关于地铁深基坑施工风险控制探讨

彭雪映

中铁五局集团有限公司深圳地铁指挥部 广东深圳 518000

摘要：随着经济社会的飞速发展，地铁已成为我国很多大中型城市的标志和不可缺少的交通设施，地铁工程施工根据其特点在工程建设领域也独成一脉，异军突起。为了确保地铁工程项目建设顺利开展，完成预期管控目标，规避建设过程中可能发生的安全事故，必须针对地铁工程项目进行安全风险管理，用先进的科学技术、管理方法对地铁建设安全风险进行分析和研究，在实现建设目标的同时保证人员的安全，可供同行参考。

关键词：地铁工程；深基坑；风险；施工管理

1、研究背景

众所周知，地下轨道交通，又称为地铁、地下铁，用英文来说，法国和中国内地称为Metro，新加坡、中国台湾等地区称为MRT，中国香港称为MTR，美国及周边地区、北京等称为Subway，英国伦敦及周边地区称为Underground。地铁，狭义上仅指在城市地下空间中运行的交通系统；就其广义的含义而言，由于大多数地铁交通系统在设计时需要配合城市设计规划和适应地铁交通系统周边环境，地铁线路常常会有地上空间的路段存在，因此地铁广义上一般泛指城市中的地下铁和地上轻轨交通运输系统。

2、国内外地铁建设安全风险管理研究文献评述

国内外地铁建设安全风险管理的文献表明，国外研究地铁建设安全风险管理的文献发表的时间比较早，最新的研究文献并不多；与此相反，国内的研究文献早期出现的少，但是近些年来国内的学者做了比较多的研究，安全风险管理成了我国地铁建设安全管理领域的热点问题。

一个行业的兴起，势必会影响学者们对这行业的支撑理论进行探索；同时，理论知识的深入研究和探索，又能够指导行业的健康发展。对于地铁建设而言，这个道理同样适用。欧美等发达国家的地铁建设基本上已经完成，专门论述地铁施工安全风险管理的文献近些年相对来说比较少，他们的研究集中在20世纪以前，这个时间段是国外地铁建设高速发展的时期。而我国地铁建设的高速发展时期，应该来说是以2000年为起点，而用于指导地铁建设的理论知识的发展，也恰恰是集中在2000年以后，这是符合我国地铁建设发展规律的。

国外安全风险管理知识发展比较早，形成了比较完善的安全风险管理知识体系。我国的地铁建设发展的时间不长，安全风险管理也主要以借鉴国外先进的知识和经验为基础，尽管我国学者针对我国工程建设实际情况对安全风险管理做了相当多的研究，仍然还没有形成切合实际的地铁建设安全风险管理知识体系。因此，本文以地铁深基坑工程安全风险辨识和评价为切入点，对地铁施工安全风险管理进行研究和探讨，是必要的也是有研究价值的。

3、地铁深基坑工程安全风险辨识——基于WBS-RBS

论文对地铁建设安全风险的定义是：在正常实现地铁项目建设目标过程中，可能导致地铁建设项目发生安全事故的危险源或其他可能造成不利后果的不确定因素。具体针对地铁深基坑工程而言，安全风险是指，在地铁深基坑工程建设过程中，可能导致地铁深基坑工程建设发生安全事故的危险因素或者可能对建设目标实现造成不利后果的危险因素。

3.1地铁深基坑工程安全风险影响因素分析

地鐵深基坑工程项目作为地铁建设项目的子系统，在时空上是开放的动态的系统，影响地铁深基坑工程建设安全的因素错综复杂，范围广泛。从宏观的角度，地铁深基坑工程与下面四个因素相关：人、技术、环境及管理。这四类要素相互协调，地铁深基坑工程建设过程中才可能不发生安全事故。人是核心要素，管理作为其中协调、控制手段，协调着人、技术、环境相互关系，并将地铁建设项目的施工安全状态反馈给风险决策者，促其更改调整管理计划，使地铁工程项目达到一个安全状态。图3-1表示人、技术、环境、管理四要素之间的相互关系。

