基坑工程的环境影响风险分析与安全评估

基坑⼯程的环境影响、风险分析与安全评估1 基坑⼯程的环境影响的分析与保护措施

上世纪九⼗年代以前，基坑开挖深度⼀般不深，因此基坑开挖对周边环境的影响较⼩，基坑的环境保护问题并不突出。近⼆⼗年来，随着我国建设事业的飞速发展，基坑的规模越来越⼤，开挖深度越来越深，且城市区域往往建筑物密集、管线繁多、地铁车站密布、地铁区间隧道纵横交错，在这种复杂城市环境条件下的深基坑⼯程，除了需关注基坑本⾝的安全以外，尚需重点关注其实施对周边已有建（构）筑物及管线的影响。1.1 基坑周边环境调查

⼀般情况下，环境调查应包括如下内容：

（1）对于建筑物，可通过调研、现场查看、资料收集、检测等多种⼿段全⾯掌握建筑物的现状。应查明建筑物的平⾯位置及与基坑的距离关系、⽤途、层数、结构形式、构件尺⼨与配筋、材料强度、基础形式与埋深、历史沿⾰及现状、荷载与裂缝情况、沉降与倾斜情况、有关竣⼯资料（如平⾯图、⽴⾯图和剖⾯图等）及保护要求等。对历代保护建筑，⼀般建造年代较远，保护要求较⾼，原设计图纸等资料也可能不齐全，有时需要通过专门的房屋结构检测与鉴定，对结构的安全性做出综合评价，以进⼀步确定其抵抗变形的能⼒，从⽽为其保护提供依据。（2）对于隧道、共同沟、防汛墙等构筑物，应查明其平⾯位置、建造年代、埋深、材料类型、断⾯尺⼨、沉降情况等，并应与相关的主管部门沟通，掌握其保护要求。

（3）对于管线应查明其平⾯位置、直径、材料类型、埋深、接头形式、压⼒、输送物体（油、⽓、⽔等）、建造年代及保护要求等，当⽆相关资料时可按《城市地下管线探测技术规程》（CJJ61）进⾏必要的地下管线探测⼯作。1.2基坑周边环境的容许变形量1.2.1 建筑物的容许变形量

根据Skempton和MacDonald，及后来有关学者的研究，⼀般可将建筑物的损坏⼤致地分为如下三类：1）建筑性损坏。建筑性损坏主要是构件外观上的损坏，例如墙板、楼地⾯及建

筑饰⾯上的裂缝等。粉刷墙上宽度⼤于0.5mm的裂缝和砌体墙及⽑⾯混凝⼟墙上宽度⼤于1.0mm的裂缝⼀般被认为是建筑物住户所能观察到的裂缝的极限⼤⼩。

2）功能性损坏。功能性损坏主要是结构或构件引起使⽤功能上的障碍，例如门窗不能开启、墙体或楼⾯的倾斜、煤⽓管线或⽔管的弯曲与破裂、饰⾯的开裂与剥落等。功能性损坏⼀般不需进⾏结构性修复。

3）结构性损坏。结构性损坏往往会影响到结构的稳定性，这类损坏包括建筑物主要受⼒构件如梁、柱、楼板、承重墙等的开裂和严重变形。

1、建筑物在⾃重作⽤下的容许变形量2、基坑开挖引致的建筑物容许变形量1.2.2 地铁隧道的容许变形量

在运营中的地铁隧道对变形结构及连接⽅式等密切相关。⽬前关于地铁隧道的容许变形量的研究尚较少。《上海市地铁沿线建筑施⼯保护地铁技术管理暂⾏规定》给出了如下的地铁保护技术标准，可作为确定地铁隧道的容许变形量的参考。（1）地铁结构设施绝对沉降量及⽔平位移量≤20mm（包括各种加载和卸载的最终位移量）（2）隧道变形曲线的曲率半径R≥15000m；（3）隧道的相对弯曲≤1/2500；

（4）由于打桩振动、爆炸产⽣的振动对隧道引起的峰值速度≤2.5cm/s。1.2.3 管线的容许变形量

管线⼀般由管节和接头组成。管节的⼒学特性主要由管节材料的应⼒-应变特性、管节的截⾯特性和管节的长度决定，⽽接头的⼒学特性则主要由接头的拔出及转动特性决定。因此，管线的容许变形由管节的应⼒-应变关系和接头的拔出及转动特性决定。

