新王府井车站施工风险等级系统研究★

李 晓，朱建明，李志军，刘志成，杨 娟

(1.华北科技学院安全工程学院，河北 廊坊 065201； 2.中铁隧道集团二处有限公司，河北 廊坊 065201)

1 概述

目前，地下空间开发程度日益扩大，地铁的开挖不可避免的会带来众多的安全事故、质量事故以及责任事故，因此施工中对风险源及时预测与处理显得尤为重要。张帅兵[1]基于模糊综合理论研究，建立地铁施工风险评价模型，对项目中存在的风险进行研究评估得到主要风险因素并制定预防措施；王[2]提出了工作分解结构-风险分解结构(WBS-RBS) 与故障树结合的风险识别方法，综合分析确定风险因素，并提出简要控制方法；牛发阳等[3]建立基于网络层次分析法(ANP)和灰色聚类法的地铁深基坑施工安全风险评估模型；张飞燕、周念清等[4-11]通过改进层次分析法对地铁隧道施工安全进行评价，验证了定性与定量结合、客观权重与主观权重结合分析的科学性，为项目的安全施工提供理论依据。1998年Kampmann[12]从事故发生的可能性以及影响结果两个角度，结合哥本哈根地铁工程提出了地下工程的10种风险类型，并提出了一系列的风险控制措施；Eskesen[13]总结了哥本哈根地铁建设安全风险管理经验，对工程建设中安全风险评估进行了理论研究；Arsalan Khosravizade等[14]基于层次分析法和TOPSIS算法对风险进行排序，并根据专家调查法收集数据进行分析从而提出解决问题的方法。本文针对洞桩法地铁车站施工阶段安全风险评估工作存在的问题与不足，充分利用层次分析法和专家调查法，开展对北京地铁8号线新建王府井站洞桩法施工工程实例的分析，对地铁工程洞桩法施工阶段开展安全风险评价。

2 地铁车站施工层次结构及安全评价指标的建立

2.1 风险评价标准

北京地铁8号线新建地铁车站风险评估研究所采用的风险评估方法和评价准则均利用有关研究成果。其中工程风险发生概率、后果损失、风险评估矩阵参考GB 50652—2011城市轨道交通地下工程建设风险管理规范[15]。

2.2 专家调查法

专家调查法是以专家作为索取信息的对象，依靠专家的知识和经验，由专家通过调查研究对问题作出判断、评估和预测的一种方法。

2.3 风险识别与分析——层次分析法

2.3.1 建立层次结构

根据地铁车站施工过程中的安全风险情况，参考地铁工程施工安全评价标准[16]，构建一个科学合理的地铁施工安全评价指标体系。

2.3.2 构造判断矩阵

为了确定指标层各因素的相对重要程度，需要求出准则层每个因素相对于目标层的相对权重，就是将准则层每个因素对于总目标——地铁车站施工安全状况予以量化。同时，需要求出各个指标因素对于准则层各因素的相对权重。在层次分析法中，为了使决策判断量化，形成数值判断矩阵，引用标度方法，如表1所示。

表1 判断矩阵标度及其含义

2.3.3 层次分析法权重向量W的计算

W=(W1,W2,…,Wn)T。

层次分析法中权重向量W的计算方法共有四种,分别为求和法(算术平均法),方根法(几何平均法),特征根法,最小二乘法。为了便于计算,采用算术平方法进行权重的分析,即:

2.4 风险评价

2.4.1 确定风险事件隶属度

若要计算风险事件的隶属度x,首先需要根据专家打分法来确定各种风险事件的影响后果C及发生概率P的估值,且x=C×P,如表2所示。

表2 C，P的估算表

2.4.2 隶属函数的确定

根据施工安全状况,将风险水平综合评价指标分为1个～5个等级:V={安全,较安全,一般,危险,极度危险},隶属函数Rij(x)如表3所示。

表3 隶属函数表达式

2.4.3 风险因素等级确定

根据最大隶属度原则,将x值代入隶属函数表3中,选取最大值,可得底层风险因素的风险等级。

3 王府井地铁车站施工风险因素评估

3.1 工程概况

王府井站为三层三跨岛式车站,采用洞桩法施工。车站主体结构总长177 m,宽度为25.3 m,高度21.31 m,拱顶覆土厚度约为9.3 m,底板埋深约30.7 m。拱顶位于黏质粉土-砂质粉土层、粉质黏土层、细砂-中砂层,底板位于卵石-圆砾层。车站主体为其中一个重要风险工程,工程的加固措施必须进行多次试验来确定以保证加固效果。新建王府井地铁车站位于城市交通要道,上方为一南北走向的街道,车站主体沿街道呈南北方向布置。车站有效站台总长177 m,宽度为25.3 m,深约30 m,南侧为东长安街,西侧为北京饭店,东北侧为王府井书店,东南侧为商业街和过街通道。车站主体结构暗挖工程施工,周边建构筑物较多,地下管线复杂,考虑因素较多,施工过程中应注意的风险因素也较多。车站整体布置见图1。

