基于影响分区的大型基坑近接建筑物施工安全风险管理研究
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摘要
随着我国综合国力不断增强,基础设施建设得到了迅猛发展,城市轨道交通建设更是首当其冲。在大规模建设城市轨道交通的同时,不可避免的会遇到新建城市铁路隧道大型基坑近接既有建筑物的情况,由于该类工程具有地质环境复杂多变,不可预计因素较多等特点,且一旦发生安全风险事故,极易造成巨大的经济损失和人员伤亡,近年来此类重大安全事故就时有发生。目前,城市铁路隧道基坑工程普遍缺乏系统、有效地安全风险评估与管理,工程中遇到近接既有建筑物情况时,或者采取过于保守的措施造成不必要的浪费,或者采取过于冒进的措施造成安全隐患。因此有必要深入系统地开展大型基坑近接既有建筑物时施工安全风险评估与管理的研究,为此类情况下施工安全风险管理工作提供理论依据和技术支持。
本文以新建铁路北京至石家庄客运专线石家庄隧道工程为依托,结合铁道部城市铁路大跨隧道施工安全技术研究课题,综合运用调查研究、现场测试、仿真模拟和可靠度理论方法,在独立研究和归纳总结的基础上。对新建大型基坑近接既有建筑物时的施工安全风险评估与管理技术进行了研究,得到了以下主要成果和结论：
1、在对已有成果调研总结的基础上,通过对类似工程风险事故的统计分析,并结合相关工程现场的问卷调查和专家咨询,识别出用于新建大型基坑近接既有建筑物时施工安全风险评价的“指标可能全集”,构建出指标体系的总体框架,再通过指标测验及筛选,最终建立了适用于大型基坑近接既有建筑物时施工安全风险评价的指标体系。
2、根据现场问卷调查、专家咨询回馈,利用层次分析法构建出风险评价指标体系各层指标两两比较矩阵,计算出各矩阵归一化的特征向量,并进行一致性检验,从而得到各层指标的相对权重。
3、结合安全系数的理念,利用强度折减法划分出大型基坑近接既有建筑物时的影响分区。定义了近接初始风险的概念,建立了数值分析模型,基于蒙特卡洛原理利用FLAC3D进行反复随机抽样计算,统计、分析得出各影响分区的近接初始风险概率。
4、根据风险评价指标体系逻辑层参建各方之间的协作关系,基于概率论与可靠度原理,提出了风险指标体系因素层、逻辑层的评价方法,并结合中国国情和京石客运专线石家庄隧道工程实际情况推导出计算式。
5、针对建立的风险评价指标体系,结合权重动态调整、模糊综合评判、近接初始风险评价以及逻辑层风险评价等一系列方法,提出了适用于大型基坑近接既有建筑物时施工安全风险评价的方法体系。
6、基于SQL Server建立了指标数据库、事故数据库、准则数据库、页面数据库、影像数据库、网页数据库、结果数据库和空间数据库,为风险信息的采集、计算和发布奠定了坚实的基础。
7、基于Visual C#语言,集成研究得到的风险评估技术与标准,开发出用于大型基坑近接既有建筑物时施工安全风险评价的功能模块,与中国矿业大学开发的网络功能模块协同实现整体系统功能,从而研发出基于WebGIS的大型基坑施工安全风险评估与管理系统。
With the high growth of China's economy, construction of infrastructure is developing greatly. First things first, the metro railway now faces a surge of construction. At the same time of the large scale construction, the situation that newly built metro railway tunnel adjacent to buildings is inevitable. And because of the complexity and uncertainty of the geology condition, once security accident happens economical lost and lost of lives will be both caused. In recent years, such accidents happened and caused bad influence. Now, foundation pit projects of metro railway tunnel are usually lack of systematic and efficient risk analysis and management. When the foundation pit is close to existed buildings, either conservative measures are adopted without thinking about whether it's economic or not, or no security measures are taken thus causes accidents. It's necessary to analyze the risk of the large scale constructing foundation pit close to buildings and the study of security management is also important, it will give a theoretical and technical reference to similar projects.
Based on newly built railway Beijing to Shijiazhuang express way Shijiazhuang tunnel project, combining the research task of China minister of railway called metro railway large span tunnel constructing security techniques, using investigation, field test, numeric simulation and reliability theory, research on risk assessing and management techniques of constructing large foundation pit close to buildings is done, and main result and conclusions are written below:
1. Based on conclusion of existed achievement, by statistic analyzing similar risky accident, and combining related questionnaire and expert consultant results,"possible index set" of constructing large foundation pit close to buildings are recognized, the general framework of the index system are developed. After index testing and screening process, final index system of constructing large foundation pit close to buildings is established.
2. According to questionnaire investigation from the construction site and expert consultant, adopting AHP method, comparative matrix of each index in the security assessing index system is developed. And eigenvector of each matrix is calculated and tested, so relative weight of each index is obtained.
3. Using strength reduction method to calculate the security rate, then influential partition of constructing large foundation pit close to buildings is done. The concept of close space initial risk is defined, and numerical simulation model is developed. Based on Monte Carlo theory, adopting FLAC3D software to repeatedly do the random sampling calculation, and then analyze the statistic result and get the risk probability of each partition.
4. Depending on the coordinate relations of every construction unit in the logic layer of the risk analyze index system, adopting probability and reliability theory method, analyzing method of factor layer and logic layer in the risk index system is given. Based on Chinese condition and Shijiazhuang tunnel construction site situation, calculation equation is formulated.
5. Analyzing the newly developed risk analysis index system by using a series of methods including weight dynamic regulation, fuzzy comprehensive judgement, close space initial risk analysis and logic layer risk analysis method, a security risk analysis method suitable for large scale constructing foundation pit close to buildings is established.
