摘要： 随着我国城市进入地下空间开发建设新时期，深基坑工程施工风险问题日益凸显。以上海轨道交通某车站深基坑工程为例，运用故障树分析法，编制其地下水事故故障树，从定性分析到定量分析，对各基本事件进行结构重要度、概率重要度和关键重要度分析，得出承压水超降、无有效阻隔、无承压水补给措施等基本事件对本深基坑工程地下水事故的影响较大，进而提出降水方案的确定、地下连续墙质量的保证、围护—降水一体化设计、分层降压、高精度水位控制、按工况按需降水等措施，以控制深基坑工程地下水风险。
Abstract： With China"s urban enter to the underground space development era， the risk of deep foundation pit project is becoming increasingly prominent. Based on a Shanghai Metro station deep foundation pit project， the risk is analyzed by using of fault tree analysis. Qualitative analysis and quantitative analysis are made， such as structure importance， probability importance and key importance analysis of the basic events. We find the main affective factors and draw up the corresponding control methods.
关键词： 深基坑工程；地下水；风险分析；风险控制
Key words： deep foundation pit project；groundwater；risk analysis；risk control
中图分类号：TU4 文献标识码：A文章编号：1006—4311（2012）27—0138—03
0 引言
随着我国城市化进程的加快，拥挤成为城市发展的瓶颈，转向地下空间的开发与建设。地下工程越建越深，而深基坑工程复杂、技术含量高，对周边环境影响较大，施工难度和环境保护要求较高，风险问题凸现，亟需有针对性的识别和控制。
1 文献综述
目前国内外学者主要从施工、减压降水运营方面研究深基坑工程的风险分析、评价和控制等问题。
李智明、许淑君[1]认为建筑深基坑工程风险主要来源于勘察设计的局限性、支护工程的临时性、实施的动态复杂性、危害的社会性和项目管理者的盲目性等。朱玉明、张永军等[2]结合北京地铁4号线灵境胡同站附属工程基坑开挖的施工实例，指出基坑施工中存在的主要风险，提出风险预防措施及应急预案。谢秀栋[3]基于层次分析法原理，分析深基坑工程施工中存在的风险，建立层次结构分析模型。何锡兴、周红波等[4]采用WBS与故障树法进行风险分析，建立风险清单，采用模糊综合评判模型进行风险评估，得出基坑施工风险等级。李小浩、宋永发[5]分析国内近年的地铁施工安全事故，从事故原因的角度建立地铁施工安全风险评价体系，构建地铁施工安全风险CIM评估模型。李静、林祥金[6]基于BP神经网络理论模型，对水中悬浮隧道施工中各项风险指标进行辨识、量化和评价，进而对其施工总体风险进行分析，得到施工风险的量化参考指标，为水中悬浮隧道施工风险管理提供有效的风险分析工具。吴楠[7]考虑施工、地质、天气、环境等影响因素，提出基于深基坑工程施工期风险评估的安全指数体系。王祺、兰韡等[8]基于深大基坑减压降水运行风险的分析，采用分布式无线水位数据采集与远程传输系统、交互式智能电源备用系统以及备用井智能控制系统，构建深大基坑减压降水运行风险智能化控制系统。周红波、高文杰[9]分析深基坑工程风险，提出建立参建各方共同参与的风险管理组织架构，根据风险识别、评估、预控和跟踪控制四大管理任务设计相应的工作流程和工作表格，制定各项管理制度和基于控制论反馈思想的风险控制方法。
