以案例浅谈安全评估在复杂施工环境的应用

以案例浅谈安全评估在复杂施工环境的应用

范星星

广州轨道交通建设监理有限公司广东广州510010

摘要：随着我国经济的飞速发展，全国各地均进入基础设施建设高峰期，但近几年国内发生多起特别重大安全生产事故，给安全生产管理工作带来巨大压力。因此施工前对工程风险进行科学的分析和模拟评估，既可以验证设计方案的可行性，又可指导现场安全管控，是一种很好的风险预控方式。

关键词：风险、分析、模拟评估、验证

1、工程概况

本工程为地下综合管廊，工程位于鹤洞大桥环形引桥结构下的空地内，基坑长52.8m，宽15.8m，深28.5m。支护结构采用φ1000@1150的钻孔灌注桩加内支撑体系，止水措施为φ600双管旋喷桩。内支撑一共四道，第一道撑采用800×1000混凝土对撑+角撑，第二至第四道对撑采用φ609t=16钢支撑，角撑采用800×1000混凝土撑。

鹤洞大桥环形引桥结构采用连续箱型梁，基础为单桩独柱基础，桥墩高为17.12m，桩长平均为19.60m，基坑位于鹤洞大桥环形引桥结构下方场地。基坑与引桥结构桩基础的最小水平净距约为19.70m，最大水平净距约为41.80m；桩底均位于基坑底面以上。图1为井位与桥平面位置关系

2、主要评估内容

2.1场地工程地质分析

2.1.1地形地貌条件

本工程位于鹤洞大桥匝道下空地内，区域上处于珠江三角洲海陆交互相冲积平原与白鹤洞碎屑岩台地地貌交汇处，基坑勘察场地主要属碎屑岩台地地貌。现状地形比较平整，地面高程为7.38~7.97m。

2.1.2地表水和地下水条件

场地范围内无地表水，地下水位的变化受地形地貌、地层岩性、地下水补给来源等因素控制。勘察期间揭露场地地下水稳定水位埋深0.85～2.30m，标高为5.36~6.80m。地下水位的变化与地下水的赋存、补给及排泄关系密切，每年4～9月份为雨季，是地下水的补给期，其水位会明显上升，而10月～次年3月为地下水的消耗期，地下水位随之下降，年变化幅度1～1.5m。地下水按赋存方式分为第四系松散层孔隙水，层状基岩裂隙水。根据地质剖面来看，整个场地地表广泛分布填土层，主要以黏性土为主，填碎石、砂地段富含潜水、透水性强，填黏性土地段富水量较小、透水性一般。基坑西侧连通性较好，东侧不连续。层状基岩裂隙水白垩系基岩裂隙水主要赋存在强风化和中等风化粉砂岩、泥质粉砂岩中，属承压水。本次勘察钻孔揭露，岩石裂隙稍发育，基岩透水性弱，水量贫乏。

2.1.3地层分布情况

根据勘察揭露本工程范围内存在以下几种地层：

（1）人工填土层：主要为杂填土，呈褐红色、灰黑色、灰白色，主要为人工堆填的粘性土、碎石、砂等组成，层厚1.9～3.9m，平均层厚2.8m。

（2）淤泥质中粗砂层：灰黑色，黑色，饱和，松散~稍密，含较多粉黏粒，级配不良。层厚0.5～2.6m，平均厚度1.55m，层顶埋深2.1～2.2m。

（3）中粗砂层：灰白色、浅黄色，主要成份为石英，含较多分黏粒，分选性较好，级配不良。层厚0.6～1.8m，平均厚度1m。

（4）黏性土层：黄色、灰色，可塑，局部硬塑，主要由粉黏粒组织，局部含少量砂粒，干强度及韧性中等。层厚2.1～7.5m，平均厚度2.1m。

（5）强风化泥质粉砂岩：泥质或粉砂质结构，中厚层状构造，泥质胶结，岩石组织结构已大部分破坏，但尚可清晰辨认，矿物成分已显著变化，节理裂隙较发育，岩体较破碎，岩芯呈密实土著状、半岩半土状、碎块状，岩质极软，手捏易碎，局部节理裂隙面可见铁锰质渲染，土状者遇水易软化。层厚0.65～5.70m，平均厚度2.40m。

（6）中风化泥质粉砂岩、粉砂岩层：陆源碎屑结构，中厚层～厚层状，岩石组织结构部分破坏，矿物成分基本未变化，有风化裂隙，泥质、钙质胶结为主，层厚1.90～28.70m，平均厚度16.20m。

（7）微风化泥质粉砂岩、粉砂岩层：陆源碎屑结构，中厚层～厚层状，岩石组织结构基本未变，矿物成分基本未变化，有风化裂隙，泥质、钙质胶结为主，层厚2.10～20.80m，平均厚度5.93m。

