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基坑工程安全的故障树分析方法研究


第25卷第4期 2005年12月

防灾减灾工程学报
Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering

V01.25 No.4 Dec.2005

基坑工程安全的故障树分析方法研究+
龙小梅,陈龙珠
(上海交通大学安全与防灾

工程研究所,上海200030)

摘要:总结了基坑事故的引发原因,介绍了一种有效的可靠性分析方法——故障树分析法。应用故障树分析法对基 坑排桩支护结构体系扣放坡开挖体系进行研究,建立了排桩支护结构体系故障树和放坡开挖体系故障树.并通过 定性分析,找出了它们的潜在破坏模式。通过对某放坡开挖工程实例的计算分析,说明了故障树分析法在基坑工程 安全评价中应用的可行性。 关键词:基坑工程;安全评价;故障树法;排桩支护;放坡开挖体系 中图分类号:TU714 文献标识码:A 文章编号:1672—2132(2005)04一0363一06

能也明显不同。因此,在应用现行技术标准进行基坑 0

引言
基坑工程主要是为地下工程结构提供安全、足

工程设计和施工前,采用安全评价方法从整体角度 识别出影响基坑工程安全性的主要因素是十分重要
的。

够的施工空间,一旦出现坍塌等重大事故,则不仅会 对坑内主体工程造成直接损失,还会对周边建(构) 筑物安全乃至社会安定产生严重的负面影响。然而, 由于基坑工程是主体工程施工过程中的一种临时性 措施,业主一般不愿意投入足够的资金使其建造得 安全可靠,常常抱着侥幸心理来应付其设计和施工。 其次,基坑工程面对着复杂的地基土和环境条件(涉 及地基土及其变形特性、土压力计算方法、地下水运 动、坑边既有建筑物和地下管线容许变形等),设计 分析方法至今仅停留在半经验、半理论的技术水平 上。再者,在实际工程中基坑支护结构施工、开挖、主 体地下结构施工和现场监测一般由不同的单位承 担,各方按图施工,致使开挖过程中的协调难以做 好,监管重点和应急对策也常常难以把握到位,因 此,基坑工程的风险性通常较大。 为了避免基坑工程事故的发生,必须科学地进 行基坑工程的设计、施工与监测。国内外现行的有关 技术规范大多仅对基坑支护工程的设计、施工和监 控提出了一些原则性的规定,对基坑及支护结构的 稳定和变形给出了一些具体的计算方法,但并没有 对基坑工程的主要危险因素提出系统性评价分析方 法。事实上,影响基坑工程安全性的因素很多,而且 在不同的基坑工程中,这些因素的相对主次地位可

安全评价是一个利用安全系统工程原理与方法 识别和评价系统或工程存在的风险的过程,其中包 括危险因素识别及危险(害)程度评价两部分。本文 拟利用被其它学科领域证明为有效的故障树分析方 法(Fault
Tree

Analysis,简称FTA)[1 ̄41来对基坑

工程进行安全评价,对多种基坑支护结构体系构造 了用以查找安全隐患的故障树,以指导在设计、施 工、监测中采取有力的措施来提高基坑工程的安全 性。

1基坑工程事故现状及其原因
1.1各种基坑支护型式事故现状 目前,基坑工程的支护型式很多,较常用的有排 桩支护(包括悬臂式、桩锚式和桩撑式)、放坡开挖、 重力式水泥搅拌桩挡土墙、土钉支护、地下连续墙 等嘲。根据文献[6]所列148例基坑工程事故的统计 资料,图1给出了各种支护结构型式发生事故所占 的频率。由此可见,在148例基坑工程事故中,排桩 支护结构事故发生的频率高达O.575(其中悬臂式为 O.439、桩锚式为0.068、桩撑式为0.068),其次是深 层水泥土搅拌桩(频率为o.115),然后是土钉支护和

?收稿日期:2005—01—18;修回日期:2005一05—30 基金项目:上海市建设技术发展基金预研项目(Y0400320) 作者简介:龙小梅(1979.),女,硕士研究生。主要从事土木工程安全评估与防灾减灾研究。Email:longxiaomei@sjtu.edu.cn

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防灾减灾工程学报

第25卷

放坡(频率皆为O.101)。此外,地下连续墙支护的事 故也有发生(频率为o.088),但目前除大型地铁站和 一些超高层建筑外,一般1~3层地下室工程较少采 用地下连续墙。因此,本文对基坑工程安全评价的研 究主要针对应用较多且事故率较高的排桩和放坡开 挖这两种支护结构体系。

金筹集不足,不办理报建审批手续,随意修改支护结 构体系设计,缺乏质量安全监督等。 (5)施工监理问题。主要是监理人员专业水平 低、不按规定履行监理职责等。 (6)现场监测问题。主要体现在所用仪器设备不 能满足监测要求或发生故障、监测间隔过长、监测数 据未及时处理和汇报、预警条件不当等。