由于地质条件复杂、涉及专业多、投资量大、建设期长及不可预见因素多等，深基坑工程地下水的风险控制非常关键。工程界对于深基坑工程地下水的风险虽然有一定的认识，但没有系统的分析、评价和研究。亟需理清深基坑工程地下水事故的诱因，采取针对性措施进行风险控制。
2 深基坑工程地下水风险分析
2.1 上海轨道交通某车站深基坑工程故障树编制 作为三线换乘的枢纽车站，上海轨道交通某车站基坑最大开挖深度为30.6m，基坑保护等级为一级。车站周边建筑众多，基本都在0.5倍开挖深度范围之内，其中两幢建筑是仓库改建而来，基础较差，且临近高架，保护要求非常高。复杂的地质条件、超深的降承压水和对高架的保护是本工程施工控制的难点。
从工程本身和周边环境安全出发，编制故障树，如图1所示。理清地下水事故的风险诱因，以采取相应控制措施，减小事故发生概率。研究对象主要是深基坑工程施工方面，暂不考虑甲方、设计、监理和施工单位等管理方面的原因。
2.2 故障树分析
2.2.1 定性分析 故障树分析法中要进行定量分析，通常先求导致顶事件发生的最小基本事件的集合，即故障树的最小割集。每个最小割集对应于一种事故模式。根据上文建立的故障树，按布尔代数法可以得到如下的结果。
T=2X4X10X11+2X4X12+X4X13+2X5X10X11+2X5X12+2X5X13+2X1X6+2X1X7+2X1X8+2X2X3+X9X14X15
由以上结果可以看出，顶事件为11个交集的并集，这11个交集即为事故的最小割集，分别对应于导致顶事件发生的11种事故模式。最小割集分别为（X4X10X11）、（X4X12）、（X4X13）、（X5X10X11）、（X5X12）、（X5X13）、（X1X6）、（X1X7）、（X1X8）、（X2X3）、（X9X14X15）。
2.2.2 定量分析 根据参考文献对基本事件发生概率的统计数据和方法，对深基坑工程地下水事故的基本事件发生概率估计如表1所示。概率值与事件发生的可能性的对应关系如下。
0.01—不可能 0.1—可能性较小
0.3—可能但不经常 0.5—可能且一般较严重
0.7—相当可能且严重 0.9—完全可能且相当严重
为了分析深基坑工程地下水事故中各基本事件对顶事件的影响大小，有必要对各基本事件进行结构、概率和关键重要度分析。
①结构重要度分析。结构重要度表示基本事件对顶事件发生的影响程度，可用下式近似判别式计算
I■■=∑I（i）=∑■
其中，I（i）—基本事件各结构重要系数的近似判别值，I（i）大则I■■也大；X∈Kj—基本事件Xi属于Kj最小径集；ni—基本事件Xi所在最小径集中包含基本事件的个数。
根据以上的原理和方法，本深基坑工程地下水各基本事件的结构重要度排序如下
I■■=I■■=I■■>I■■=I■■=I■■=I■■=I■■>I■■=I■■>I■■=I■■>I■■>I■■=I■■
从以上的结果可以看出，基本事件X9、X14、X15对深基坑工程地下水事故的影响最大，若能较好控制基坑开挖放坡、降地下水等风险因素，就能减少深基坑工程地下水事故的概率。
②概率重要度分析。概率重要度是顶事件发生概率对基本事件发生概率的偏导数。根据概率重要度的计算公式计算出各基本事件的概率重要度数值，详见表2。
？驻g14（t）>？驻g9（t）>？驻g15（t）>？驻g1（t）>？驻g3（t）=？驻g2（t）>？驻g5（t）=？驻g4（t）=？驻g13（t）=？驻g12（t）>？驻g6（t）=？驻g11（t）>？驻g8（t）>？驻g7（t）>？驻g10（t）
从以上排序结果可以看出基本事件X14、X9、X15的发生概率的变化对顶事件发生概率的影响程度最大，减少这些基本事件发生的概率就能大幅减小顶事件发生的概率。如果能采取措施减少承压水超降、补给承压水，以及阻隔降承压水对周边环境的影响，可以有效的控制深基坑工程地下水事故的发生。