1.3 围护结构施⼯引起的地表与建筑物沉降1.3.1 ⽤灌注桩或连续墙成槽施⼯引起的地表沉降

连续墙成槽施⼯时的应⼒状态变化较为复杂。正常施⼯状况下，在稳定的泥浆中成槽会使得连续墙单元周围⼟体的应⼒状态由

原来的K0状态改变⾄稳定的液压平衡状态。由于稳定的泥浆液压与原先沟槽内的⽔、⼟压⼒并不⼀致，并且液压通常较⼩，因此引起连续墙沟槽周围⼀定范围内的⼟体的侧向总压⼒减⼩，⼟体应⼒重新分配，从⽽导致沟槽单元附近的⼟体发⽣侧向变形，进⽽导致地表沉降，当连续墙周围存在建（构）筑物时，将会导致建（构）筑物的沉降。当混凝⼟浇筑完成后，由于混凝⼟的重度⼤于泥浆的重度，单元内所形成的侧压⼒⼤于沟槽开挖时的稳定泥浆液压，使得原先沟槽开挖引起的侧向位移有回复的趋势，但此时地表沉降并不会有多⼤的变化。1.3.2 ⽤连续墙成槽施⼯引起的周围建筑物沉降

Cowland 和Thorley的研究表明，连续墙成槽施⼯会导致不可忽视的建筑物沉降，在距离沟槽约1倍连续墙成槽深度的范围内，均可观察到可观的建筑物沉降，即使有些建筑物的整个基础位于连续墙沟槽理论主动楔体的宽度范围之外时，仍能观察到可观的建筑物沉降。Cowland和Thorley并给出了⼀个建筑物最⼤沉降与距离连续墙沟槽距离的经验图表关系如图28-15 所⽰，可以作为预估连续墙成槽施⼯引起的建筑物沉降的⼀个参考。

1.4 基坑开挖对周边环境影响的分析与预估1.4.1 经验⽅法

经验⽅法是建⽴在⼤量基坑统计资料基础上的预估⽅法，该⽅法预测的是地表的沉降，并不考虑周围建（构）筑物存在的影响，可以⽤来间接评估基坑开挖可能对周围环境的影响。其预测过程分为三个步骤：（1）预估基坑开挖引起的地表沉降曲线、（2）预估建筑物因基坑开挖引起的⾓变量、（3）判断建筑物的损坏程度。1、预估基坑开挖引起的地表沉降曲线

从前⾯的分析可知，基坑开挖引起的地表差异沉降是造成基坑周边建筑物损坏的主要原因，因此要判断基坑开挖引起的建筑物损坏程度需先预估基坑开挖引起的地表沉降曲线。经验⽅法根据地表沉降与围护结构侧移的关系，预估地表的沉降曲线，其预估步骤如下：

预估基坑开挖引起的地表沉降曲线步骤1）预估围护结构的最⼤侧移δhm

围护结构的最⼤侧移δhm可根据平⾯竖向弹性地基梁⽅法计算确定，也可根据⼤量各类围护结构的变形实测统计规律来估算。2）根据最⼤地表沉降为围护结构最⼤侧移的关系预估最⼤地表沉降δvm 在确定了围护结构最⼤侧移后，就可根据最⼤地表沉降与围护结最⼤构侧移的关系预估最⼤地表沉降δvm。在地表最⼤沉降与围护结构最⼤侧移的关系研究⽅⾯，Goldberg的统计结果表明，不管是砂⼟、硬黏⼟还是软黏⼟，最⼤沉降δvm⼤部分等于0.5～1.5倍的最⼤墙体侧移δhm，但也有超过2δhm的情况。Mana的统计表明最⼤沉降δvm等于0.5～1.0倍的最⼤墙体侧移δhm。O’

Rourke通过对有关实测数据和模型试验结果的分析发现，对于有⽀撑的基坑墙体侧移与地表沉降的⽐值的极限值为0.6，⽽对于悬臂开挖基坑则为 1.6。Woo 分析了台北盆地的有关基坑⽆量纲化最⼤侧移（δhm/H）与⽆量纲化最⼤沉降（δvm/H）之间的关系，发现⼤部分的数据落在δvm 等于0.25δhm⾄1.0δhm 之间，超过1.0δhm的数据为发⽣局部破坏、墙体渗漏和地表超载等因素引起。⽽Ou统计的台北盆地10 个基坑的数据表明最⼤地表沉降⼤多落在0.5δhm 和0.7δhm之间，其上限为1倍的δhm，如图28-29 所⽰。Moormann统计的结果表明软黏⼟中δvm⼀般为δhm的0.5～1.0倍，最多不超过2.0倍。3）预估地表沉降

2、预估建筑物因基坑开挖引起的⾓变量

经验⽅法评估基坑开挖对周边建筑物的影响的第⼆步，是基于前⾯预测的地表沉降曲线，预估建筑物因基坑开挖⽽承受的⾓变量。实际上，预估建筑物因基坑开挖⽽承受的⾓变量是⼀个⾮常困难的事情，原因有⼆：