O.4

2安全评价的故障树分析方法
褂0.3 骚 辑 怖0.2

2.1故障树分析方法 故障树分析法(FTA)是一种评价复杂系统可

0.1

靠性与安全性的方法,20世纪60年代初期由美国贝


尔研究所首先提出,并成功运用于对民兵式导弹发

●悬臂桩、


accident







地续 下墙 连

,黼1璧敲麟

,槲濉搅
6土钉支护

放 坡





射控制系统的随机失效概率问题的预测上,之后逐 步在各个工业领域得到推广应用。 FTA是在系统设计过程中,通过对可能造成系 统故障的各种因素(包括硬件、软件、环境、人为因

基坑支护形式

图1
Fig.1 The

各种基坑支护结构型式事故发生频率
frequencies of various excavation

素)进行分析,画出逻辑框图(即故障树),然后由此 确定系统故障的各种可能组合方式或其发生概率, 并据此采取相应的改进措施以提高系统可靠性。 FTA把系统最不希望发生的故障事件作为故障树

supporting

systems

1.2引发基坑工程事故的原因 由于开挖深度的增加和土质、地下水及环境条 件的变化与复杂化,基坑工程成为难度大、风险高且 受多因素影响和制约的复杂系统。基坑支护结构破 坏主要表现为:基坑土体隆起、管涌及流砂、支护结 构整体失稳、支撑强度不足或压屈、墙体破坏、支护 结构平面变形超过限度等。引起基坑工程事故的原 因涉及勘察、设计、施工、项目管理、施工监理、现场 监测等多个环节: (1)工程勘察问题。主要包括未认真对场地进行 实地勘察,随意套用附近已有工程的勘察资料或者 勘察数据不全面,使设计所用参数、指标有偏差,致 使支护结构安全度不足。 (2)设计问题。主要包括无证设计、虚假设计、方 案选择不当、治理水的措施不得力、设计计算错误、 设计人员缺乏经验等。 (3)施工问题。主要有施工单位无资质、施工质 量差,随意修改设计,治理水的措施不力,现场管理 混乱,不按施工规程施工,忽视施工监测和险情处理 等。 (4)建设单位管理问题。包括未严格审查优选勘 察、设计、施工单位的资质,过度压低工程造价或资

的顶事件,自上而下分析导致顶事件发生的所有可 能的直接因素(中间事件)及其相互间的逻辑关系, 并由此逐步深入分析,一直追溯到那些原始的、其故 障机理或概率分布已知的、无须再深究的因素(底事 件)为止(文献[1~4])。 FTA解决问题的步骤大致如图2所示。该方法 在建立故障树后,首先是定性分析求出导致顶事件 发生的最小基本事件的集合(即故障树的最小割 集),然后再根据各底事件的已知概率进行定量计算,

l确定顶事件I 收集系l

..

统资料卜_—+逵垄擎堕塑卜.—叫因事件
简化故障树

1调查原

最小割集或 最小路集

二二丁—一
统故障率, 事件重要度

图2故障树分析法(FTA)解决问题的步骤
Fig.2 The
process

of applying FTA

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第4期

龙小梅等:基坑工程安全的故障树分析方法研究

以获得系统的故障概率以及底事件的重要度。故障 树的最小割集一般有若干个,每个最小割集对应于 一种事故模式。最小割集的求法很多,通常用较为简 便的布尔代数法。 2.2系统概率及底事件重要度

越大,说明它对系统安全性的危害越大。所以,通过 关键重要度便可有的放矢地控制安全隐患,以减少 事故发生的可能性以及由其可能导致的人员和财产 损失。

3 每个底事件的发生概率会随水文、地质、施工时 间、环境气候等因素而有所不同,所以这些概率值很 难从理论上分析取得,必须依赖有丰富工程经验的 专家,在研究大量实际工程资料的基础上,借助一定 的数学方法统计分析得出。由于一般情况下,最小割 集是彼此相交的,顶事件的概率用相容事件的概率 公式来计算:
F;一P(丁)一P(K1+K2+…+K女)一

FTA评价基坑工程安全性
基坑工程自开挖到完成地面以下全部隐蔽工程

的施工,常会经历多次降雨、周边堆载或振动、施工 失当等许多不利条件的作用,其安全度的随机性较 大,事故的发生往往具有突发性。因此,有必要针对 各种型式的基坑工程事故进行综合分析,以总结归 纳出各种安全隐患的共性,使今后能尽量避免类似 事故的再次发生。限于篇幅,本文暂只列出排桩支护 和放坡开挖两种体系的故障树及其定性分析结果, 并以放坡开挖基坑工程为例进行定量计算,说明 FTA在基坑工程安全评价中的应用方法。
3.1

∑P(K。)一∑P(K。K,)+∑尸(K。K,K,)+
I一1

l<』=2

i<J<f盅3

…+(一1)卜1尸(K1K2…Kt)

(1)

式中

P(丁)为顶事件丁的概率值; Ki为第i个最小割集。 在得出系统(顶事件)的发生概率后,更重要的

FTA分析排桩支护结构体系事故 在研究了大量基坑工程事故原因的基础上(文

是要求出危险性最大的底事件。这可通过底事件的 关键重要度j。(i)(即底事件对系统事故发生的影响 程度)来表现:

献[5,6]),遵循FTA分析的有关原则(文献[1~ 4]),本文建立了深基坑排桩支护结构体系故障树 (图3),其中故障树的顶事件编号为丁,底事件以x 开头按序编号,其他中间事件自上而下按层以A~E 字母开头分别按序编号。图3中各符号意义见表1。

