D].同济大学博士学位论文,1993

[19] 钟伟容,龚燕平.国际工程项目施工风险分析和研究

[J].工程建设与设计,2001,4:33-36

5

2005年第4期 曾 远,等:基坑开挖对邻近地铁车站影响因素研究