1）⼯程界常⽤的分析⽅法，或者是所采⽤的简化评估法，通常假设没有建筑物存在情况下，来预测深基坑引致的地表沉降剖⾯，然⽽实际上建筑物是在深基坑施⼯前就存在的，因此预测的地表沉降剖⾯很可能和实际建物承受的沉降有所差异。2）若建筑物沉降量已经可以准确地预估，接下来的问题是如何评估建筑物承受之⾓变量。如图28-36 所⽰，当建筑物承受开挖引致之差异沉降量，结构体会产⽣旋转（倾斜）和扭曲变形（⾓变量）两种⾏为，其中⾓变量代表结构体扭曲变形，以适应所承受的差异沉降量。⼀般⽽⾔，刚体旋转并不会造成结构体本⾝受损，当然若旋转量过⼤，建筑物可能会倒塌。⾓变量过⼤，结构体便可能产⽣开裂，甚⾄影响结构安全。

3、判断建筑物的损坏程度

根据第⼆步的预估，得到了建筑物所承受的⾓变量β，就可根据下表评估建筑物的损坏程度。

1.4.2 数值分析⽅法

基坑⼯程与周围环境是⼀个相互作⽤的系统，连续介质有限元⽅法是模拟基坑开挖问题的有效⽅法，它能考虑复杂的因素如⼟层的分层情况和⼟的性质、⽀撑系统分布及其性质、⼟层开挖和⽀护结构⽀设的施⼯过程以及周边建（构筑）物存在的影响等。随着有限元技术、计算机软硬件和⼟体本构关系的发展，有限元法在基坑⼯程中的应⽤取得了长⾜的进步，从⽽为邻近建（构）筑物的基坑⼯程设计提供了重要的分析⼿段，由于有限元法分析的复杂性使得其易导致不合理甚⾄错误的分析结果，因此有限元法分析得到的结果宜与其他⽅法（如经验⽅法）

进⾏相互校核，以确认分析结果的合理性。采⽤数值分析⽅法基坑开挖对周边环境的影响时应考虑如下因素：（1）平⾯分析与三维分析

对于长条形基坑的长边采⽤平⾯有限元分析⼀般是合适的，但对于基坑短边的断⾯，或靠近基坑⾓部的断⾯，围护结构的变形和地表的沉降具有明显的空间效应，若采⽤平⾯有限元法分析这些断⾯，将会⾼估围护结构的变形和地表的沉降。当基坑形状复杂或基坑周边的建（构）筑物本⾝也不满⾜平⾯应变的条件时，采⽤平⾯分析的模型将会使计算结果的可靠度降低。在这种情况下，要想更全⾯地掌握基坑本⾝的变形及基坑开挖对周边环境的影响，宜采⽤考虑⼟与结构共同作⽤的三维有限元分析⽅法。

（2）边界条件及全过程模拟

基坑开挖涉及围护结构施⼯、⼟体开挖、⽀撑施⼯等复杂过程，要准确地分析基坑的变形和受⼒情况以及基坑开挖对周边环境的影响，必须合理地模拟基坑的实际施⼯⼯况。因此，在建模时需综合考虑⼟层的分层情况、周边建（构）筑物的存在、开挖及⽀护结构的施⼯顺序等。⼀般采⽤单元的“⽣”、“死”功能来模拟具体施⼯过程中有关结构构件的施⼯以及⼟体的挖除，并采⽤分步计算功能来模拟具体的施⼯⼯况。（3）本构模型的选择

数值分析中的⼀个关键问题是要采⽤合适的⼟体本构模型。虽然⼟的本构模型有很多种，但⼴泛应⽤于商业岩⼟软件的仍只有少数⼏种如线弹性模型、Duncan-Chang（DC）模型、Mohr-Coulomb（MC）模型、Drucker-Prager（DP）模型、修正剑桥（MCC）模型、Plaxis Hardening Soil（HS）模型等。（4）计算参数的确定

数值分析结果的合理性在很⼤程度上取决于所采⽤的计算参数。基坑现场的⼟体应采⽤合适的本构模型进⾏模拟，并且能根据室内实验和原位测试等⼿段给出合理的参数。必要时也可采⽤反分析⽅法确定有关计算参数，当所采⽤的⼟体本构模型的参数较多时，⼀般可反算那些⽆法直接从实验中得到或者是⽆法合理地估计的参数，相对可靠的⼟体参数可直接从实验中得到或从已有的经验推断中得到。当基坑的附近具有相同地质条件、类似的⽀护⽅式和施⼯⼯况的已经完成

的基坑⼯程时，可采⽤其实测资料来进⾏反分析，然后将得到的参数⽤于本⼯程的模拟。也可根据基坑的初期⼯况的实测资料来进⾏反分析，得到参数后⽤来预估后续⼯况的变形。（5）分析⽅法