张泸豢等
式中
Tab。1 The

(2)

Fi为底事件发生概率。底事件的关键重要度
表1图3中符号的意义
symbOl meanings in Fig.3

符号





符号
X。。 X。。 x。。 X。, X。。 X。。 Xzo

意 开挖前管道已破裂



日,。>,l,。为承压水引起涌水涌土的条件公式,H为承压水压
X-

力水头,r。为地下水的重度,^为基坑坑底到坑下承压水层 的土层厚度'r5为土层土的重度

开挖后土体变形引起管道开裂 抗弯刚度设计负偏差 桩身材质负偏差 支撑强度设计负偏差 支撑连接强度不足。 支撑间距过大 支撑材质负偏差 锚头连接不牢 锚杆布置不合理 土体特性参数偏差 土压力计算模型偏差 超额堆载或附加动载作用 锚杆强度设计负偏差 锚杆材质负偏差 防水排水设施不当 降雨或地下管道水

,,


r7<巧为上层滞水或潜水引起涌水涌砂的条件公式,一为土 的浮重度,五为安全系数,一般取1.5~2.o,J为最大渗流力

xs x。 Xs

坑底隆起导致 桩抗弯刚度不足 桩嵌固深度不足 超挖 支柱材质负偏差 支柱强度设计不足 承压水压力水头较大 封底有缺陷 静压力水头较大 存在砂性土层 封底或止水有缺陷

咒。
X:: x。。 x。。 Xz。 X:。


x, Xs X。 X-o X。, x。z x-a

恐,
X:s X:。 X。。

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防灾减灾工程学报

第25卷

图3深基坑排桩支护结构体系故障树
Fig.3 The fault
tree

of the piles—in—row supporting

system

根据布尔代数规则,顶事件丁以最小割集的并 集的形式表示。求图3所示故障树的最小割集如下:
丁一A1+A2+A3一 (Bt+B2)+(B。+B。)+(B。+B6+B,)=

的破坏模式。例如最小割集{X。。,X。。)表示当“防水 排水设施不当”、“降雨或地下管道水”这两个条件同 时发生时,会引起深基坑排桩支护结构体系事故。
3.2

FTA分析基坑放坡开挖体系事故 图4是基坑放坡开挖体系的故障树图(编号规

(C。+Cz+Xs+X。+C。+X。+X6)+C。+C。+C。+ X7+X8+(X1X9X10+X2X11X12X13+X14+X15)一 X16+X17+(D1+D2)+(X3+X4+X18+X19+X20+ X5+X6)+(X18+X21+X22+X23+D3+X24+X25+ X29X30)+X7十X8+X1X9X10+X2X11X12X13+ X14+X15= X16+X17+X24+X25+X26+X29X30+X3+X4+X18 +X19+X20+X5+X6+X18+X21+X22+Xz3+ X27+X28+X24+X25+X29X30+X7+X8+ XlX9X10+X2X11X1 2X13+X14+X15 (3)

则同图3),其中各符号意义见表2。 根据布尔代数规则,求图4所示故障树的最小 割集:
丁一A1+A2一(B1+X1+B2+X2+B3)+(B4+B5+ B6)一 (X。+X。)+X1+(X7+C,)+X2+(X8+X。)+ X3X10X11+X4X12X13X14+X15+X16一 X5+X6+X1+X7+(D1+X17+D2)+X2+X8+X9+ X3X10X11+X4X12X13X14+X15+X16一 X5+X6+X1+X7+X8+X9+X17+X18X19+X2+ X3X10X11+X4X1zXl3X14+X15+X16 (4)

可见,该故障树的最小割集共有28个:{x,。), {X,,),{X。。),(X。。),{X。。),{X。。,X。。),{X。),{X。), (X。。),{X,。),{X:。),{X。),{X。),{X。。},{X。,), {X::),{X。。),{X:,),{X。。),{X。。},{X:;),{X。。, X30},(X7},(X8},(X1,X9,X1。},(X2,X1l,X12,

可知,图4故障树有13个最小割集,即该基坑放 坡开挖体系有13种潜在的破坏模式:{X。),{X。), {X。),{X,),{X。},{X。),{X,,),{X。s,X,。),{Xz), {X3,X10,X11),{X4,X12,X13,X14),{X15),{X16}。

x。。),{蜀。),{蜀。)。每个最小割集代表一种导致事
故发生的模式,说明排桩支护结构体系有28种潜在

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第4期

龙小梅等:基坑工程安全的故障树分析方法研究

图4基坑放坡开挖体系故障树图
Fig.4 The fault
tree

of the slope supporting

system

表2图4中符号的意义
Tab.2 The symbol

meanings in F培.4

符号
X, Xz
X3

意义 超挖 基坑暴露时间过长 H,w>矗rs,符号意义同表1 r7<巧,符号意义同表1 土体特性参数负偏差 没进行边坡稳定验算 坡面防护方法不当 坡顶超额堆载 机具作用荷载过大 承压水压力水头较大

