地鐵工程風(fēng)險(xiǎn)管理研究

地鐵工程風(fēng)險(xiǎn)管理研究

目前，中國已有20多個(gè)城市開始大規(guī)模建設(shè)地鐵。大規(guī)模的工程建設(shè)必然伴隨著較高的風(fēng)險(xiǎn),這也是工程建設(shè)過程中無法規(guī)避的問題。地鐵工程風(fēng)險(xiǎn)具有隱蔽性、復(fù)雜性和不確定性,如何提高工程項(xiàng)目建設(shè)過程中的風(fēng)險(xiǎn)控制水平,加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)管理的研究已成為亟待解決的重要課題。筆者以北京機(jī)場線東直門車站下穿城鐵13號線的工程為例,對地鐵工程安全風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)在地鐵施工中的應(yīng)用進(jìn)行研究,供其他類似工程參考。1車站結(jié)構(gòu)特點(diǎn)首都國際機(jī)場線控制性工程01標(biāo)東直門車站緊鄰城鐵13號線建設(shè),車站施工為明、暗挖相結(jié)合結(jié)構(gòu)。車站包括地下主體結(jié)構(gòu)(含安全線)和附屬結(jié)構(gòu)。該站結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜,車站主體結(jié)構(gòu)由5段獨(dú)立結(jié)構(gòu)組成,總長191.68m。附屬結(jié)構(gòu)包括5個(gè)出入口通道、2個(gè)風(fēng)道及1個(gè)電梯井道,設(shè)5個(gè)地面疏散口和1座地面風(fēng)亭。為避免由于管線拆改以及交通導(dǎo)改的原因影響施工進(jìn)度,車站設(shè)置1處施工豎井及施工通道,作為車站安全線以及暗挖結(jié)構(gòu)的施工工作面15。車站與既有線相對位置關(guān)系如圖1、2所示。下穿折返線結(jié)構(gòu)的頂板位于粉土層,底板位于卵石層中,側(cè)墻自上而下依次穿越粉土、粉質(zhì)黏土、粉細(xì)砂以及卵石層。2城鐵13號線站后折返線方案車站位于東二環(huán)路的東側(cè),東直門外大街路北側(cè),呈東西走向。車站西側(cè)有東直門立交北橋和地鐵2號線的東直門站,北側(cè)為東直門交通樞紐的地下工程,現(xiàn)為城鐵13號線東直門站。車站東北側(cè)為交通樞紐及東華廣場的建設(shè)用地。機(jī)場線東直門站上跨并下穿13號線站后折返線。13號線站后折返線隧道從13號線東直門主體向南引出,在東直門外大街道路下為暗挖單層雙聯(lián)拱斷面,13號線東直門站主體和暗挖隧道之間為明挖單層單跨箱形結(jié)構(gòu)。明挖隧道結(jié)構(gòu)與車站主體和暗挖隧道連接處各設(shè)置1道變形縫。機(jī)場線東直門站上跨并下穿折返線,折返線明挖部分三面存在支護(hù)樁,不管采取什么施工方法,都存在部分鑿樁問題,對土體擾動較大,且在車站寬度范圍內(nèi)遇到了折返線的2道變形縫,對沉降和變形非常敏感,沉降控制要求非常高。目前城鐵13號線站后折返線正在運(yùn)營,每隔5min車輛折返1次,最高峰進(jìn)出站在早晨8:00～9:30,人流為8000人/h。如何有效控制折返線的沉降和變形,確保其正常運(yùn)營是該次研究的關(guān)鍵及難點(diǎn)。3風(fēng)險(xiǎn)管理流程工程風(fēng)險(xiǎn)管理內(nèi)容根據(jù)不同建設(shè)階段分步實(shí)施,具體風(fēng)險(xiǎn)管理流程包括:風(fēng)險(xiǎn)界定、風(fēng)險(xiǎn)辨識、風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)、風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)控制6。筆者將對風(fēng)險(xiǎn)管理的各流程分別進(jìn)行研究。3.1方案確定的結(jié)果在對下穿折返線段方案進(jìn)行深入研究和廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上,組織了多次內(nèi)部討論和專家咨詢,最終決定采用平頂直墻下穿站后折返線及單洞下穿的方案。根據(jù)“分區(qū)分段”原則將東直門站下穿13號線站后折返線工程定為特級風(fēng)險(xiǎn)工程。3.2折返線施工步驟下穿段施工分為折返線范圍內(nèi)施工和折返線范圍外施工兩種情況,施工方案有所區(qū)別,折返線范圍內(nèi)施工為該次研究的主要風(fēng)險(xiǎn)源。下穿折返線段結(jié)構(gòu)采用洞樁托換方案進(jìn)行施工,主要施工步驟共分8步,如表1所示。為了對風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行定量分析,針對各施工步驟,筆者采用數(shù)值計(jì)算的方法對地鐵施工過程中的變形進(jìn)行分析。3.3折返線沉降影響分析采用FLAC3D三維顯式有限差分軟件進(jìn)行模擬計(jì)算,模型中圍巖和襯砌采用8點(diǎn)6面體單元模擬,支撐采用梁單元模擬,圍護(hù)樁采用樁單元模擬。折返線結(jié)構(gòu)和下穿結(jié)構(gòu)斜向相交,交角為62°。