一种城市地下工程施工安全风险动态控制方法,步骤为:既有结构的现状评估及安全性评价,确定施工影响范围内重要建(构)筑物的安全性控制标准;施工影响预测和施工方案确定,确定附加影响最小的最优化施工方案;过程控制方案的制定和实施,即在既定的施工方案下将沉降或应力控制目标进行分解,明确每个阶段的控制目标;监控量测及信息反馈,对关键施工部位和关键施工阶段进行重点监测,判断工程的安全性并在施工措施上及时作出反应;工后评估及结构状态修复,施工完成后对恢复的必要性、可行性以及经济合理性作出分析和评估,给出相应的恢复方案、措施和建议。适用于复杂城市地下工程建设的安全风险控制,使风险管理更具科学化和规范化。
1.一种城市地下工程施工安全风险动态控制方法,其特征在于:该方法包括 以下五个步骤: 步骤1:既有结构的现状评估及安全性评价,对于施工影响范围内的既有重 要建(构)筑物进行现状调查:建(构)筑物类型、目前情况与隧道的位置关 系,在各种典型变形模式下进行安全性分析计算,得出建(构)筑物抗变形能 力P,由此确定出极限强度,考虑安全系数后可给出控制标准;对于复杂大型地 下结构,应给出各种不利状态下临时结构的变形和受力控制标准,从而在施工 过程中通过监测对安全性进行预警和报警; 步骤2:施工影响预测和施工方案确定,影响因素确定是综合考虑地质条件、 隧道设计参数及施工情况进行分析计算,得出隧道施工造成结构变形预测值S, 基于可行的施工方案对影响进行预测,以确定出附加影响最小的施工方案,而 当施工附加影响不能满足控制标准的要求时,则应采取注浆加固等预处理措施, 也可对结构提出加固要求,其目标是是附加影响达到结构标准可接受,而当附 加影响无法达到整体控制要求时,可考虑采用“过程恢复”手段,以保证总体控制 目标不超限; 步骤3:过程控制方案的制定和实施,当建(构)筑物抗变形能力P大于或 等于隧道施工造成结构变形预测值S时,根据变位分配原理制定各阶段控制值 C_i,否则需要采用改进施工工法,提高建(构)筑物加固效果,实行过程恢复 等手段保证既有结构在施工中的安全; 步骤4:监控量测及信息反馈,i为施工步序,当i=1时,开始施工,对各 个施工步,根据工程特点和控制重点,选择关键部位的重点控制指标实施全过 程监测,在关键施工阶段可进行在线或远程实时监测,对监测数据实时处理并 及时反馈;按照施工监测值M_i监测结果,当M_i≤C_i时,分析原因加强施工措施, 并与施工过程相结合,通过系统分析对工程的安全性作出评价和判断,从而在 施工措施上及时作出反应; 步骤5:工后评估及结构状态修复,隧道施工完成后,客观上不可避免地要 对既有地铁构筑物造成影响,或对结构的使用功能造成一些损害,因此应对所 造成影响的程度作出评价;同时根据损害的程度对恢复的必要性、可行性以及 经济合理性作出分析和评估,并据此给出相应的恢复方案、措施和建议。 技术领域 本发明涉及一种城市地下工程施工安全风险动态控制方法,属于地下建筑 工程技术领域。 背景技术 城市地下工程与地面工程项目相比,由于其所处介质的复杂性和不确定性, 且城市人口密度与建(构)筑物密度过大,因而在建设阶段存在很大的风险。 工程建设中由于人为或非人为因素导致工程事故,从而造成巨大经济损失、引 起严重社会影响的例子不胜枚举。近年来国内外城市地下空间的开发中多次发 生大的事故,造成重大的人员伤亡和惨重的经济损失,并对社会的安定带来一 定负面的影响。 由于我国城市地下空间开发历史较短,经验不足,在建设中存在着一些不 容忽视的问题和不安全隐患,对潜在技术风险缺乏必要的分析和论证,以及人 们对客观规律认识不足、管理不到位,在上海、北京以及其他城市都出现过不 同程度的地铁工程安全事故,造成了重大的人员伤亡和惨重的经济损失,并对 社会的安定带来一定负面的影响,这些工程事故在留给人们惨痛教训的同时, 也为我们鸣响了城市地下工程安全建设的警钟。在这种形势下,进行城市地下 工程建设安全风险控制技术研究,探讨地下工程安全和风险管理的内容,研究 风险评估指标、标准以及风险规避的技术手段和方法,建立城市地下工程建设 安全评估管理系统,采用科学、合理的技术手段和方法,使各种风险得以控制, 通过预测和预防,将风险的发生率及风险损失降低到最低限度,是十分适时和 必要的。 目前对地下工程施工造成的环境风险的研究主要集中在风险辨识方法和风 险评估方法上,常用的风险评估与分析方法主要有:基于信心指数的专家调查 法,模糊综合评判方法,层次分析法,故障树分析方法等。而在评估后如何从 技术层面给出相应的风险控制措施和规避方法方面还不完善,不能形成完整的 风险控制体系。 本发明针对城市地下工程施工中的风险,提出了以地层变位分配控制为核 心的安全风险控制方法,通过信息反馈、过程控制以及过程恢复保证城市地下 工程施工中的施工安全。为了克服现有技术结构的不足,本发明提供一种城市地 下工程安全风险动态控制方法。 发明内容 本发明的目的是通过以下技术方案实现的。 