符号
x。。 x。。 x。。 X,。 x。。 X。。 x。, x。。 X。。

意义 封底有缺陷 静压力水头较大 存在砂性土层 封底或止水有缺陷 开挖前水管已破裂 开挖后土体变形引起水管开裂 忽视邻近建筑物的附加应力影响 降雨或地下管道漏水 排水设施不当

x。 x。 Xs X, xs X。 x。。

3.3.2

3.3某放坡开挖工程安全的FTA分析实例
3.3.1

FTA分析

根据以往实际工程经验,请有关工程技术人员 对图4放坡开挖故障树中底事件发生的概率进行了 打分,综合结果如表3所示。作为试探性工作,本文 采用的概率值与事件发生的可能性及严重程度闾的 对应关系是:O.01为不可能,o.1为可能性较小, O.3为可能但不经常,O.5为可能且一般较为严重, o.7为相当可能且严重,o.9为完全可能且非常严 重。

工程概况

设计坑底标高一4.30 m,开挖深度(坡高)8.46 m,开挖坡度为1:1.5,要求设置二级井点降水;根 据基坑开挖深度和设计边坡坡度,要求地面堆土应 距基坑边大于3 m,堆土高度小于2 m。设计对地基 土采用三轴不固结不排水抗剪强度指标,以简单条 分法计算求取最危险滑动面的稳定安全系数K在 基坑边不堆土情况下为1.29,在离坑边3 m、堆土高 度为2 m的情况下则略大于1(文献[6])。

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368

防灾减灾工程学报 表3图4中底事件的发生概率及关键重要度
Tab.3 The probability and the

第25卷

item importance of basic eVents in Fig.4

符号
X, X2 X3 X. Xs X6 X7 X8 X9 Xlo

概率
O.3 O.2 O.01 O.3 O.2 O.01 O.3 O.7 O.1 0.01

关键重要度lg(i)
1.139e一002 6.644e—003 2.657e—008 2.392e一007 6.644e—003 2.684e一004 1.139e—002 6.201e—002 2.953e一003 2.657e—008

符号
X1l X12 X13 X14 X15 X16 X17 X18 X19

概率
O.01 O.3 0.01 0.01 O.2 O.4 O.01 O.7 O.5

关键重要度lg(i)
2.657e—008 2.392e一007 2.392e—007 2.392e—007 6.644e—003 1.771e—002 2.684e—004 1.431e—002 1.43le—002

把底事件概率分别代人式(1),求得该放坡开挖 工程发生事故的概率F。一o.974 1,计算所得各底事 件的关键重要度列于表3。由关键重要度计算结果可 知,X。(坡顶超额堆载)对系统事故发生的贡献最大; 而X,。(土体变形引起水管开裂)、X,。(降雨或地下管 道漏水)和X。。(排水设施不当)次之,也是引起事故的 较为主要的原因。上文已求出了图4故障树的最小割 集,{X。)和{x,。,x。。)均为该故障树的最小割集,它 们是该基坑危险源的两种基本组合方式。如果仅X。 (概率o.7)发生而其它底事件均不发生,求得F。一
o.725

积极的意义,值得进一步研究并加以推广应用。



结语
对基坑工程进行FTA安全评价的目的是从宏

观角度来评估可能引发工程事故的潜在安全隐患。 在工程施工之前开展这项工作,可避免选用不安全 的设计和施工方案,并提出现场安全监管的重点内 容。在工程事故发生之后进行这项评价,将便于找出 引起事故的主要原因,通过总结经验教训来提高今 后的设计和施工安全水平。 目前,土木工程领域中有关安全评价方面的研 究工作开展得较少。要建立基坑工程的安全评价体 系,须借助于计算机编程来实现对复杂工程的计算 分析,还需要理论分析人员和工程技术专家注意收 集大量的实际工程资料,这样才能对危险源及其概 率取值做出进一步的总结和完善。

9;若仅X18(概率o.7)和X1。(概率o.5)同时发

生而其它底事件均不发生,求得F。一O.412 1;若仅X。 (概率O.7)、X,。(概率o.7)和x。。(概率o.5)同时发生 而其它底事件均不发生,求得F。一O.821 8。可见,同 时发生的最小割集越多,则系统发生事故的概率将越 大,且关键重要度越大的底事件对系统故障概率的贡 献越大。在本工程实例中,若X。、X,。、x,。这3个底事 件同时发生且其余的底事件也有部分发生,则该基坑 工程发生事故的可能性将大大增加(F。=o.974 1)。 因此,若对坑边地面堆载、雨水和地下水等不能按设 计和规范要求进行有效控制的话,则该基坑工程发生 事故的可能性将是非常大的。 实际上,该基坑在开挖施工过程中,堆土离基坑 边小于3 m且堆土高度大都超过2 m(局部接近5 m), 只设了一级井点来控制地下水位,而且在基坑开挖达 到设计深度的前一天还下了雨(文献[6])。这些施工 不利因素的出现,导致了当基坑开挖刚达到设计深度 时,突然发生了滑坡事故。事后调查分析确认,引起该 基坑产生滑坡事故的主要原因,是施工过程中坡顶超 额堆载、降水不当和降雨等综合因素造成的。 以上实例分析初步表明,本文对基坑工程所提 出的FTA模型对认清实际工程中的安全隐患具有
[4] [3]