根据基坑场地的岩土工程勘察资料分析，得出以下结论：

（1）基坑开挖范围主要为中、微风化泥质粉砂岩，将非常有利于基坑的变形控制以及基坑诱发对周边引桥结构的位移控制；

（2）基坑底部主要为微风化泥质粉砂岩，有利于控制基坑施工诱发对引桥嵌岩桩基的承载力和位移影响。

（3）引桥桩基础距离基坑的最小水平净距为19.7m，且引桥桩基周边及桩基底主要为中风化泥质粉砂岩，将有利于引桥桩基的安全保护。

（4）由于基坑开挖深度为28.5m，泥质粉砂岩层中可能存在发育的裂隙水，仍需高度重视基坑施工可能对引桥结构造成的不利影响。

2.2鹤洞大桥引桥结构现状调查分析

鹤洞大桥从1994年开工建设，于1998年建成通车。其地理位于广州市海珠区和荔湾区之间的珠江后航道上，东连海珠区昌岗路，西接荔湾区芳村鹤洞路。整个系统工程由主桥、东、西引桥，昌岗立交、广中立交组成，大桥全桥总长2300m，主跨为360m，桥下通航净高34m。桥面宽30.3m，其中车行道22.5m，两侧人行道均为2m，本项目基坑开挖位置位于鹤洞大桥中段芳村大道南侧的环形引桥中，鹤洞大桥环形引桥结构采用连续箱型梁，基础为单桩独柱基础，基坑与引桥结构桩基础的最小水平净距为19.70m，最大水平净距约为41.80m。

工程施工前，请具有相应鉴定资质单位对鹤洞大桥引桥结构进行了完损性鉴定分析，得出以下检测结论：

（1）桥墩地基未发现有明显不均匀沉降，测量点的最大垂直偏差率为0.30%（含施工偏差）。

（2）上部承重结构及围护系统各个构件外观质量基本完好，未发现明显损坏现象。根据检测报告结果，可初步确认鹤洞大桥引桥桩基础、桥墩及上部围护系统完好度较高，安全状况良好。

2.3基坑施工对鹤洞大桥引桥结构影响的三维模拟分析

基坑紧邻鹤洞大桥的引桥结构，且施工工况较为复杂，可能对鹤洞大桥引桥结构造成不利影响。为此，结合鹤洞大桥引桥结构的特点，以及鹤洞大桥引桥结构与基坑的三维空间关系，并针对基坑特点，采用三维有限元软件模拟基坑施工对鹤洞大桥引桥结构产生的不利影响，重点分析鹤洞大桥引桥结构的变形情况，进而评估鹤洞大桥引桥的结构安全和运营安全。

2.3.1基坑施工的三维数值模型

根据鹤洞大桥引桥结构和基坑的空间关系以及基坑施工特点，建立工作井动态施工的三维有限元计算模型。

周边地层的力学性质对约束基坑施工期间鹤洞大桥引桥结构的受力和变形起着关键作用，为此，进行三维模拟分析计算时须充分结合本工程的地层分布特点合理选取计算参数。三维有限元计算模型中的地层主要根据鹤洞大桥引桥相关结构附近的工程地质资料以及基坑邻近引桥结构附近的工程地质资料进行适当简化，主要有杂填土、粉质粘土、中风化、微风化等地层，各地层的计算参数取值主要依据相关工程地质勘察资料和工程经验综合分析确定；鹤洞大桥引桥结构和基坑围护结构体系的力学计算参数依据相关设计施工图纸资料，经综合考虑相关因素后确定。基坑施工对鹤洞大桥引桥结构影响的三维动态施工模拟的主要流程见表1、图2为三维动态施工模拟最终水平位移、图3为三维动态施工模拟最终竖向位移；

根据三维有限元软件模拟得出基坑施工诱发鹤洞大桥引桥结构的最大水平位移为1.3mm，最大竖向位移为1.4mm，最大总位移为1.9mm；相邻墩台不均匀沉降差最大值为0.4mm；墩台横向水平位移差最大值为1.2mm。

7.3基坑施工诱发鹤洞大桥引桥结构安全分析

本工程基坑施工诱发引桥结构的桥墩最大沉降1.4mm＜15mm，纵向梁桥墩最大不均匀沉降差0.4mm＜2mm，桥墩最大横向水平位移1.3mm＜3mm，相邻墩台沉降量之差最大值为0.4mm；相邻墩台水平位移之差最大值为1.2mm。预测分析结果满足中国建筑工程协会标准《建（构）筑物托换技术规程》（CECS295：2011）中的城市桥梁监测一级控制标准。

综上所述，本工程基坑施工诱发鹤洞大桥引桥结构的位移处于较低水平，故认为基坑施工不危及鹤洞大桥高架引桥的结构安全和运营安全。

3、桥梁安全评估结论

综合本工程地质资料分析，结合基坑设计、施工特点以及鹤洞大桥引桥结构特点，依据所开展的三维数值模拟计算结果及其分析，认为本工程设计方案可行，项目建设不危及鹤洞大桥引桥的结构安全和运营安全。

4、桥梁安全评估结论验证

本工程基坑已完成主体结构施工，基坑各项监测数据正常，桥梁最后一次监测成果最大水平位移为1.4mm＜3mm，最大竖向位移为1.74mm＜15mm，最大总位移为2.0mm；纵相邻墩台不均匀沉降差最大值为1.6mm＜2mm；墩台横向水平位移差最大值为1.9mm＜3mm，均未超过中国建筑工程协会标准《建（构）筑物托换技术规程》（CECS295：2011）中的城市桥梁监测一级控制标准。

因此，在复杂环境中开展工程建设，对工程建设风险进行专业模拟评估，是一种有效的风险预控措施，是进一步验证设计方案可行性的有效方式，值得推广。

参考文献：

〔1〕王建波，谈安全评价及其方法〔J〕林业劳动安全，2004，（05）

〔1〕张乃禄，刘灿，安全评价技术〔M〕，西安；西安电子科技大学出版社，2007

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