基坑开挖数值分析⽅法包括排⽔分析法、不排⽔分析法和部分排⽔分析法。（6）接触⾯的设置

基坑⼯程中，围护体或其它结构与⼟体存在相互作⽤。围护体与⼟体的接触⾯性质对围护结构的变形和内⼒、坑外⼟体的沉降和沉降影响范围、坑底⼟体的回弹以及基坑开挖对周围建（构）筑物的影响程度会产⽣⼀定程度上的影响。有限元法是在连续介质⼒学理论的基础上推导出来的分析⽅法，这种⽅法⽆法有效地评估材料间发⽣相对位移的受⼒和变形性态。因此基坑的有限元分析中，为使分析结果更加符合实际，有必要考虑围护墙与⼟体的界⾯接触问题，⼀般可采⽤接触⾯单元来处理。（7）初始地应⼒场的模拟

当基坑周边存在已有的结构如隧道、地下室、桩基或浅基础时，这些结构的存在会引起初始地应⼒场的改变。在基坑施⼯之前，这些已经存在的结构就已经引起了⼟体中加载或卸载过程，因⽽在对基坑的开挖过程进⾏分析时，必须考虑这些既有结构对初始地应⼒场的影响。正确模拟既有周边环境对初始地应⼒场影响对于分析基坑本⾝的变形以及分析对最周边环境的影响具有重要的意义。1.5 基坑变形控制设计

基坑的变形控制设计以基坑的环境保护为核⼼，通过设计、变形分析，再设计、再变形分析的反复过程，使设计的⽀护结构在基坑施⼯过程中所引起的基坑周围的建（构）筑物、地下管线和设施的变形在允许的范围之内，从⽽保证其正常使⽤要求。基坑变形控制设计的⼀般流程如下图所⽰。

1.6 基坑⼯程的环境保护措施

基坑⼯程是⽀护结构、降⽔以及基坑开挖的系统⼯程，其对环境的影响主要分如下三类：围护结构施⼯过程中产⽣的挤⼟效应或⼟体损失引起的相邻地⾯隆起或沉降；长时间、⼤幅度降低地下⽔可能引起地⾯沉降，从⽽引起邻近建（构）筑物及地下管线的变形及开裂；基坑开挖时产⽣的不平衡⼒、软粘⼟发⽣蠕变和坑外⽔⼟流失⽽导致周围⼟体及围护墙向开挖区发⽣侧移动、地⾯沉降及坑底隆起，从⽽引起紧邻建（构）筑物及地下管线的侧移、沉降或倾斜。基坑⼯程的⽀护结构施⼯、降⽔以及基坑开挖是影响周边环境的“源头”，因此保护基坑周边的环境应⾸先从“源头”上采取措施减⼩基坑的变形，从⽽减⼩基坑⼯程施⼯对周边环境的影响。其次，可从基坑变形的传播途径上采取措施，切断或减⼩⼟体变形对周边环境的影响。第三，还可从提⾼基坑周边环境的抵抗变形能⼒⽅⾯采取措施，减⼩建（构）筑物、地下管线或设施的变形。1.6.1 从引起变形的“源头”上采取措施减⼩基坑的变形1、围护墙施⼯⽅⾯的措施

（1）板桩（钢筋混凝⼟板桩或钢板桩）施⼯时，应采⽤适当的⼯艺和⽅法减少沉桩时的挤⼟、振动影响；板桩拔出时可采⽤边拔边注浆的措施控制由于⼟体损失⽽引起邻近建（构）筑物、地下管线及设施下沉的不利影响。

（2）钻孔灌注桩施⼯中可采⽤套打、提⾼泥浆⽐重、采⽤优质泥浆护壁、适当提⾼泥浆液⾯⾼度等措施提⾼灌注桩成孔质量、控制孔壁坍塌、减⼩孔周⼟体变形。

（3）粉⼟或砂⼟地基中地下连续墙施⼯前可采⽤槽壁预加固、降⽔、调整泥浆配⽐、适当提⾼泥浆液⾯⾼度等措施；同时可适当缩短地下连续墙单幅槽段宽度，以减少槽壁坍塌的可能性，并加快单幅槽段施⼯速度。

（4）搅拌桩施⼯过程中应通过控制施⼯速度、优化施⼯流程，减少由于搅拌桩挤⼟效应对周围环境的影响。2、基坑降⽔⽅⾯的措施

（1）在降⽔系统的布置和施⼯⽅⾯，应考虑尽量减少保护对象下地下⽔位变化的幅度。井点降⽔系统宜远离保护对象，相距较远时，应采取适当布置⽅式减少降⽔深度。

（2）降⽔井施⼯时，应避免采⽤可能危害邻近设施的施⼯⽅法，如在相邻基础旁⽤⽔冲法沉设井点等。

（3）设置隔⽔帷幕以隔断降⽔系统降⽔对邻近设施的影响。坑内预降⽔实施过程中可结合坑外设置⽔位观测井，以检验隔⽔帷幕的封闭可靠性。

（4）当基坑底层有承压⽔并经验算抗承压⽔稳定性不满⾜要求时，可视具体情况采⽤隔⽔帷幕隔断承压⽔、⽔平封底加固隔渗以及降压等措施。基坑⼯程开挖之前宜针对承压⽔进⾏群井抽⽔试验，以确定降压施⼯参数以及评价降压对周围环境的影响程度。