参考文献:
[1]史定华,王松瑞.故障树分析技术方法和理论[M].北 京:北京师范大学出版社,1993 [2]金 星,洪延姬,等.工程系统可靠性数值分析方法

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北京:中国建筑工业出版社,2001

(下转第393页)

万   方数据

第4期



勇:上保护层开采瓦斯综合治理的试验研究 [J].煤炭学报,1996,21(3):225—230

393

参考文献:
[1]俞启香.矿井瓦斯防治[M].徐州:中国矿业大学出版 社,1992.95—97 [2]钱鸣高,缪协兴,许家林.岩层控制的关键层理论研究

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王兆丰.我国煤矿瓦斯抽放存在的问题及对策探讨
[J].焦作工学院学报(自然科学版),2003,22(4):241—
246

Study

on

Control of

Methane

in

Mining

Upper Protective Layers

LUO Yong
(Department of Modern Mechanics,University of Science and Technology of China,Hefei 230026,China)

Abstract: In the paper,after synthetjcally analyzing

the theories of mining upper protective layers and

practical situation in Pandong mine,the author preliminarily ascertains the experimental plan by consulting
engineering experience.By means of field testing,the conclusion is drawn that the designed plan is able,the protection effect of the spot test The
success are reason—

obvious,and the social and economic effect
to

are

remarkable.

of this subject will give beneficial references

mining

area

with analogous conditions.

Key words:protectiVe 1ayer;coal and methane outburst;protection effect;field test

lI◆I…◆川l◆¨¨◆川1◆I…◆川l◆川J◆川I◆川J◆¨J

J◆川J◆""◆J川◆J川◆¨"◆川I◆川J.J川◆¨¨◆ⅢI◆圳◆M◆川J◆J川◆洲◆川◆圳●川◆洲◆川◆川◆洲.』{Jf●川f◆洲卅I¨◆川◆川◆洲●¨¨◆川●川◆洲◆洲◆洲◆洲◆㈨◆川f◆川f.ff

(上接第368页)

Safety Assessment of Deep ExcaVation Engineering with FTA
LONG Xiao—mei,CHEN Long—zhu

Method

(Inst?of Eng.Safety&Disaster Prevention,Shanghai Jiao Tong University,Shanghai 200030,China)

Abstract:

Deep excavation accidents

occur

frequently, which result jn rather huge economic losses and
reasons

bring negatiVe effects to firstly. Then
an

the society.

In this paper,the

of excavation accidents

are

summarized

effective reliability analysis method called Fault Tree Analysis(FTA)is introduced and

applied to the safety assessment of deep excaVation engineering with examples of pnes—in—row supporting

system and sIope supporting system. The fault
supporting system
are

trees

of the p订es—in—row supporting system and the slope
are

built,and qualitative analyses

done for them.

At last,a quantitative analysis is

applied to a{oundation excaVating FTA
on

project

using slope supporting system,which illuminates the usage of

the safety assessment of deep excavation engineering.

Key words:excaVation engineering;safety assessment;FTA;piles in row;slope supporting system

万   方数据

基坑工程安全的故障树分析方法研究
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数: 龙小梅, 陈龙珠, LONG Xiao-mei, CHEN Long-zhu 上海交通大学安全与防灾工程研究所,上海,200030 防灾减灾工程学报 JOURNAL OF DISASTER PREVENTION AND MITIGATION ENGINEERING 2005,25(4) 1次

参考文献(6条) 1.史定华.王松瑞 故障树分析技术方法和理论 1993 2.金星.洪延姬 工程系统可靠性数值分析方法 2002 3.Richard E.Barlow.Jerry B Reliability and Fault Tree Analysis 1975 4.国家安全生产监督管理局 安全评价 2004 5.JGJ 120-1999.建筑基坑支护技术规程 6.曾宪明.林润德.易平 基坑与边坡事故警示录 2001

相似文献(10条) 1.学位论文 龙小梅 基坑工程安全评价的故障树分析方法研究 2005
基坑工程造价较高,又是临时性工程,业主一般不愿投入较多资金,安全储备较小。随着基坑开挖深度的增加和土质、地下水及环境条件的变化与 复杂化,它又是一种难度大、受多因素影响和制约的复杂系统。基坑支护结构的设计理论方法还不成熟,目前只能采用理论计算与经验相结合的半经验 、半理论的方法进行设计,因此其风险性较大。 本文在研究了大量基坑支护工程事故的基础上,总结分析了各种事故形式及其主要原因;针对事故发生频率较高的四种基坑支护型式:排桩支护、水泥 土墙、土钉支护和放坡开挖,根据它们各自的特点分别对其风险特征进行了归纳,利用故障树分析方法建立了这四种支护结构体系的故障树模型,并分 别对它们进行了定性分析,找出了各种支护结构体系事故的危险路径和薄弱环节;最后结合基坑工程实例,利用本文所建立的故障树模型对实际工程进 行了定量分析,计算出基坑工程发生事故的概率及其危险源(底事件)的关键重要度,并由此提出了控制和消除危险源的相应措施。三个基坑支护工程 实例的计算结果初步验证了本文所建造的故障树模型的合理可靠性,且说明了故障树分析方法在基坑工程安全评价中的应用是切实可行的。

