基于WBS-RBS法的盾构始发(接收)风险辨识及对策

基于WBS-RBS法的盾构始发(接收)风险辨识及对策隧道网(2008-6-17)来源：同济大学岩土工程重点实验室摘要：始发（接收）是盾构法施工中的事故多发环节，对其风险进行探究十分必要。从盾构始发接收的实际施工过程出发，采用WBS-RBS法找出了盾构始发（接收）过程中的基本风险因素，并有针对性的提出转移或降低风险的技术对策，对指导实际施工，保证周围环境、规范施工管理、减少社会及经济损失均有重要意义。关键词：盾构；始发（接收）；风险；WBS-RBS法中图分类号：TU7文献标识码：A文章编号：1672-3791(2007)09(b)-0040-021引言始发（接收）涉及工作井封门的设计、封门外土体的加固、盾构机机械性能及导向系统精度等诸多工序，是盾构法施工的起讫环节，也是关键环节。地质、水文等自然条件及周边环境（建筑物、管线）的复杂性，设计的遗漏及不足，施工设备机械及施工人员，技术方案的复杂性等诸多因素的主观及客观不确定性，使得盾构始发(接收)过程中始终存在较高的风险。实际工程中盾构无法准确到达工作井、封面凿除时涌水涌砂、工作井前方坍方等工程事故时有发生。为了保证施工安全、保护周边环境，减少社会及经济损失，有必要对盾构始发（接收）过程中的风险进行辨识并提出相对施工技术措施。风险就是实际结果与预期目标的差异程度，目前比较通用的用数学语言表达的风险函数定义如式（1）所示。R＝f（p，c）（1）式中，R——风险，P——风险事件发生的概率，C——风险事件发生的后果，即损失。国内关于风险的研究始于20世纪80年代，目前虽然不少专家学者开展了风险的定量化研究，也取得的了一些成果，但距离“工程精算”还有相当的距离。本文仅采用WBS-RBS法对盾构始发（接收）风险进行辨识，提出风险对策，为以后的定量化分析做铺垫。2WBS-RBS法WBS-RBS法是指将工程项目工作分解系统结构（WBS）法和风险分解结构（RBS）法相结合的风险辨识方法。工作分解系统结构（WBS）是将整个工程项目进行系统分解，首先对工程项目进行分解（总工程→子工程→孙工程→……→基本活动），以分解后的最低层“基本活动”作为目标块，如图1所示。风险分解结构（RBS）是对风险因素按类别进行分解，最后分解到基本风险因素，如图2所示。从系统的观点出发，工作分解系统结构（WBS）法纵观项目全过程和风险分解结构（RBS）法则横观项目各方面，分别从横观及纵观视角将及其复杂的工程项目和风险因素分解成比较简单的、容易认识和理解的基本单元，再将横观纵观叠合，从错综复杂的关系中找出风险因素的本质联系，抓出主要风险。这就是WBS-RBS法基本理念，如图3所示。图1工作分解系统结构（WBS）法示意图图2风险分解结构（RBS）法示意图图3WBS-RBS结合示意图3盾构始发（接收）的WBS分解3.1盾构始发（接收）施工盾构始发是指在始发工作井内，利用临时组装的管片、反力架等设备使始发座上的盾构机推进，从井壁上的进发口处贯入地层，并沿着一定路径掘进的一系列作业，如图4所示。盾构接收是指盾构临近接收工作井时调整轴线。减缓掘进速度，并在贴近井壁处时破除接收口处临时挡墙，进入接收井的一系列作业，如图5所示。始发和接收时盾构掘进施工中最容易产生事故的两道工序。图4盾构始发示意图图5盾构接收示意图3.2WBS分解盾构始发（接收）作为总项目工程（W、W'）可依照施工主要阶段划分为三个子项目，即：准备工作（W1、W'1）、破除封门（W2、W'2）和掘进/入井（W3、W'3），各子项又包括若干基本活动（Wij、W'ij），如表1。表1盾构始发/接收WBS分解4始发(接收)风险的RBS分解从始发（接收）过程中承受技术风险（R）的载体不同，可分为由隧道本体承担的风险（R1）、由始发（接收）井承担的风险（R2）及由环境承担的风险（R3）。盾构施工的隧道本体质量控制重点是建成隧道实际轴线与设计轴线的一致性及隧道综合隧道防水能力。风险为达不到预期目标的偏差，因而隧道本体风险包括两个方面，即隧道轴线偏差（R11）和隧道防水失效（R12）。