（5）降⽔运⾏过程中随开挖深度逐步降低承压⽔头，以控制承压⽔头与上覆⼟压⼒满⾜开挖基坑稳定性要求为原则确定抽⽔量，不宜过量抽取承压⽔以减少降承压⽔对邻近环境的影响。必要时可设置回灌⽔系统以保持邻近设施下的地下⽔位。3、基坑开挖⽅⾯的措施

（1）基坑⼯程开挖⽅法、⽀撑和拆撑顺序应与设计⼯况相⼀致，并遵循“先撑后挖、及时⽀撑、分层开挖、严禁

（2）应根据基坑周边的环境条件、⽀撑形式和场内条件等因素，合理确定基坑开挖的分区及其顺序。⼀般宜先设置对撑，且宜先开挖周边环境保护要求较低的⼀侧的⼟⽅，然后采⽤抽条对称开挖、限时完成⽀撑或垫层的⽅式开挖环境保护要求⾼的⼀侧的⼟⽅。

（3）对⾯积较⼤的基坑，⼟⽅宜采⽤分区、对称开挖和分区安装⽀撑的施⼯⽅法，尽量缩短基坑⽆⽀撑暴露时间。（4）对于⾯积较⼤的基坑，可根据⽀撑的布置形式等因素，采⽤盆式开挖或岛式开挖的⽅式施⼯，并结合开挖⽅式及时形成⽀撑和基础底板。

（5）对于饱和软粘⼟地层中的基坑⼯程，每个阶段挖⼟结束后应⽴即架设⽀撑等挡⼟设施，以避免流变的发⽣。⼀般⽽⾔，开挖完成时及时浇筑垫层能较有效地防⽌流变。

（6）同⼀基坑内不同区域的开挖深度有较⼤差异时，可先挖⾄浅基坑标⾼，施⼯浅基坑的垫层、有条件时宜先浇筑形成浅基坑基础底板，然后再开挖较深基坑的⼟⽅。

（7）基坑开挖过程中如出现围护墙渗漏，应采取相关措施及时进⾏封堵处理。⼯程实践表明，因围护墙渗漏造成的墙后⽔、⼟流失，引起邻近建筑物或地下管线的沉降量⼀般难以估计，且往往⽐墙体的变形⼤得多。因此当出现渗漏时必须引起重视。（8）⽀撑与围护墙之间应有可靠的连接。采⽤钢⽀撑时应及时施加预应⼒，必要时可采⽤复加预应⼒的⽅式进⼀步控制围护结构的变形。

（9）机械挖⼟极易超挖，且挖⼟机械在坑内⾏⾛会导致坑底⼟体的扰动，从⽽降低了被动区⼟体的强度，进⽽引起基坑变形的增⼤。因此，采⽤机械挖⼟时，为防⽌坑底⼟体的扰动，应保留200mm~300mm厚的⼟采⽤⼈⼯挖平。（10）严格控制坑外地表超载。

（11）当采⽤爆破⽅法拆除钢筋混凝⼟⽀撑时，宜先将⽀撑端部与围檩交接处的混凝⼟凿除，使⽀撑端部与围檩、围护桩割离，以避免⽀撑爆破时的冲击波通过围檩和围护桩直接传⾄坑外，从⽽对周围环境产⽣不利影响。1.6.2 从基坑变形的传播途径上采取措施减⼩对周边环境的影响

从基坑变形的传播路径上，可采取隔断⽅法来减⼩基坑施⼯对周边环境的影响。隔断法可以采⽤钢板桩、地下连续墙、树根桩、深层搅拌桩、注浆加固等构成墙体，墙体主要承受施⼯引起的侧向⼟压⼒和差异沉降产⽣的摩阻⼒，如图28-49（a）所⽰，亦可⽤以隔断地下⽔降落曲线，如图28-49（b）所⽰。国外和台湾地区还有采⽤微型桩的⽅式，如图28-49（c）所⽰，其施⼯⼀般是先以套管或其它⽅式钻孔⾄预定深度，然后放⼊加劲型材，（如钢筋、钢轨、型钢或钢筋笼等），再以压⼒灌浆的⽅式注⼊⽔泥砂浆，然后逐渐拔出套管，最后进⾏补浆。这种⽅式是使微型桩通过可能的滑动⾯，当此滑动⾯产⽣时，微型桩的抗剪和抗拔⼒可以抑制地层滑动，从⽽减⼩地表沉降的可能。