6. Based on SQL Server, index database, accident database, principle database, page database, video database, webpage database, result database and space database are developed for collecting information, calculation and announcing information.
7. Based on Visual C#language, risk analysis techniques and standard are studied, function module for large scale constructing foundation pit close to buildings is established. It fulfills the whole systematic function with web function module developed by China university of mining and technology, thus they consist the tunnel constructing security analysis and management system.
本文以新建铁路北京至石家庄客运专线石家庄隧道工程为依托,结合铁道部城市铁路大跨隧道施工安全技术研究课题,综合运用调查研究、现场测试、仿真模拟和可靠度理论方法,在独立研究和归纳总结的基础上。对新建大型基坑近接既有建筑物时的施工安全风险评估与管理技术进行了研究,得到了以下主要成果和结论：
1、在对已有成果调研总结的基础上,通过对类似工程风险事故的统计分析,并结合相关工程现场的问卷调查和专家咨询,识别出用于新建大型基坑近接既有建筑物时施工安全风险评价的“指标可能全集”,构建出指标体系的总体框架,再通过指标测验及筛选,最终建立了适用于大型基坑近接既有建筑物时施工安全风险评价的指标体系。
2、根据现场问卷调查、专家咨询回馈,利用层次分析法构建出风险评价指标体系各层指标两两比较矩阵,计算出各矩阵归一化的特征向量,并进行一致性检验,从而得到各层指标的相对权重。
3、结合安全系数的理念,利用强度折减法划分出大型基坑近接既有建筑物时的影响分区。定义了近接初始风险的概念,建立了数值分析模型,基于蒙特卡洛原理利用FLAC3D进行反复随机抽样计算,统计、分析得出各影响分区的近接初始风险概率。
4、根据风险评价指标体系逻辑层参建各方之间的协作关系,基于概率论与可靠度原理,提出了风险指标体系因素层、逻辑层的评价方法,并结合中国国情和京石客运专线石家庄隧道工程实际情况推导出计算式。
5、针对建立的风险评价指标体系,结合权重动态调整、模糊综合评判、近接初始风险评价以及逻辑层风险评价等一系列方法,提出了适用于大型基坑近接既有建筑物时施工安全风险评价的方法体系。
6、基于SQL Server建立了指标数据库、事故数据库、准则数据库、页面数据库、影像数据库、网页数据库、结果数据库和空间数据库,为风险信息的采集、计算和发布奠定了坚实的基础。
7、基于Visual C#语言,集成研究得到的风险评估技术与标准,开发出用于大型基坑近接既有建筑物时施工安全风险评价的功能模块,与中国矿业大学开发的网络功能模块协同实现整体系统功能,从而研发出基于WebGIS的大型基坑施工安全风险评估与管理系统。
With the high growth of China's economy, construction of infrastructure is developing greatly. First things first, the metro railway now faces a surge of construction. At the same time of the large scale construction, the situation that newly built metro railway tunnel adjacent to buildings is inevitable. And because of the complexity and uncertainty of the geology condition, once security accident happens economical lost and lost of lives will be both caused. In recent years, such accidents happened and caused bad influence. Now, foundation pit projects of metro railway tunnel are usually lack of systematic and efficient risk analysis and management. When the foundation pit is close to existed buildings, either conservative measures are adopted without thinking about whether it's economic or not, or no security measures are taken thus causes accidents. It's necessary to analyze the risk of the large scale constructing foundation pit close to buildings and the study of security management is also important, it will give a theoretical and technical reference to similar projects.
Based on newly built railway Beijing to Shijiazhuang express way Shijiazhuang tunnel project, combining the research task of China minister of railway called metro railway large span tunnel constructing security techniques, using investigation, field test, numeric simulation and reliability theory, research on risk assessing and management techniques of constructing large foundation pit close to buildings is done, and main result and conclusions are written below:
1. Based on conclusion of existed achievement, by statistic analyzing similar risky accident, and combining related questionnaire and expert consultant results,"possible index set" of constructing large foundation pit close to buildings are recognized, the general framework of the index system are developed. After index testing and screening process, final index system of constructing large foundation pit close to buildings is established.
2. According to questionnaire investigation from the construction site and expert consultant, adopting AHP method, comparative matrix of each index in the security assessing index system is developed. And eigenvector of each matrix is calculated and tested, so relative weight of each index is obtained.
3. Using strength reduction method to calculate the security rate, then influential partition of constructing large foundation pit close to buildings is done. The concept of close space initial risk is defined, and numerical simulation model is developed. Based on Monte Carlo theory, adopting FLAC3D software to repeatedly do the random sampling calculation, and then analyze the statistic result and get the risk probability of each partition.
4. Depending on the coordinate relations of every construction unit in the logic layer of the risk analyze index system, adopting probability and reliability theory method, analyzing method of factor layer and logic layer in the risk index system is given. Based on Chinese condition and Shijiazhuang tunnel construction site situation, calculation equation is formulated.
5. Analyzing the newly developed risk analysis index system by using a series of methods including weight dynamic regulation, fuzzy comprehensive judgement, close space initial risk analysis and logic layer risk analysis method, a security risk analysis method suitable for large scale constructing foundation pit close to buildings is established.
6. Based on SQL Server, index database, accident database, principle database, page database, video database, webpage database, result database and space database are developed for collecting information, calculation and announcing information.
7. Based on Visual C#language, risk analysis techniques and standard are studied, function module for large scale constructing foundation pit close to buildings is established. It fulfills the whole systematic function with web function module developed by China university of mining and technology, thus they consist the tunnel constructing security analysis and management system.
引文
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