2.会议论文 魏新江.邓志秋.魏纲.丁智 可拓评价方法和熵值法相结合的基坑安全评价 2008
基坑的安全评价需考虑多种指标,是一个综合评价问题。将可拓评价方法应用到基坑安全评价中,建立了相应的可拓评价模型,同时,对于综合评 价中的关键问题——指标权重的确定,采用能够反映指标变动大小的熵值法来获得,从而在实现综合、定量化评价的同时,也确保整个评价过程的客观 性,避免了人为主观因素的影响。应用该思路进行了实例分析,并对结果的合理性进行了验证。

3.学位论文 张瑾 基于实测数据的深基坑施工安全评估研究 2008
随着城市轨道交通网络的逐步完善,地铁车站基坑的开挖深度越来越深,工程规模越来越大,所面临的风险也逐渐增加。本文从工程实际需求出发 ,以上海软土地区地铁车站基坑安全评价作为主要研究目标。通过收集近年来上海市地铁基坑的几百万组现场实测数据、工程资料和施工工况,对地铁 基坑变形警戒值的合理取值、基坑施工过程中的主要风险源辨识、基坑施工安全评判等问题进行了系统的研究,主要内容包括以下几个方面: 1、通过对已有工程事故的总结,以及目前常用风险评估方法的比较,对深基坑工程风险管理进行了初步研究,指出模糊综合评判法是较适合评判基 坑工程安全的方法。 2、对基坑墙体测斜、立柱隆沉、基坑周边建筑物、以及基坑周边管线等监测项目的警戒值判定标准进行了总结与探讨,并结合上海地铁工程实际情 况提出了一套合理有效的基坑变形警戒值。 3、对近年来上海市地铁基坑所发生的险情进行统计,将常见风险源归纳为以下几种:(1)基坑超挖、支撑架设不及时(50%):(2)基坑降水、防水不 利(28%);(3)高压旋喷加固压力控制不当(11%)等。并进一步结合工程实例,总结和归纳了不同风险源的监测数据表征。建立了基于实测数据的基坑风 险源辨识流程。 4、基于实测数据,建立了基坑安全评价等级和指标体系。运用模糊综合评判方法构建了深基坑体系的安全评价模型,从而定量地评价基坑本体与周 边环境的安全。 5、提出了基于实测数据评判深基坑施工安全程度的一般步骤:发现异常数据——根据异常数据表征判断基坑存在何种风险源(定性)——利用模糊综 合评判模型对其进行风险评估(定量)——结合监测数据变化趋势进行风险控制。 最后,关于进一步工作的方向进行了简要的讨论。

4.期刊论文 张莉.曾朝文.虞兴福.谢铭祥 软土地铁车站基坑的施工安全现状及危险源述评 -中国水运(下半月) 2009,09(3)
论文分析了现阶段软土地区地铁车站基坑围护工程的基本现状,对存在的安全问题进行了综合评价,分析了构成安全隐患的主要危险源因素.指出在地 铁车站基坑工程中除常见的类似土木工程安全隐患存在外,负高空作业、施工用电、大型设备的起吊等安全隐患变得中更加突出.认为对基坑安全影响最 为严重的应该是围护技术方案的安全可靠和高效的工程组织;而地下水对软土地区地铁车站基坑工程的安全起重要作用;一旦地铁车站基坑工程发生安全 事故,不仅对车站本身的结构和安全有严重影响,对周边的土工环境的损害将更.

5.学位论文 兰守奇 地铁车站深基坑工程灾害评价与安全施工控制研究 2009
随着城市化进程的加快,地铁建设的规模越来越大,随之而来的地铁深基坑工程的风险和灾害也越来越多。近年来国内外不断发生地铁深基坑坍塌 事故,造成了巨大的经济损失和人员伤亡,因此,如何对地铁深基坑工程的风险进行管理、减少工程灾害事故、保障地铁工程安全施工已成为一个重要 的研究课题。 本文以上海地铁10号线同济大学站的深基坑工程为背景,运用调查研究、理论分析、现场监测和数值模拟等手段,对地铁车站深基坑事故发生的原 因和破坏机理进行分析,对地铁车站深基坑工程的风险灾害评估及安全施工控制管理系统进行研究,主要工作和研究成果如下: (1)总结了地铁车站深基坑工程的特点,通过对国内外92个地铁基坑事故(险情)的研究,给出了地铁车站深基坑工程事故(险情)发生的原因,并分析 了地铁车站基坑工程的破坏机理,得出了地铁车站深基坑常见的破坏模式。