1.6.3 从提⾼基坑周边环境的抵抗变形能⼒⽅⾯采取措施1、基础托换

基础托换是在基坑开挖前，采⽤钻孔灌注桩或锚杆静压桩等⽅式，在建筑物下⽅进⾏基础补强或替代基础，将建筑物荷载传⾄深处刚度较⼤的⼟层，减⼩建筑物基础沉降的⽅法。2、注浆加固

基坑开挖前在邻近房屋基础下预先作注浆加固也是常⽤⽅法之⼀。⼀般在保护对象的侧⾯和底部设置注浆管，对其⼟体进⾏注浆加固。注浆加固实际上是⼀种地基处理措施。当基坑开挖时，基坑外侧的⼟体逐渐进⼊主动状态，围护墙的最⼤侧移⼀般发⽣于基坑开挖⾯附近，因此开挖区外可能的滑动⾯会沿着开挖⾯下⽅附近开始发展，因此要使既有建筑物注浆加固能取得较好的效果，注浆加固的深度⼀般应从建筑物的基础下⽅延伸到滑动⾯以下。3、跟踪注浆

基坑开挖过程中，当邻近建筑物变形超过容许值时可，对其进⾏注浆加固，并根据变形的发展情况，实时调整注浆位置和注浆量，使保护对象的变形处于控制范围内，确保其正常运⾏。跟踪注浆可采⽤双液注浆。需注意的是，注浆期间必须加强监测，严格控制注浆压⼒和注浆量，以免引起结构损坏。1.7 结论

城市基坑⼯程通常处于建筑物、重要地下构筑物和⽣命线⼯程的密集地区，为了保护这些已建建筑物和构筑物的正常使⽤和安全运营，需要严格控制基坑⼯程施⼯产⽣的位移以及位移传递在周边环境安全或正常使⽤的范围之内，变形控

制和环境保护往往成为基坑⼯程成败的关键，变形在控制设计限值⽅⾯往往起着主导作⽤。基坑⼯程的变形和对环境的影响主要由围护结构的刚度、⽀撑或锚杆的刚度、基坑内⼟体的刚度来控制的。为了满⾜变形要求可以增加⽀护结构的刚度，如增加围护结构和⽀撑、锚杆的尺⼨、改变材质、加密⽀撑/锚杆等，但有时更经济有效的办法是在基坑底部进⾏地基处理，⽤搅拌桩、旋喷桩、注浆等地基加固措施改善⼟体刚度和强度等性质。

基坑周围的环境保护可以从位移源头控制、位移的传递途径和保护对象三⽅⾯着⼿。位移源头的控制包括：⽀护结构刚度加强、优化⽀撑位置、基坑内加固、时空效应法、被动区压⼒控制注浆、信息化施⼯控制等⽅法；位移的传递途径的控制包括：隔断桩（墙）、循踪补偿注浆、主动区压⼒控制注浆等⽅法；保护对象的控制包括：地下管线的跟踪注浆、建筑物纠偏、建筑物地基加固、结构补强、基础托换、⽔平注浆等⽅法。2 风险分析与安全评估

2.1 基坑⼯程风险评估意义及现存的问题2.1.1基坑⼯程风险评估意义

（1）有利于减少⼯程事故的发⽣。城市深基坑⼯程施⼯环境复杂，施⼯对周围环境造成的影响较⼤。通过深基坑⼯程的风险分析，可以找到引起深基坑⼯程风险事故的主要风险因素，从⽽采取针对性的规避措施，建⽴科学有效的预警系统，尽可能的减⼩损失后果。

（2）为深基坑⼯程的围护⽅案和施⼯⽅案的选择提供依据。深基坑⼯程的风险分析结果，可为深基坑⼯程的围护⽅案和施⼯⽅案的优化提供依据，即选择

造价和风险损失之和最⼩的⽅案为最优⽅案，并为基坑开挖的合理⼯序提供理论依据。

（3）帮助决策者进⾏科学的决策。风险分析的最终⽬的是为各类决策者提供决策依据，从决策者的⾓度来说，其价值可以体现在决策者决策时信⼼的增强、对⼯程进展情况的掌控、重⼤风险点规避以及对资⾦流向的有效控制上。

（4）为⼯程保险提供参考依据。通过对深基坑⼯程施⼯期的风险分析，可为深基坑和相关⼯程的保险范围、保费和保额提供直接依据。

2.1.2 ⽬前存在的问题

（1）缺乏相关的历史统计资料，使得评估风险时的概率值存在⼤的偏差。

（2）风险分析与可靠度概念混淆，许多⼈往往认为可靠度就是风险评估，事实上⼆者在概率分析上⼀致，⽽风险评估还强调后果分析。

（3）风险指标与⼒学计算结合不够。风险指标往往通过专家调查法等主观⽅法得到，缺少必要的数学⼒学理论分析以及现场或室内试验，使得风险指标的可靠性和准确性⼤打折扣。（4）难以实现真正的风险定量分析。

