Специфика количественного анализа геотехнического риска

СПЕЦИФИКА КОЛИЧЕСТВЕННОГО АНАЛИЗА ГЕОТЕХНИЧЕСКОГО РИСКА

SPECIFICITY OF QUANTITATIVE ANALYSIS THE GEOTECHNICAL RISK

12 2 A.B. Дейнеко , E.A. Серова, Д.Ю. Чунюк

A.V. Deyneko1, E.A. Serova2, D. Yu. Chunyuk2

1 - Институт Гидропроект, 2 - МГСУ

В настоящей статье рассматриваются вопросы количественного анализа геотехнического риска. А так же, приводится перечень задач, выполняемых в рамках предлагаемой методики количественного анализа риска.

The article covers issues of quantitative analysis geotechnical risk. The list also reveals the actions needed to take in order to perform this analysis.

Проблема оценки геотехнических рисков, возникающих при строительстве подземных и заглубленных сооружений весьма актуальна в настоящее время.

Геотехнический риск - это риск нанесения вреда здоровью человека или имуществу (в связи с возникновением/возможностью возникновения аварийной ситуации, изменением исходных параметров окружающей среды), в частности существующим зданиям, а так же сложившимся геологической, гидрогеологической и экологической ситуациям участка строительства, при проведении работ по возведению подземных и заглубленных сооружений или в результате последствия проведения данных работ.

В теории анализа риска выделяют два подхода - качественный и количественный. Качественный анализ риска - является первоочередной задачей, его цель - определить виды рисков, рискообразующие факторы, а так же проранжировать выявленные риски. Количественный анализ предназначен для количественного выражения суммарного риска.

В ходе качественного анализа выделены следующие основные составляющие геотехнического риска:

• конструктивная;

• геологическая и гидрогеологическая;

• технологическая;

• ситуационная (попадание окружающей застройки в зону влияния строящегося сооружения).

Анализ перечисленных рискообразующих факторов позволяет предложить следующую методику определения их количественных характеристик.

Конструктивная составляющая определяется в зависимости от класса ответственности здания или сооружения (в соответствии со СНиП 2.01.07-85 «Нагрузки и воздействия») и подразделяется на три класса.

Категорию технического состояния реконструируемого здания или сооружения рекомендуется определять по ВСН 490-87, в которых содержится наиболее полная классификация дефектов конструкций. Согласно данной классификации существует три категории технического состояния зданий и сооружений. Этой же таблицей следует руководствоваться при определении категории технического состояния застройки, окружающей объект реконструкции или нового строительства.

Геологическая и гидрогеологическая составляющая определяется в соответствии с категорией сложности инженерно-геологических условий по СП 11-105-97. В данной классификации выделяют три категории сложности (простая, средней сложности и сложная).

Технологическая составляющая подразумевает уровень сложности применяемой технологии. Предлагаются подразделение технологий геотехнического строительства на следующие три категории.

Низкой сложности - применение технологий, которые являются часто используемыми, технологичными и хорошо освоенными в производстве работ, основаны на типовых технологических и проектных решениях с минимальным требуемым уровнем расчетного обоснования. К технологиям низкой сложности относятся, например, шпунтовое ограждение котлована из металлических труб с деревянной забиркой.

Средней сложности - применение часто используемых технологий, требующих высокого уровня производства работ, проектирования и расчетного обоснования, сопряженные со скрытыми и трудно контролируемыми работами. Например технологии с применением монолитного железобетона.

Высокой сложности - применение редко используемых и уникальных технологий, которые требуют особенно высокого уровня производства работ, проектирования и расчетного обоснования, сопряжены со специфическими требованиями к квалификации исполнения. Например, технология jet-grouting, метод цементации оснований и фундаментов, методы химического, электрохимического и термического закрепления грунтов.

Ситуационная составляющая. Попадание окружающей застройки в зону влияния строящегося сооружения характеризуется следующими тремя категориями, которые устанавливаются авторами на основе анализа расчетов влияния более 160 объектов в г. Москве и в соответствии с МГСН [2]:

• Безопасная - окружающая застройка находится на расстоянии > 5h от строящегося сооружения, где h - глубина котлована от спланированной поверхности земли.