③关键重要度分析。根据关键重要度的计算公式，可计算出各基本事件的关键重要度，详见表3。
CIg（14）=CIg（15）>CIg（9）>CIg（1）>CIg（2）>CIg（3）>CIg（4）=>CIg（5）>CIg（12）>CIg（13）>CIg（6）>CIg（7）=CIg（8）>CIg（10）=CIg（11）
从以上排序可以看出，基本事件X14、X15、X9对深基坑工程地下水事故的影响较大。即在本工程中，应注重承压水超降、无承压水补给措施、无有效阻隔降承压水对周边影响等风险的控制。
3 深基坑工程地下水风险控制措施
3.1 针对地层复杂性和不确定性，通过现场降水试验和施工补勘的方式来明确水文地质参数和地层分布，确定针对性降水方案，避免地下水突涌。本工程通过降水试验调查降水过程中，各土层之间的水力联系及固结沉降规律；通过不同滤管长度的降水井抽水能力对比，找出最优的滤管长度和井点深度。补勘主要是为了确定基坑内外承压含水层、相对隔水层、微承压含水层之间的关系，并确定含砂土/粉土地层的准确分布状况，以尽量准确地计算降深。在围护结构没有阻隔承压水层的情况下，降承压水对周边建筑影响可能比较大，为尽可能减少对环境的影响，所有的井点全部布置在基坑内，基坑外只布置观测井和备用井（非地下连续墙加深区域）。
3.2 通过地下连续墙成槽机、泥浆等成槽工艺及接头形式的优化措施来保证地下连续墙的质量，避免因地下连续墙缺陷引起的地下水渗漏和水土涌入事故。由于地下连续墙比较深，故本工程地下连续墙采用止水效果比较好的十字钢板接头，通过加长地下水透流路径来加强止水效果，同时，调整后续幅包角筋的形式，尽量缩短幅间保护层，使防渗效果更好。抓斗上安装特制刮刀，在反力箱底部焊接特制铲刀，以清除十字钢板上粘附的混凝土块。利用安装在刷壁器上的高强橡皮刷除止水钢板上的泥皮，最终采用超声波测十字钢板的垂直度，发现有淤泥再次刷壁，直到清除干净后再清孔。
3.3 通过围护—降水一体化设计、分层降压、高精度水位控制、按工况按需降水等措施来“四维”降水最小化，减少降承压水对周边环境的影响。“以隔为主”的承压水治理方案，即加深地下连续墙结构，阻隔基坑内承压水降落对基坑外的承压水的影响。采用分层降压的方式来实现分阶段降低两个土层的水压，即⑤3—2层通过与疏干井结合的混合井来降压，而⑦层单独布井降压。通过自动水位监测系统和变流量抽水装置相结合，可以高精度控制降深，确保基坑安全。
4 结语
本文采用故障树分析法研究上海轨道交通某车站深基坑工程地下水风险控制，确定导致深基坑地下水工程事故的主要因素是无承压水补给措施、承压水超降、无有效阻隔承压水措施等，提出深基坑工程地下水风险控制的措施，以减小深基坑工程地下水事故发生率及损失。
参考文献：
[1]李智明，许淑君.建筑深基坑工程风险识别与分析[J].管理工程学报，2005，19（s）：106—108.
[2]朱玉明，张永军等.地铁车站深基坑施工风险分析及控制[J].建筑技术，2011，42（1）：54—57.
[3]谢秀栋.基于层次分析法的深基坑施工风险分析[J].山西建筑，2011，37（28）：58—59.
[4]何锡兴，周红波，姚浩.上海某深基坑工程风险识别与模糊评估[J].岩土工程学报，2006，28（s1）：1912—1915.
[5]李小浩，宋永发.CIM模型在地铁施工安全风险评估中的应用[J].工程管理学报，2010，24（5）：513—516.
[6]李静，林祥金.水中悬浮隧道施工风险分新的BP神经网络模型[J].建筑管理现代化，2007，21（1）：40—42.
[7]吴楠.基于深基坑施工期风险评估的安全指数研究[J].地下空间与工程学报，2011，7（3）：604—608.
[8]王祺，兰韡等.深大基坑减压降水运行风险智能化控制[J].科技创新导报，2011，（03）：70—71.
[9]周红波，高文杰.深基坑工程施工风险管理实务研究[J].建筑经济，2009，（9）：73—76.