（5）没有建⽴完善的风险预警预案体系。⽬前的预警预案系统尚未⾛向系统化和程序化；另外，如何把监测数据和预警指标进⾏有机的结合，及如何把预警预案系统融⼊到深基坑⼯程的风险评估中亦有待深⼊研究。（6）实施风险管理的流程和内容不完善、不规范。

（7）对风险决策的认识存在误区。认为风险越⼩越好是错误的，因为减少风险是有代价的。

（8）保险不是风险处理的唯⼀⽅式。购买保险只是⼀种转移风险的⽅式，但并不是风险处理的唯⼀⽅式。

以上的问题突出地反映了我国基础⼯程风险管理研究相对落后的⼏个⽅⾯，急需对基础⼯程风险管理进⾏全⾯普及和提⾼。为了达到这个要求，⾸先应该了解风险和⼯程风险评估的概念，掌握基础⼯程风险分析和控制的⽅法，以及在具体⼯程中的运⽤，这将有助于我国基础⼯程风险管理做到理论更成熟，操作更标准，⽅法更先进。实现“⼯程技术、经济环境”与“安全、进度、投资和质量”达到合理科学要求。2.2 风险管理的基本原理2.2.1 风险管理步骤与流程

基坑⼯程风险管理⼀般包括以下⼏个过程：

（1）风险辨识：它是基坑⼯程风险管理的第⼀步，指在风险发⽣之前，通过分析、归纳咨询和整理各种统计资料，对风险的类型及风险的⽣成原因、可能的影响后果做定性估计、感性认识和经验判断。如施⼯中可能遇到的风险有基坑渗漏，⽀撑系统失稳，坑底隆起，围护结构整体失稳，坑底管涌、流砂，坑内滑坡，围护结构折断或⼤变形，内倾破坏等。以基坑渗漏为例，引起基坑渗漏的原因是围护墙的⽌⽔效果不好或⽌⽔结构失效，可能致使⼤量的⽔夹带砂粒涌⼊基坑，严重的⽔⼟流失会导致围护结构失稳和路⾯坍塌的严重事故，还可能先在墙后形成洞⽳⽽后突然发⽣地⾯坍塌。

（2）风险估计：它是在风险辨识的基础上，通过对所收集的⼤量资料的分析，利⽤概率统计理论、数值分析、专家调查等⽅法，估计和预测风险发⽣的可能性和相应损失的⼤⼩。风险估计是对风险的定量化分析。对基坑⼯程来说，在辨识了基坑施⼯过程中可能出现的风险后，可根据事故统计资料对风险的发⽣概率和损失进⾏估计，没有事故统计资料时，可采⽤专家调查法进⾏估计。

（3）风险评价：它是在风险辨识和风险估计的基础上，对风险发⽣的概率、损失程度和其它因素进⾏综合考虑，得到描述风险的综合指标——风险度或其它⽬标参数，以便对基坑⼯程的单个风险因素进⾏重要性排序，并根据风险接受准则对基坑⼯程项⽬的总体风险进⾏评价。

（4）风险控制：风险评价之后，风险管理者对基坑⼯程项⽬存在的种种风险和潜在损失有了⼀定的把握。在此基础上，在众多的风险应对策略中，选择⾏之有效的策略，并寻求与之对应的既符合实际，⼜会有明显效果的具体规避措施，⼒图使风险转化为机会或使风险所造成的负⾯效应降到最低的程度。如⾮⼯作⼈员进⼊施⼯现场，场地排⽔问题等风险可采取风险回避的⽅法；此外，决策者通常会遇到⽆法依靠⾃⾝能⼒解决的风险，此时，可采⽤风险转移的⽅法。风险转移包括⾮保险转移和保险转移。⾮保险转移是指通过各种契约将本应由⾃⼰承担的风险转移给他⼈，例如将基坑⼯程中技术难点予以转包、施⼯机械设备的租赁等。保险转移则是通过购买⼯程保险从⽽通过保险公司获得可能的事后损失补偿，如⼈员伤亡意外保险。

（5）风险监控：即对基坑⼯程项⽬风险的监视和控制。跟踪⼰识别的风险，监视残留风险和识别新的风险，严格执⾏风险规避措施并适时调整，密切注视这些措施对降低风险的有效性，将项⽬的进展控制在决策者⼿中。

2.2.2 风险分析与评估所需资料

风险分析与评估所需要的资料⼤致如下：1、法律法规

与基坑⼯程相关的国家法律法规，如《建设⼯程勘察设计管理条例》（国务院令第293号）等。2、部门规章

与重⼤基坑⼯程相关的部门规章，如《关于开展重⼤危险源监督管理⼯作的指导意见》（安监管协调字[2004]56 号）、《公民防范恐怖袭击⼿册》（公安部2008）等。3、国家、⾏业标准