3.1.1人员因素

地铁深基坑工程建设系统的安全很大程度上与人员因素有关，所有有关建设安全的活动都依赖于人的行为。保障安全的建设环境需要人创造，先进的生产建设技术需要人实施，完善的管理制度也需要人来执行。因此，人在工程建设过程中处于绝对核心的地位。而就地铁深基坑过程建设项目而言，人员因素可以分为系统外人员和系统内人员。

1.系统外人员

系统外人员主要包括地铁深基坑工程项目周边的居民。工程周边的居民的不恰当行为可能会对工程项目的建设造成破坏或不利影响。由于地铁深基坑工程项

目的建设要求多部门多工种协同作业，项目周边的居民这一群体也或多或少地对现场施工的安全有影响。深基坑工程建设系统外的人员虽然不直接参与工程的建设，其行为也会影响到深基坑工程建设的安全，为了保障工程安全和人员的健康，他们也必须遵守相关的法律法规，规范其行为。

2.系统内人员

系统内人员主要包括地铁深基坑工程建设的作业人员、管理人员。深基坑工程建设实施的每个环节，每项施工作业中，都由人来指挥和管理；每项工作所需要的机械设备也要由人来操作；人推动着整个项目的进行。作业人员的思想素质、职业道德、安全观念、劳动纪律、技术业务素质乃至生理心理素质都与工程项目

的安全有着十分密切的关系。近年来发生的一系列安全事故也充分表明深基坑工程作业人员、管理人员的综合素质直接影响项目建设的安全。提高操作人员和管理人员的安全风险管理意识，必须全方位培养作业人员、管理人员的综合素质，在相关人员中开展专业技能、职业道德、劳动素养、文化修养等教育培训，使整个建设团队的每个参与者的综合素质全面发展，才能保证工程建设的安全。

3.1.2技术因素

技术因素也是影响安全的重要方面。工程项目施工必须依赖各种基础设备和安全技术设备，这些技术因素影响着工程项目建设系统的安全性能。在地铁深基坑工程项目建设过程中，施工机械设备的正确操作和合理使用都需要技术力量作

为支撑，只有掌握了技术才有可能保证机械设备的有效运转，才能使系统达到良好的安全运行状态，才能完成预期的建设目标。同时，引进新的先进设备和技术，采用新工艺、新方法，对保障项目建设的安全也具有重要作用。地铁深基坑工程项目的建设需要依靠先进的技术来控制在建设过程可能存在的安全风险，为生产和建设提供安全保障。

3.1.3环境因素

环境因素是指跟工程建设活动能够发生作用的所有要素的总和，工程建设项目的边缘区域就是环境，它在时间和空间层面影响着项目的建设。每个工程都处在时刻变化的环境中，这是从环境的时间层面来描述；每个工程建设项目时刻都在发生着变化，从表象上可能是隨道的挖掘、线路的铺设或者车站的建成，这是从环境的空间层面来描述。

影响地铁深基坑工程项目建设安全的环境因素可以从狭义和广义两个方面来定义，狭义的环境指的是建设系统内部小环境，主要包括施工作业环境和系统内部生活、生产环境；广义的环境指的是影响建设系统的外部环境，包括自然环境和社会环境。

1.内部小环境

内部小环境主要包括施工作业环境和系统内部生活、生产环境。施工作业环境，例如照明条件、作业环境温度、噪音、空气中的灰尘等等，都会影响到作业人员和管理人员的生理和心理健康程度。系统内部生活、生产环境，例如政治文化氛围、团结协作意识、职业道德、纪律观念等等，都会影响到建设过程中的每个人员。地铁深基坑工程的建设需要各个岗位的员工群策群力，没有一个良好的生产、生活环境，工程项目建设的安全保障就无从谈起。