车站主体采用“PBA”洞桩法八导洞施工,车站上层及下层均布置4导洞,分为A，B，C，D四轴,共有三个断面。车站施工设置三个施工竖井,1号竖井、3号竖井分别利用1号排风井和2号安全口作为竖井,2号竖井为新增竖井,位置与F1出入口相交。竖井均采用倒挂井壁法开挖支护。

车站的总体施工顺序是首先进行施工竖井及横通道开挖,然后由三个施工通道同时向两侧施工,这将很大程度上减少施工周期,提高施工效率。

3.2 风险识别与风险评估

3.2.1 构建层次分析结构

根据对北京地铁八号线新建王府井地铁车站施工实际风险的综合分析,得出影响地铁施工安全的具体因素,对各因素进行两级工作分解,构建层次分析结构,如图2所示。

3.2.2 专家调查问卷分析

根据专家调查法进行问卷调查,引入1～9的标度,专家对各因素进行打分,计算得到各因素打分结果,见表4。

表4 施工风险指标打分统计

3.2.3 应用层次分析法评估各指标权重

对新王府井地铁车站施工进行安全风险评估,评价指标体系目标层A,准则层B1,B2,B3,B4,以此进行安全风险评估分析,得到各判断矩阵,排出各因素与地铁车站施工安全相关程度的顺序,如表5所示。

由表5可知,周边环境工程、地下管线、施工方法和车站自身风险起主要作用,尤其是车站暗挖主体结构自身工程、既有车站工程、下穿出入口暗挖段管线和附属结构暗挖施工风险占支配地位,这与实际相符,证明了该方法的合理性与实用性。

表5 各风险因素的权重排序

4 王府井地铁车站施工风险评价

前述的风险评估模型共有24个风险事件,对其进行专家打分,得到P,C值,将其代入隶属函数表3中,可判断各风险因素的风险等级,如表6所示。

表6 风险事件的P，C值及风险等级

通过对王府井车站各风险要素进行等级划分,可以明显看出,既有车站工程和车站暗挖主体结构自身工程为最高级别风险因素,其次王府井大街、下穿车站主体管线、下穿出入口暗挖段管线、管道渗漏水风险、塌孔风险等的影响同样不能小觑,上述结论为施工现场安全管理提供了决策依据。因此,即使无法完全避免安全事故的发生,但为将事故发生概率降到最低,不仅要加强施工安全的管理,也要注重施工设计,将危险因素扼杀在摇篮里。

5 风险工程保护措施

1)针对下穿车站主体管线及管道渗漏水等风险工程,施工单位应在施工前对场区范围内的既有管线及地下构筑物进行详查,应确切掌握各管线类型、管径、材质、接头形式、埋置深度、建成年代、产权单位、使用现状等信息,摸清各管线控制阀门位置、权属、应急使用方法、应急联系方式等,并对重要管线的倾斜、挠曲、接头错位等初始值及建构筑物的现状进行记录。

2)针对改移地下管线,施工时应选用足够强度、刚度的管材,管线接头具有足够的抗变形、抗渗漏能力。管线四周土体应回填密实,必要时可对管线及管井地基进行加固处理。

3)施工过程中加强对管线及建构筑物的监测,及时反馈信息,根据监测结果及时调整施工参数,确保管线及建构筑物的安全。

6 结论

本文以北京新建王府井地铁车站为依托工程,采用专家调查法和层次分析法对其施工过程中的安全风险情况进行评估,并得到以下结论:

1)地铁车站施工事故的发生具有随机性、发展过程的复杂性和现有安全储备的不完整性,在进行安全性分析时,很多因素无法直接量化,因此需采用层次分析法结合专家调查法使得项目施工的安全性评估更加具有科学性。2)进行地铁车站项目施工时,通过参考专家调查法和层次分析法得到的风险因素危险性排序可以有效、有侧重点地进行施工事故的预防和安全管理工作。3)提出了王府井洞桩法施工危险因素及其安全等级划分,有利于施工现场的科学决策。