与基坑⼯程相关的国家、⾏业标准，如：《地铁及地下⼯程建设风险管理指南》（2007）、《地基基础设计规范》（上海市⼯程建设规范，DGJ08-11-1999）\\《岩⼟⼯程勘察规范》（GB50021-2001）、《起重机械安全规范》（GB6067-85）等。4、⼯程设计⽂件

⼯程所有资料，包括⼯程背景、⼯程⽔⽂地质资料、设计资料、⽓象资料、周围环境资料、⼯程已有的研究报告等。2.3 ⼯程风险的分析⽅法

⼯程风险评估与分析的⽅法很多，张少夏对各种风险分析⽅法的适⽤范围进⾏了研究分析，对能够应⽤于隧道及地下⼯程的⽅法进⾏了筛选，并对其优缺点进⾏了总结。常⽤⽅法主要有：1、基于信⼼指数的专家调查法

该⽅法由两步组成：⾸先辨识出某⼀特定项⽬可能遇到的所有风险，列出风险调查表（Checklist）；然后利⽤专家经验对可能的风险因素的重要性进⾏评价，综合成整个项⽬风险。陈龙推出了⼀种改进的专家调查法，称之为“信⼼指数法”。该⽅法的前提是要在调查中引⼊“信⼼指数”这个参数。所谓信⼼指

数就是专家在做出相应判断时的信⼼程度，也可以理解为该数据的客观可靠程度。这意味着将由专家⾃⼰进⾏数据的可靠性或客观性评价，这就会⼤⼤提⾼数据的可⽤性，也可以扩⼤数据采集对象的范围。通过这种⽅法，可以挖掘出专家调研数据的深层信息。即使数据采集对象并⾮该领域的专家，只要他对所做出的判断能够有⼀个正确的评价，那么这个数据就应该视为有效信息。

2、事故树分析⽅法

事故树分析法（FTA，Fault Tree Analysis）是⼀种评价复杂系统可靠性与安全性的⽅法。FTA是把系统不希望发⽣的事件（失效状态）作为事故树的顶事件（Top event）。⽤规定的逻辑符号表⽰，找出导致这⼀不希望事件所有可能发⽣的直接因素和原因。它们是从处于过渡状态的中间事件开始，并由此逐步深⼊分析，直到找出事故的基本原因，即事故树的基本事件为⽌。它们的数据是已知的，或者⼰经有过统计或实验结果。事故树分析的流程如图30-3 所⽰。3、层次分析法

⽤层次分析法（AHP，Analytic Hierarchy Process）做系统分析，⾸先要把问题层次化，即根据问题的性质和达到的总⽬标，将问题分解为不同的组成因素，并按照因素间的相互关联、影响以及⾪属关系将因素按不同层次聚集组合，形成⼀个多层次的分析结构模型，并最终把系统分析归结为最底层（供决策的⽅案措施等）相对于最⾼层（总⽬标）的相对重要性权值的确定或相对优劣次序的排序问题。该⽅法能把定性因素定量化，并能在⼀定程度上检验和减少主观影响，使评价更趋科学化。具体分析步骤如下：

（1）分析系统中各因素之间的关系，建⽴系统的递阶层次结构；

（2）对同⼀层次的各元素关于上⼀层次中某⼀准则的重要性进⾏两两⽐较，构造两两⽐较判断矩阵；（3）由判断矩阵计算被⽐较判断元素对于该准则的相对权重；（4）计算各层元素对系统⽬标的合成权重，并进⾏排序。

除以上常⽤⽅法外，风险评估与分析的⽅法还有：决策树法、⼯程区域实地探勘与调研分析、危险源辨识（HAZID)、危害与可操作性分析（HAZOP)、事故类型及影响分析（FMEA)、多重风险分析（MultiRisk Analysis）、蒙特卡罗模拟（MonteCarlo Simulation）、数值模拟与分析等。

2.4 风险安全评估与控制

2.4.1 安全风险等级划分及接受准则

为了有效把握⼯程的风险事故，指导风险决策的开展，需对不同的风险事故进⾏风险等级划分。⼀般来说，风险可表征为风险事故发⽣的概率和事故损失的乘积，这⾥推荐依据《地铁及地下⼯程建设风险管理指南》，给出风险事故概率和损失的等级评定标准，以及针对风险事故的等级划分标准和接受准则。1、风险等级标准

依据风险发⽣的概率（频率）的⼤⼩，风险的发⽣概率分为五级。

基坑⼯程中，⼀旦发⽣风险就会对⼯程本⾝、第三⽅或周边环境造成损失，考虑不同损失严重程度的不同，建⽴风险损失的等级标准，具体不同风险承险体对象（⼯程项⽬、第三⽅或周边环境）的风险损失等级标准见后。