2.外部大环境

外部大环境包括深基坑工程建设的外部自然环境和社会环境。自然环境往往很难被人所控制，建设过程中也很难避开自然环境带来的安全风险，各种复杂的工程地质条件、水文条件对地铁深基坑工程建设的安全影响极为关键，洪水、泥石流、台风、暴雨、地震等自然灾害时刻威胁着地铁深基坑工程的安全。作为项目决策者，必须进行全方位的自然环境条件的调查，在恰当的时间恰当的地点进行工程项目的建设。社会环境涵盖范围广泛，不仅包含常规的政治、经济、文化、法律、道德等方面，还包含技术、家庭、风俗等其他方面。这些因素不同程度地

影响着地铁深基坑工程建设的安全。

由于地铁深基坑工程的建设通常都处于难以完全勘测清楚的环境中，因此其中存在着许多不同的风险因素，只有因地制宜地加以识别和分析，才能有效地采取措施，避免安全事故的发生。此外，通过施工监测和三方监测等手段对施工环境进行预警分析，合理安排施工方案和施工工艺，也有助于提高工程建设系统的安全性。

3.1.4管理因素

影响地铁深基坑工程建设安全的管理因素，主要指的是管理者按照深基坑工程建设的客观规律，对工程建设实施相关的人、财、物、信息等资源进行风险控

制的一切活动。管理因素具体包括队伍管理、组织体系管理、制度建设管理、施工方法、监测手段等方面。管理的主体是工程项目的建设者和管理人员，管理的客体是人力、物力、财力和信息等方面。影响工程施工安全的管理因素见图3-2。

图3-2影响地铁深基坑工程项目实施安全的管理因素

安全管理的本质就是调动一切资源和力量，制定科学系统的安全管理制度，发挥人的主观能动性来减少事故促进安全施工。管理的方法主要有计划、组织、领导、协调。管理因素是保障地铁深基坑工程建设安全的重要因素。定期对地铁深基坑工程建设的各级领导、管理人员以及作业人员进行安全、思想政治教育和安全知识教育，对提高工程建设系统安全性能有重要意义。

3.2基于WBS-RBS的風险辨识方法

所谓风险辨识，是指人们以工程经验和知识储备作为指导，利用已经存在的客观风险事故数据对未知项目潜在的风险进行鉴别。风险辨识的目的是识别出风险管理的对象，它是进行风险管理的基础，没有辨识出风险因素，风险管理也就没有任何意义。

3.2.1安全风险辨识方法

地铁安全风险因素辨识有许多不同的方法和模式，一般而言，可以分为经验分析法和系统安全分析方法两大类。

1.经验分析法

经验分析法，原本是价值工程中的方法，指参照一定的评价标准，借助专业人士的经验知识和理性思维逻辑评判能力，对项目潜在的风险因素进行鉴别的方法。经验分析法适合运用在有类比工程的新建项目中，而不适合运用在那些没有

可以借鉴或具有参考价值的历史类比工程的新建项目。常用的经验分析方法有2种：经验法和类比法。但是单独运用上述2种方法进行风险辨识，其结论的可靠性没有预期的那么高。经验法的优点是简单易操作，所需的经费非常低，但是这种方法带有极为强烈的个人主观意识色彩，容易遭受由于辨识人员经验的局限性、个人感情偏好、占有资料不全等方面的影响，从而影响到风险辨识结果的准确性。类比法的优点在于，它以具体历史类似工程作为参考对象，用比较严谨的逻辑推理思维类推分析得出新建工程的风险因素，其辨识的结果有较高的置信度。在现实中，工程项目具有单一性和独特性，完全相似的类比工程并不存在，而且由于同行竞争的影响，所获取的资料其全面性、可靠性难以保障，这种方法的应用范围会受到较大的限制。因此，在风险识别过程中，这2种方法经常会同时使用，并且会扩大辨识人员的规模，形成专家组进行辨识。

2.系统安全分析方法

系统安全分析方法，是指通过研究系统中人、设备和环境之间的关系，从系统整体出发，对安全风险进行辨识的一种方法。系统安全分析方法适用于各种复杂的系统，因此其应用领域非常广泛，几乎没有一个领域不能用到这种方法。系统安全分析方法的种类非常多，适用在风险识别领域的方法有：预先危险性分析（PHA）、故障类型及致命度分析（FEMCA）、事件树分析（CETA）、安全检查表法（SCL）、故障树分析（FTA）和工作结构分解（WBS）等。