建立計(jì)算模型時(shí)為簡化計(jì)算,將斜交改為垂直相交,同時(shí)兩道變形縫均設(shè)置在下穿結(jié)構(gòu)范圍內(nèi),計(jì)算結(jié)果偏于保守。計(jì)算模型如圖3所示。通過模擬分析,得出各施工步驟中折返線底板的縱向沉降曲線,如圖4所示。從圖4可知整個(gè)施工過程中累計(jì)最大沉降量為-10.30mm。引起沉降較大的是導(dǎo)洞開挖階段和基坑開挖階段,其中最大沉降量分別是2.400mm、1.810mm、1.718mm和2.544mm。數(shù)值模擬是一種理想施工狀態(tài),它不能模擬施工過程中由于施工偏差產(chǎn)生的影響,同時(shí)因計(jì)算模型建立、材料參數(shù)選取以及模型本身邊界條件的限制,最終的評估結(jié)論應(yīng)當(dāng)同時(shí)參考已有的實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn),這樣的結(jié)論才有較強(qiáng)的說服性。該次研究中,結(jié)合工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)并參考北京地鐵5號線雍和宮站的施工實(shí)例,按照施工步驟對折返線結(jié)構(gòu)沉降預(yù)測值進(jìn)行了修正與調(diào)整,同時(shí)分析了在各施工步驟中產(chǎn)生較大沉降的因素。修正后的各施工步驟沉降預(yù)測表如表1所示。3.4折返線的施工風(fēng)險(xiǎn)通過表1可以得出,施工步驟1～4本身引起的結(jié)構(gòu)沉降和變形較小。在發(fā)生沉降的同時(shí),可通過結(jié)構(gòu)上方土體的卸載抵消沉降,因此,前4個(gè)工序施工風(fēng)險(xiǎn)較小,基本上可確保折返線的正常使用。工序5～8本身的沉降風(fēng)險(xiǎn)較大,且沉降控制較難,施工進(jìn)入高風(fēng)險(xiǎn)階段,直至基坑土方開挖到底,開始回筑永久結(jié)構(gòu),因此,在施工進(jìn)入到工序5以后,應(yīng)加強(qiáng)施工控制、輔助施工措施以及施工監(jiān)測工作,并制定應(yīng)急預(yù)案。3.5應(yīng)對措施及應(yīng)急預(yù)案的確定原則風(fēng)險(xiǎn)控制的關(guān)鍵是如何有效的控制施工中的總沉降值、上浮值、差異沉降值以及沉降速率。因此,該次研究將施工中引起的總沉降及變形控制值在每一施工步驟中進(jìn)行分解,確保每一施工步驟的沉降值都在控制指標(biāo)內(nèi)。依據(jù)規(guī)范,取預(yù)警值為最終控制值的70%,報(bào)警值為最終控制值的80%。為確保施工中整體以及各施工步驟的控制指標(biāo)都能得以實(shí)現(xiàn),需在每個(gè)工序中做好施工控制和輔助施工措施;同時(shí),應(yīng)針對各施工步驟中達(dá)到預(yù)警值、報(bào)警值以及控制值的情況,制定相應(yīng)的應(yīng)對措施和應(yīng)急預(yù)案26。應(yīng)對措施及應(yīng)急預(yù)案的總原則為:出現(xiàn)預(yù)警值時(shí),采取調(diào)整上部基坑開挖進(jìn)度的方法抵消下部結(jié)構(gòu)施工引起的沉降,同時(shí)對下部結(jié)構(gòu)的頂部及底部采取注漿抬升的措施;出現(xiàn)報(bào)警值時(shí),要立即停止施工,進(jìn)行相應(yīng)的注漿抬升,并加強(qiáng)監(jiān)控量測直至警報(bào)解除。4基于第三方監(jiān)測的機(jī)場線東南角站設(shè)計(jì)施工監(jiān)測是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,是信息化施工、技術(shù)管理重要組成部分。為了能夠達(dá)到指導(dǎo)施工的目的,需遵守可靠性、多層次監(jiān)測、重點(diǎn)監(jiān)測關(guān)鍵區(qū)、方便實(shí)用和經(jīng)濟(jì)合理的原則。通過第三方監(jiān)測機(jī)構(gòu)對機(jī)場線東直門站的施工全過程進(jìn)行了詳細(xì)的監(jiān)測工作。依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)可知,該次工程項(xiàng)目施工完成后的累積最大沉降值為13.2mm,未超過13.5mm的控制值。最大沉降位于變形縫兩側(cè),由于該處變形縫位于暗挖結(jié)構(gòu)的跨中,因此其受施工影響明顯,沉降值較大。在整個(gè)下穿施工期間,上部既有結(jié)構(gòu)始終處于安全狀態(tài),保證了上部13號線的正常運(yùn)行。5折返線運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)控制筆者以北京地鐵機(jī)場線東直門站工程為例,對安全風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)在地鐵工程施工中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。如何有效控制機(jī)場線東直門站上部折返線的沉降和變形,確保13號線的正常運(yùn)營是該次研究的關(guān)鍵及難點(diǎn)。筆者從風(fēng)險(xiǎn)