• Средней опасности - окружающая застройка находится на расстоянии 0,5< h < 5h от строящегося сооружения.

• Опасная - окружающей застройки находится на расстоянии < 0,5h от строящегося сооружения.

Перейдя к количественному анализу риска необходимо определить наиболее эффективный метод анализа. Итак, риск в настоящее время принято оценивать с помощью различных методик, таких как метод Монте-Карло, анализ чувствительности, анализ сценариев, метод аналогий, метод построения «дерева решений», вероятностные методики, в основном базирующихся на статистических данных и экспертных оценках.

В нашем случае при оценке геотехнического риска применить вероятностные методики, основанные на статистических данных не представляется возможным, ввиду

отсутствия указанных данных. Применение же экспертных оценок является индивидуальным для каждого отдельного объекта.

Авторы предлагают использовать теорию планирования эксперимента, с помощью которого предстоит математически оптимизировать данные экспертного анализа. Принцип планирования эксперимента состоит в том, чтобы сформировать массив данных экспертного анализа так, чтобы рассмотренные экспертами комбинации рискооб-разующих факторов находились в определенной закономерности, назначенной из математических соображений. Тогда по методике теории планирования эксперимента станет возможно построить функцию отклика, которая позволят воспроизвести данные экспертного анализа (отклик) при произвольной (в рамках соответствующих областей применимости) комбинации исходных рискообразующих факторов.

В ходе качественного анализа геотехнического риска были определены его составляющие. Далее необходимо определить и классифицировать общий проектный риск, который определяется на основе экспертной оценки. Необходимо определить экспертную группу и разработать опросный лист, соответствующий изложенному выше принципу планирования эксперимента.

Для решения данной задачи мы выбрали план эксперимента Бокса-Бенкана, позволяющий определить функцию отклика в виде полинома второго порядка: М(х,,х2...хк) = Д + Д х1 + Д х2 +... + ДЛ +

+ Д2 Х1Х2 + Лз Х1Х3 + ... + А,кХк-А + А1Х' + Да Х2 + ... + АкХк

где р - коэффициенты регрессии.

Согласно плану Бокса-Бенкана при четырех варьируемых факторах необходимо рассмотреть 25 уникальных комбинаций факторов, причем каждый фактор варьируется на трех уровнях, т.е. принимает минимальное, среднее и максимальное значение.

В итоге разработан опросный лист, в который включены рискообразующие факторы в комбинациях, назначенных согласно принятому плану эксперимента. Геотехнический риск оцениваются по следующим параметрам:

• очень высокий риск (А);

• высокий риск ф);

• средний риск (Ц;

• низкий риск ф);

• очень низкий риск

На основе изложенного, был проведен экспертный анализ и определен общий геотехнический риск для выбранных комбинаций рискообразующих факторов. Полученные результаты представлены в таблице 1.

Таблица 1

№ поз. Геотехнический риск Ъ Я Составляющие геотехнического риска

Технологическая Геологическая и гидрогеологическая Конструктивная Влияние ок-руж. застройки/ стесненность площадки строительства

1 А оч. высокий 3 3 2 2

2 В высокий 3 1 2 2

3 В высокий 1 3 2 2

4 Б низкий 1 1 2 2

5 А оч. высокий 2 2 3 3

6 С средний 2 2 3 1

7 В высокий 2 2 1 3

8 С средний 2 2 1 1

9 А оч. высокий 3 2 2 3

10 В высокий 3 2 2 1

11 В высокий 1 2 2 3

12 Б низкий 1 2 2 1

13 В высокий 2 3 3 2

14 В высокий 2 3 1 2

15 С средний 2 1 3 2

16 С средний 2 1 1 2

17 В высокий 3 2 3 2

18 В высокий 3 2 1 2

19 С средний 1 2 3 2

20 С средний 1 2 1 2

21 А оч. высокий 2 3 2 3

22 С средний 2 3 2 1

23 В высокий 2 1 2 3

24 Б низкий 2 1 2 1

25 С средний 2 2 2 2

Дальнейшие вычисления с помощью теории планирования эксперимента заключаются в определение коэффициентов регрессии и получении функции отклика в численной форме.

Основным направлением дальнейшей работы является создание удобной и информативной визуализации предложенной методики.