3.2.2 WBS-RBS风险辨识方法

WBS-RBS风险辨识方法，是指从横向和纵向2个角度对项目的风险进行辨识，一般而言，从纵向将项目进行工作分解结构分析（WBS，Work BreakdownStructure），从横向将项目进行风险分解结构分析（RBS，Risk BreakdownStructure）c它在本质上还是一种系统分析方法，将项目作为一个完整的工作包（Work Package）.根据系统的特性进行合理的系统层次分解，选取分解后的恰当的系统层次进行风险辨识，从而可以得出整个系统的风险。若将横向的风险分解结构定义成安全风险分解机构，那么WBS-RBS就成为了安全风险辨识方法，可以用来对项目的安全风险进行识别。

1.工作分解结构（WBS）

工作分解结构是将整个工程项目进行结构分解，例如在建设工程领域最常见的结构分解方式：工程总体一单位工程一分部分项工程一工序，见图3-3。当然也可以按照其他逻辑顺序进行分类，比如说可以按空间和时间的逻辑顺序展开。

图3-3 WBS分解图

2.风险分解结构（RBS）

按3.1节中对安全风险因素分析的结论，将风险分为人员风险、技术风险、环境风险和管理风险，由于人员风险在地铁深基坑工程中在很大程度上可以归结为管理风险，因此本文将人员风险归并于管理风险类，以简化分析和计算过程。按类别对安全风险因素分析进行分解，见图3-4。

图3-4 RBS分解图

针对工程建设风险辨识而言，WBS-RBS风险辨识是从工程的施工（纵向） 和工程的风险特性（横向）来对工程进行系统分解，从而分解出适合风险辨识的基本工作单元。具体步骤如下：

第一步，工程的工作分解结构分析。工程的工作分解结构通常可以从施工流程、功能特性和要素进行，从施工流程角度可以分解成“流程1—流程2—…一流程N”，从功能特性角度可以分解成“功能1—功能2—…一功能N”，从要素角度可以分解成“要素1—要素2—…一要素N”。工作分解结构分析的角度要视具体的工程区别对待，必须始终坚持的原则是将系统分解成易于识别风险的基本工作单元。

第二步，工程的风险分解结构分析。针对工程的特性，对其可能存在的风险进行分解，一般可以按“4M1E”——人、机、事、物、环境来分解，也可以按照本文“人员、技术、环境、管理”进行分解，当然，在具体的分解过程中，遵循分类互斥原则，达到识别起来更加方便的目的，可以对某些因素进行合并处理，或者对某些因素进行细化分解。风险分解结构分析的原则是，将风险分解到适合工作分解结构中的基本工作单元根据其进行风险归类。

第三步，将工作分解结构和风险分解结构得出的结果进行親合处理。所谓的親合，就是将纵向和横向的结果进行交叉处理，构建成纵横结合的矩阵形式，从而得出WBS-RBS风险辨识矩阵。若构建的是安全风险辨识矩阵，则只要用安全风险分解结构代替风险分解结构即可。WBS和RBS耦合的原则是，二者的基本单元可以构成系统的风险因素时，耦合矩阵中该交叉处取值为1；二者的基本单元不构成系统的风险因素时，耦合矩阵中该交叉处取值为0。

WBS-RBS最先使用是在计算机软件编程方面，将其引入工程项目风险辨识之中，它的优点有如下几条：

首先，它是系统分析方法，具有分析全面系统的特点。WBS-RBS是从系统的角度出发，按照严謹的逻辑推理分析，对系统的基本构成单元进行风险辨识。就本文将构建的地铁深基坑工程WBS-RBS安全风险辨识方法而言，对地铁深基坑施工中可能存在的安全风险进行比较全面的辨识，能够很好的避免由于逻辑上的错误或者其他方面造成的安全风险因素的缺失。