(2)给出了软土地区地铁车站深基坑工程风险等级定性评价标准和地铁车站深基坑工程风险灾害事故发生的概率等级、损失等级与风险接受准则。用 工作分解结构法(WBS)和事故树法对同济大学地铁车站深基坑的风险灾害进行识别。用风险矩阵法对该基坑各个风险事故和各个风险源的风险等级进行评 价。 (3)改进了专家调查与模糊理论相结合的风险灾害评估方法,综合考虑被调查专家的权威性、专家本人对自己给出数据的确信性、风险灾害事故各种 损失的权重和各种风险灾害事故的权重,并用该方法对同济大学地铁车站深基坑工程进行灾害评估,得出该工程总体风险度为0.742,置信水平λ=0.9时 风险度范围为[0.706,0.778],根据制定的风险接受准则得出该基坑开挖与支撑阶段的风险等级为四级,与定性分析的风险等级基本一致,属于不可以 接受风险,必须采取恰当的风险控制措施。 (4)制定了地铁车站深基坑工程危险性评定的标准,将施工期的深基坑划分为安全基坑、有危险点基坑、局部危险基坑和整体危险基坑。提出了一种 新的基于模糊理论的地铁车站深基坑施工期安全性评价的方法。 (5)对同济大学地铁车站基坑围护墙体的水平位移、墙后土体的地表沉降、围护墙顶的垂直位移及水平位移、坑外地下水位、支撑轴力、立柱隆起的 监测 数据进行分析,总结了基坑开挖变形的规律。用ABAQUS软件对地铁车站基坑的开挖进行三维模拟,研究了长条形基坑开挖的空间效应;用PLAXIS软件对 同济大学地铁车站基坑已开挖工况的位移和沉降进行二维模拟,用反演分析方法得出基坑的土体参数,然后将该参数用于预报随后基坑开挖的变形,并 将计算结果与现场实测数据相对比,进而验证所取参数和模型的正确性。二维模拟与三维模拟的结果对比表明:对长条形地铁车站基坑,除了端部具有 较大的空间效应外,基坑中部各断面的变形相差不大,并且二维结果与三维结果也基本相同,将基坑中部的开挖用二维有限元模拟是可行的。 (6)用 PLAXIS有限元软件对影响基坑变形的支护参数如墙体刚度、墙体插入比、支撑刚度、钢支撑的预应力、墙体与土体接触面的设置、土体基底加固等进行 研究,用数值计算的方法验证由风险矩阵评价法得出的影响基坑施工安全的风险因素,为设计优化提供理论依据。 (7)用模糊定量的方法对同济大学地铁车站基坑的围护方案进行比选,并从施工顺序、支撑安装、施工技术措施、交通组织和周边环境保护等方面优 化了施工组织设计。分析了地铁深基坑工程政府的应急管理体系,给出了政府部门应急预案和同济大学地铁车站深基坑工程项目部的应急预案。 (8)建议采用“建设单位组织验收、施工单位质量自检、监理单位检查把关、咨询专家技术评估、政府部门程序监督、纪检部门效能监察、实物与行 为并重、重大事故问责”的监督管理模式,并提出了监督管理模式进一步改革的建议。 最后,对进一步工作的研究方向进行了简要的讨论。 关键词:地铁车站深基坑,灾害事故,风险评估,安全评价,监测,有限元模拟,安全施工控制系统,应急管理,监督管理

6.会议论文 陈龙珠.龙小梅 基坑工程中土钉和水泥土墙支护系统的FTA安全评估 2005
本文在扼要地综述基坑工程事故引发原因和工程安全评估的故障树分析法之后,对基坑土钉和水泥土墙支护体系进行研究,建立了土钉和水泥土墙支 护体系的故障树模型,并通过定性分析找出了它们的潜在风险模式.文中通过对某土钉支护基坑工程事故实例的计算分析,初步说明了故障树分析法在基坑 工程安全评价中应用的可行性.

7.学位论文 王蓉 软土地区地铁深基坑开挖施工的基坑本体安全评价研究 2008
随着上海城市轨道交通网络的完善,地铁车站基坑正向深、大、近、紧、难方向发展。为了确切掌握施工过程中基坑支护体系的受力规律和安全性 状,本文以上海某地铁车站基坑支护体系变形为主要研究对象,利用动态变形动态控制的方法,基于对大量现场监测结果的分析,着重研究和探讨了软 土地区深基坑支护结构地下连续墙内力与变形、支撑内力及立柱桩位移与内力变化等相关问题。主要内容包括以下几方面: 1、对地下连续墙的破坏模式与破坏机理进行了分析。对承载能力极限状态和正常使用极限状态下地下连续墙的极限弯矩进行了推导,并进一步给出 了地铁车站地下连续墙的极限弯矩简化计算式,以方便工程估算。介绍了地下连续墙测斜位移的曲线拟合法,并推导了地下连续墙的抗弯刚度简化公式 ,该公式简单实用,易于在工程实践中使用。对正常及异常测斜曲线的特点进行了描述,并从累计变形(比)、变形速率的方面对测斜曲线所表征的地下 连续墙的安全性状进行了探讨,并对地下连续墙设计参数对墙体变形的影响进行了分析。给出地下连续墙内力与变形的安全评判指标与评判方法。 2、在分析基坑支撑结构破坏机理的基础上,对施工过程中支撑轴力随工况变化规律进行分析研究并对上海各地铁车站基坑的最大支撑轴力进行了统 计。推导了单跨压杆式钢支撑的内力计算公式,并给出由稳定性控制的支撑极限轴力随支撑长度变化的实用计算式。建立了立柱竖向位移引起双跨压杆 式支撑结构内力变化的计算公式,利用结构力学原理与极限弯矩理论对立柱竖向位移控制指标进行了界定,并对支撑结构允许变形状态下的内力控制指 标进行了核算。给出单跨压杆式支撑及双跨压杆式支撑的安全评判指标与评判方法。 3、对基坑开挖坑底隆起带动立柱隆起时,立柱桩的受力与位移模式进行了初步分析,并给出了立柱桩位移、轴力与桩周摩阻力的计算方法。立柱的 竖向位移是引发支撑系统破坏的主要因素之一。由支撑结构允许变形状态下的内力控制指标反算出立柱的容许隆起位移。分析了基坑宽度、围护墙插入 比、下卧坚硬土层深度、被动区土体强度、围护墙侧摩阻力、地面超载等因素对基坑抗隆起安全系数的影响。 4、结合某地铁车站的具体情况确立了深基坑本体的安全评价指标,运用综合集成风险评估方法构建了基坑本体的安全评价模型并根据实测结果对其 安全等级进行划分并评价其安全状态。