Литература:

1. СП 50-101-2004 «Проектирование и устройство оснований и фундаментов зданий и сооружений»// С.-Пб., 2004.

2. МГСН 2.07-01 (ТСН 50-304-2001) Основания, фундаменты и подземные сооружения. // М., 2003.

3. Пособие к МГСН 2.07-01 Обследование и мониторинг при строительстве и реконструкции зданий и подземных сооружений. // М., 2004.

4. ТСН 50-302-2004 «Проектирование фундаментов зданий и сооружений в Санкт-Петербурге // С.-Пб., 2004.

5. Организационно-технологический регламент строительства (реконструкции) объектов в стесненных условиях существующей городской застройки. (предназначен для территории г.Москвы). // М., 2002.

6. Ухов С.Б., Семенов В.В., Знаменский В.В. и др. «Механика грунтов, основания и фундаменты«,// М., 2007.

7. Улицкий В.М., Шашкин А.Г. «Геотехническое сопровождение реконструкции городов» (обследование, расчеты, ведение работ, мониторинг).// Москва. Изд-во АСВ, 1999 г.

8. Чунюк Д.Ю. «Обеспечение безопасности и снижение рисков в геотехническом строительстве» // Вестник МГСУ №2 2008г. М., МГСУ.

9. Мельчаков А.П. «Расчет и оценка риска аварии и безопасного ресурса строительных объектов» // Челябинск, Издательство ЮУрГУ, 2006 г.

10. Зерцалов М.Г., Дейнеко А.В. Формализация механических характеристик скальных грунтов и идентификация типов скальных грунтов на основе Q-системы //Труды 10-ой международной конференции ACUUS и регионального симпозиума ISRM. Под ред. С.А. Юфина. - М., 2005. С. 227-280 (на английском языке).

11. Маркитантов И.Б. Исследование организационно-технологических процессов на основе методов планирования эксперимента с использованием трехуровневых планов Бокса-Бенкена (на примере шоколадного производства). Методика. - СПб.: Санкт-Петербургский инж.-эконом. ун-т, 2003. - 48 с.

Literature:

1. SP 50-101-2004 «Design and construction of bases and foundations of buildings»// Saint-Petersburg, 2004.

2. MGSN 2.07-01 (TSN 50-304-2001) Foundations, basements and underground constructions. // M., 2003.

3. Manual to MGSN 2.07-01 Inspection and monitoring during construction and renovation of buildings and underground structures. // M., 2004.

4. TSN 50-302-2004 "Design of foundations of buildings and structures in St. Petersburg // Saint-Petersburg, 2004.

5. Organizational and technological rules of construction (reconstruction) of objects in the cramped conditions of the existing urban areas. (Intended for the territory of Moscow). // M., 2002.

6. Ukhov S.B., Semenov V.V., Znamenskiy V.V. etc. «Soil mechanics, Foundations», // M., 2007.

7. Ulitskiy V.M., Shashkin A.G. «Geotechnical support for urban renewal» (inspection, calculations, maintenance, monitoring). / / Moscow. Izdatel'stvo ASV, 1999.

8. Chunyuk D. Yu. «Ensuring the safety and risk reducing in geotechnical construction» Vestnik MSSU № 2, 2008. M., MSSU.

9. Melchakov AP «Calculation and evaluation of accident risk and secure resource construction projects» // Chelyabinsk, South Urals State University Publishing, 2006

10. Zertsalov M.G., Deyneko A.V. Formalization of rock mass mechanical characteristics and rock type identification on the basis of the Q-system. Proc. of the 10th AC-UUS Int. Conf. & of the ISRM Regional Symp., 2005. Moscow, Russia. Ed. S.A. Yufin. Pp. 277-280.

11. Markitanov I.B. The study of organizational and technological processes on the basis of methods of planning an experiment using a three-level Box-Behnken plans (for example, chocolate production). Technique. - St.: St. Petersburg-engineer the econom. univ, 2003. - 48.

Ключевые слова: геотехнический риск, анализ риска, количественный анализ риска, составляющие геотехнического риска.

Key words: neotechnical risk, risk analysis, quantitative risk analysis, components the geotech-nical risk.

serova2004@bk.ru

Статья представлена Редакционным советом «Вестник МГСУ»