其次，利用WBS-RBS进行风险识别，可以从宏观方面将安全风险管理与进度管理、成本管理进行完美的结合。工程建设领域中进度控制的最常见工具是网络进度计划，而WBS是建立网络计划的基础，利用WBS-RBS方法，有利于工程建设中安全风险管理、进度管理和成本管理的有机结合，实现工程项目管理的一体化。

再次，WBS是从计算机软件领域发展起来的，有利于安全风险管理信息系统的构建。

3.2.3地铁深基坑工程安全风险WBS-RBS风险辨识

1.本文WBS研究对象是地铁深基坑工程施工的安全风险，大部分深基坑工程的围护支撑结构采用的是地下连续墙，因此选取地下连续墙作为深基坑工程的工艺。从施工的角度出发，将地铁深基坑工程的工作结构分解，见图3-5。

图3-5地铁深基坑工程工作分解结构图（WBS）

4、基于WBS-RBS故障树安全风险评价模型

4.1故障树法定义、发展及优点

故障树分析方法（FTA，Fault Tree Assessment），也称为失效树分析，它是一种逻辑演绎方法，是从结果出发推导出原因的逻辑模型。故障树分析方法可以用来推导系统发生故障的原因，还原事故发生的过程。以地铁深基坑围护结构渗漏事故为例，从结果开始演绎，找出各种可能引起渗漏的原因，识别出导致事故发生的原因如混凝土开裂、机械碰撞等等，而这些所识别出的事故原因也就是项目潜在的安全风险因素。

故障树分析方法不仅能对系统的安全风险因素进行定性分析，也能够对安全风险因素做定量分析。既可以用来辨识潜在的安全风险因素，又能对风险发生概率做评估，还能在此基础上提出相应的风险预控措施。故障树分析方法通常运用在以下这几个方面：

1.定位查找系统发生的故障；

2.辨识系统中潜在的可能造成系统故障的因素；

3.形象地描述系统故障发生的过程；

4.定期关注系统中某个子系统特定的功能性故障。

4.2深基坑工程主要安全事故分为5种。

1.围护结构渗流破坏

围护结构渗流破坏，是指在深基坑开挖过程中，由于阻止水流渗入和沙土挤压的围护结构失效，导致地下水携带砂粒、土壤渗入深基坑施工作业环境中，造成深基坑支护结构破坏。例如天津地铁3号线华苑站深基坑工程，在建设过程中由于围护结构错位变形，导致发生围护结构渗流破坏事故。

2.深基坑支撑失稳

深基坑支撑失稳，是指深基坑支撑锚固体系由于设计不当、施工缺陷或其他不可预期外力干扰，导致其强度、稳定性不足以达到支撑作用，造成深基坑围护结构向内部倾倒破坏。例如深圳地铁1号线大新站深基坑工程，在建设过程中由于支撑体系遭受机械碰撞，导致支撑结构失稳。

3.坑内土体滑坡

坑内土体滑坡，是指深基坑土方作业由于放坡过陡、顶部堆荷或暴雨等原因，导致深基坑中既有围护、支撑结构遭到破坏。例如台湾捷运鼓山1号站深基坑工程，由于暴雨的原因导致坑内土体滑坡。

4.深基坑围护结构踢脚破坏

深基坑围护结构踢脚破坏，是指围护结构吃土深度不够或者土质松软，导致被动土压力过小，造成深基坑围护结构踢脚破坏。例如上海4号线海伦站，由于地下连续墙吃土深度不够，发生了踢脚破坏。

5.突涌破坏

突涌破坏，是指在深基坑施工过程中、坑底产生的自重不足以抵抗承压水力，导致坑底土体受剪切，引起坑底破坏。例如南京地铁某车站深基坑工程，由于降水不及时导致地下水压力徒增，冲破坑底造成突涌破坏。

5、结束语

综上所述，地铁建设安全风险管理作为大的研究背景，以地铁深基坑工程建设为实际研究的承载对象，对地铁深基坑工程安全进行风险辨识和评价。通过安全风险辨识和评价，可以提高对地铁深基坑过程建设过程中危险源的预判能力，能够在施工安全事故发生之前对安全风险进行规避和化解，从而提高整个系统的安全性能，加强地铁深基坑的质量。

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