始发（接收）井承担风险的主要包括后背靠侧的变形（R21）以及洞门测的变形坍塌（R22），始发（接收）施工所主要影响的环境，为洞门一侧的土层，对其它临近的建、构筑物的影响也是依靠土层传递，可以认为洞门附近水土流失（R31）是盾构始发(接收)的主要环境风险。其中洞门测的变形坍塌（R22）与洞门附近水土流失（R31）之间存在因果关系，可合并为洞门侧水土流失（R22＆R31）。盾构始发（接收）RBS分解如表2。表2盾构始发/接收RBS分解5盾构始发（接收）风险辨识5.1WBS-RBS联合表1、表2，采用专家评判的方法对工序W与风险R之间的是否存在联系进行判断，共18位专家（表3）参与评判，评判结果采用1、0（是、非）表示，详见表4。表3专家情况表4WBS-RBS结合分析5.2风险辨识结合工程实际情况对表4的风险及风险源进行归纳总结、细化，作为提出风险对策的依据：风险点1：隧道轴线偏差（1）加固土体强度太高，致使盾构顶力增加，开口环无上后盾支撑，致使推力集中在下部，使盾构向上顶进；（2）始发（接收）台座变形；（3）机械故障造成部分千斤顶顶力异常；（4）正面平衡压力设定过高，引起轴线上浮；（5）泥浆后窜，包围盾构产生很大的浮力。风险点2：后背靠变形（1）后靠混凝土充填不密实或混凝土强度不够；（2）后靠部分构件的强度、刚度不够，焊接强度不够，与负环管片间的结合面不平整；（3）盾构推力过大，后靠受力不均匀，产生应力集中。风险点3：洞门处水土流失（1）封门外土体加固效果或方案欠佳；（2）洞门密封装置安装不好或强度不高；（3）封门拆除工艺不合理，土体暴露时间长；（4）凿除洞门后，盾构未及时靠上土体，暴露时间过长。6风险对策6.1控制隧道轴线偏差在合理范围内（1）设计合理的土体加固方法和加固强度；（2）基座框架结构的强度和刚度要满足施工要求，盾构基座的底面与始发井的底板之间要垫平铺实，保证接触面积满足要求；（3）正确操作盾构，按时保养设备；（4）施工中正确的设置正面平衡压力；（5）根据地面沉降、轴线偏差量及时的调整泥浆压力、推进速度等施工参数。6.2合理设计精心施工抑制后背靠变形（1）用素混凝土或水泥砂浆填充各构件连接处的缝隙，还必须确保填充材料强度，做好充填混凝土的养护工作；（2）对体系的各构件必须进行强度、刚度、稳定性校验，尽快安装上部的后盾支撑部件，完善整个后盾支撑体系；（3）合理控制盾构总推力，尽量使千斤顶合理编组。6.3防止水土流失，保护施工环境（1）制定合理的土体加固方案，并检测土体加固效果；（2）提高密封圈安装的准确性，推进过程中，防止盾构刀盘的周边刀具割伤橡胶密封圈；（3）根据实际情况，制定合理的封门拆除工；（4）拆除封门前做好各项进出洞的准备工作。7结语盾构始发（接收）是盾构法施工的关键环节，由于诸多因素的不确定性导致较大风险的存在。WBS-RBS能够在纷繁复杂的因素中系统准确的找出始发（接收）过程中的风险及风险源，为全面准确的提出风险对策提供了依据。本文所进行的盾构始发（接收）风险因素识别及对策，不仅对于盾构始发（接收）问题的研究有重要的参考价值，对其他类似工程项目风险评价问题也具有较好的借鉴意义。参考文献[1]张凤祥，朱合华，傅德明.盾构隧道[M].北京：人民交通出版社，2005.[2]张庆贺，朱合华，庄荣等.地铁与轻轨（第二版）[M].北京：人民交通出版社，2006.[3]周直.大型工程项目实施阶段风险分析与管理研究[D].上海：同济大学申请博士学位论文，1994.[4]郭仲伟.风险分析与决策[M]，北京：机械工业出版社，1986.[5]陈龙.城市软土盾构隧道施工期风险分析与评估研究[D].上海：同济大学申请博士学位论文，2004.[6]宫志群.地铁盾构区间隧道施工风险分析及评价[D].天津：天津大学申请硕士学位论文，2006.[7]黄兴安.市政工程质量通病防治手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1999.