城市地下工程施工安全风险动态控制方法包括以下五个步骤: 步骤1:既有结构的现状评估及安全性评价,对于施工影响范围内的既有重 要建(构)筑物进行现状调查:建(构)筑物类型、目前情况与隧道的位置关 系,在各种典型变形模式下进行安全性分析计算,得出建(构)筑物抗变形能 力P,由此确定出极限强度,综合考虑安全系数后可给出控制标准;对于复杂大 型地下结构,应给出各种不利状态下临时结构的变形和受力控制标准,从而在 施工过程中通过监测对安全性进行预警和报警。 步骤2:施工影响预测和施工方案确定,综合考虑地质条件、隧道设计参数 及施工情况进行分析计算,得出隧道施工造成结构变形预测值S。基于可行的施 工方案对影响进行预测,以确定出附加影响最小的施工方案,而当施工附加影 响不能满足控制标准的要求时,则应采取注浆加固等预处理措施,也可对结构 提出加固要求,其目标是是附加影响达到结构标准可接受,而当附加影响无法 达到整体控制要求时,可考虑采用“过程恢复”手段,以保证总体控制目标不超限。 步骤3:过程控制方案的制定和实施,当建(构)筑物抗变形能力P大于或 等于隧道施工造成结构变形预测值S时,根据变位分配原理制定各阶段控制值 C_i,否则需要采用改进施工工法,提高建(构)筑物加固效果,实行过程恢复 等手段保证既有结构在施工中的安全。 步骤4:监控量测及信息反馈:i为施工步序,当i=1时,开始施工,对各 个施工步,根据工程特点和控制重点,选择关键部位的重点控制指标实施全过 程监测,在关键施工阶段可进行在线或远程实时监测,对监测数据实时处理并 及时反馈;按照施工监测值M_i监测结果,当M_i≤C_i时,分析原因加强施工措施, 并与施工过程相结合,通过系统分析对工程的安全性作出评价和判断,从而在 施工措施上及时作出反应。 步骤5:工后评估及结构状态修复,隧道施工完成后,客观上不可避免地要 对既有地铁构筑物造成影响,或对结构的使用功能造成一些损害,因此应对所 造成影响的程度作出评价;同时根据损害的程度对恢复的必要性、可行性以及 经济合理性作出分析和评估,并据此给出相应的恢复方案、措施和建议。 本发明的有益效果是: (1)适用于复杂城市地下工程建设安全风险控制,比如:隧道穿越既有建 (构)筑物、管线、不良地质体等; (2)使城市地下工程风险管理更具科学化,并且使得控制措施的可操作性, 最终实现地下工程建设安全风险管理的规范化; (3)在拟定的施工方法和工程条件下,结合工程实际、既往的监测成果和 理论分析及数值模拟结果,对每个施工阶段的变形量进行分解,即将总体目标 分解为阶段目标进行控制,通过阶段控制目标的实现达到对总体目标的控制, 从而确保了城市地下工程施工的环境安全。 附图说明 图1为本发明城市地下工程施工安全风险动态控制的工作程序图; 图2为本发明施工过程中既有结构沉降的预测、监测曲线图。 具体实施方式 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。 某城市地铁车站下穿地铁区间被列为特级风险点,该车站采用浅埋暗挖法施 工,为双柱三跨岛式暗挖车站,车站两端为双层结构,中间为单层结构,车站 总宽度24.2m。车站单层穿越既有地铁的宽度为16.5m,新老结构间净距仅1.98m, 在两结构间施作大管棚支护。为了保证新建车站穿越既有区间的安全,采用了 本发明中的安全风险动态控制方法。 (1)如图1所示,既有结构的现状评估及安全性评价,综合考虑既有地铁类型, 既有地铁目前情况以及既有地铁与新建车站之间的关系,通过既有结构及运营 安全性的分析,分别给出了结构沉降、水平变形和道床脱离值的控制标准,最 终选定结构的最大沉降值和差异沉降值作为控制指标,其中最大沉降允许值为 40mm,考虑到一定的安全储备,最后采用36mm作为沉降控制值,预警值22mm, 报警值为32mm。 (2)施工影响预测和施工方案确定,大断面浅埋暗挖地铁车站通常可以采用 柱洞法、中洞法和侧洞法施工,为此以既有结构的最大沉降量为目标,对这三 种可行的施工方案进行预测分析,由此实现对施工方法的优化。采用上述三种 施工方案,既有线结构的最终沉降量分别为:35mm、47mm、62mm。可见在采 用柱洞法施工时结构的沉降量最小。因此选取柱洞法作为最终新建车站的施工 工法。 (3)如图2中的曲线1所示,过程控制方案的制定和实施,在地铁车站的开挖 过程中,既有区间结构的最终沉降量是由诸多工序累计形成的,而每一阶段均 有其相应的沉降值控制标准。通过计算分析拟定出不同施工阶段的既有结构变 形控制目标值,形成控制方案,这时可按照拟定的方案进行地铁车站的施工。 (4)如图2中的曲线2所示,监控量测及信息反馈,在施工过程中,对既有地 铁结构的沉降和变形采用静力水准仪进行了实时监测,当两侧洞管棚施作完毕, 结构沉降值达到30mm,仍在控制范围内,但这时为了提高线路的运营标准在侧 洞开挖前实施了结构抬升注浆,即“过程恢复”,使得侧洞开挖、支撑完毕后结构 沉降值恢复到14.76mm。 (5)如图2中的曲线2所示,工后评估及结构状态修复,新建车站施工完成后, 既有区间结构沉降值为18.42mm;后经工后评估后再次实施了侧洞注浆抬升,即 “工后恢复”,最终结构沉降值为14.85mm。