8.会议论文 沈细中.兰雁.赵寿刚.常向前 深基坑工程突变理论安全评价模型
针对深基坑工程中采用设置监控值进行安全评价时存在操作困难,难以反映基坑失稳是一种突发性现象等问题,根据工程安全监控理论,引入突变理论 ,以基坑水平变形为例,考虑深基坑土体的流变特性,建立了基于深基坑工程时效影响因子的尖点突变安全评价模型.该模型可以反映基坑失稳具有突变性 的特点,并可量化评价基坑安全程度.实例分析表明,该模型适应性强、精度高.

9.学位论文 史世雍 软土地区深基坑支护体系安全性状动态分析 2007
本文为了确切掌握施工过程中基坑支护体系的受力规律和安全性状,以上海某地铁车站基坑为背景,通过对现场大量实测数据和施工资料的整理分 析,紧扣基坑工程时空效应理念着重研究和探讨了软土地区深基坑支护结构的水土压力、立柱竖向位移引起支撑结构内力变化及地下连续墙内力变化等 相关问题。主要内容包括以下几方面: 1、在大量工程事故的破坏原因统计分析基础上,对深基坑支护体系的破坏模式、破坏原因以及相应的处理措施进行了全面的分析,对深基坑支护体 系的变形、内力等安全控制指标进行了全面比较、分析、统一和界定。 2、基于现有理论框架,结合实际施工工况和现场实测资料,对作用于支护结构的水土压力进行了系统分析,并对主动区土压力计算方法进行了探讨 。 3、在分析基坑支撑结构破坏机理的基础上,对施工过程中支撑轴力随工况变化规律进行分析研究并对上海各地铁车站基坑的最大支撑轴力进行了统 计,建立了立柱竖向位移引起支撑结构内力变化的计算公式,利用结构力学原理与极限弯矩理论对立柱竖向位移控制指标进行了重新修正和界定,并对 支撑结构允许变形状态下的内力控制指标进行了核算。 4、针对曲线拟合法中的抗弯刚度EI为变量并难以合理确定的问题,对国内外规范中规定的钢筋混凝土抗弯刚度计算方法进行汇总分析。在我国规范 短期刚度公式的基础上推导了地下连续墙的抗弯刚度简化公式;并对地下连续墙测斜曲线进行光顺样条拟合求取曲率值,对基坑支护结构测斜曲线反分 析得出的结果与实测结果进行对比分析。 5、运用考虑时空效应的子结构有限元方法建立有限元模型,并对支护结构内力变形的各影响因素进行敏感性分析,主要包括不同的支撑预加轴力、 地下连续墙厚度、深度、开挖宽度及立柱埋深等对地下连续墙弯矩与变形的影响。 6、结合工程实例的具体情况确立了深基坑支护体系的安全评价指标,运用模糊综合评判方法构建了支护体系的安全评价模型并根据实测结果对其安 全等级进行划分并评价其安全状态。

10.期刊论文 李立新.于媛媛.刘曣.LI Li-xin.YU Yuan-yuan.LIU Yan 基于模糊理论的地铁车站基坑工程安全性评 价方法研究 -沈阳建筑大学学报(自然科学版)2006,22(3)
目的减少地铁工程事故隐患,防止地铁车站基坑工程安全事故的发生.方法根据系统工程学原理,提出采用定量与定性分析相结合的地铁车站基坑工程 安全性评价方法--模糊综合评价法.依据地铁车站基坑工程安全评价体系的基本框架,构建地铁车站基坑工程的指标体系,并对评价因素进行分析.结果以 模糊数学理论为基础,建立地铁车站基坑工程的模糊综合评价法,能够综合考虑影响地铁车站基坑工程安全性的各方面因素,通过专家调查确定各因素权重 ,从而对地铁车站基坑工程的安全性进行较为全面、合理地评价.结论应用模糊理论对地铁车站基坑工程安全性进行评价,可得出地铁车站基坑工程的安全

等级,使得地铁车站基坑工程事故的发生与否趋于明确化,并依据评价情况进行改进.

引证文献(1条) 1.边亦海 基于风险分析的软土地区深基坑支护方案选择[学位论文]博士 2006

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