盾构隧道施工风险分析与规避对策new

1盾构隧道施工风险分析与规避对策盾构隧道施工时指使用盾构机，一边控制开挖面使围岩不发生坍塌失稳，一边进行隧道衬砌，并及时向盾尾后面的开挖坑道周边与衬砌环外围之间的空隙中压注足够的浆液，以防止围岩松驰和地面下沉。在盾构推进中可以从开挖面不断地排除适量的土体。盾构隧道施工原理见图1图1自1841年世界第一座盾构法修建的英国泰晤士河水底隧道以来，盾构法迄今已有160余年历史，在世界发达国家美、英、德、前苏联、法国、日本等得到充分发展和广泛应用。我国自上世纪50年代开始将小型盾构用于下水道工程，1966年开始用盾构法修建穿越黄浦江水下公路隧道工程，自此以后盾构隧道在沪得到迅速发展；北京地铁自2001年开始采用土压平衡盾构机修建了地铁5号线雍和宫-北新桥站区间试验工程，取得成功后得到推广应用，北京地铁新线工程5号线、10号线一期及奥运支线、4号线、机场线共114Km，其中用盾构法修建区间隧道达30Km（拥有盾构机17台），即将修建的北京地铁9号线、8号线、10号线二期、大兴线等区间也大部分采用盾构法修建。北京地铁路网规划见图2盾构隧道盾构2图2此外，北京铁路之北京站与北京西站之间的直径线沿前三门大街下敷设，采用泥水盾构修建，全长9.15Km，其中盾构法修建5.227Km，盾构直径11.96m，盾构隧道内经10.5m、外经11.6m，采用0.55m厚钢筋混凝土管片。直径线工程平面位置见图3图3南水北调北京段工程引水至团城湖后，需将引水送至水源九厂，为此需在龙背村至水源九厂采用盾构法修建了输水隧道，该隧道利用北京地铁既有盾构，在钢筋混凝土管片衬砌隧道内又加设防水板和一层现浇混凝土衬砌，盾构隧道内经北京西站天宁寺桥宣武门前门崇文门北京站35.4m，加现浇钢筋混凝土内衬后隧道内经4.5m。盾构隧道施工是属于暗挖施工方法之一，故其没有明挖施工法的诸多缺点。目前已开发的盾构施工法不仅适用于软土地层，而且适用于硬质地层和岩层情况。盾构隧道施工优点是：（1）施工对环境影响小。主要包括：出土量少，场地附近地层扰动沉降小，对周围建筑物影响小；不影响地表交通，无需切段或搬迁地下管线等各种地下设施，从而节省了大量的工程附加费用；对周围居民生活和出行影响小；无空气、噪声和振动污染等问题。（2）施工不受地形地貌、江河水域等地表环境条件的限制。（3）地表占地面积小，施工占地和征地费用少。（4）适用于大深度、长距离和高水头等恶劣条件下的施工，施工费用可控性好。（5）施工受天气状况和气候条件影响小。（6）施工构筑盾构隧道柔度大，抗震性能好。（7）使用范围广，可广泛适用于软土、砂卵石、软岩直至硬岩等各类地层条件。但仍存在一些不足之处，主要有：（1）当隧道曲线半径过小时，施工较为困难，不适应用折返线等大断面工程。（2）修建城市隧道时，若隧道覆土太浅则施工难度较大；水下施工时，若覆土太浅则将导致施工安全性较低。（3）施工中隧道上方一定范围内的地表沉降难以完全消除，特别是对于饱和含水松驰地层而言，施工中应采取严密的技术措施以将沉降控制在设计要求范围内。（4）饱和含水地层和水下隧道施工过程中，该施工法所采用的拼装衬砌对达到整体结构防水性的技术要求较高。因此，盾构隧道仍存在施工风险，切不可掉以轻心，务必认真对待。41．盾构隧道施工风险研究的必要性隧道与地下工程与其他工程项目相比，由于具有隐蔽性、复杂性和不确定性等突出的特点，投资风险大，无论是设计、施工、决策都会遇到很多困难和障碍。尤其是在城市繁华或周围环境复杂的地带，隧道与地下工程的施工及运营要涉及到过多的拆迁、对周围环境及管线的影响，如果决策考虑不周，在其规划、设计施工和运营中均会对社会和国家造成不必要的重大的损失和不可估量的社会负面影响。例如在上海地地铁四号线2003年7月1日发生的重大工程事故已经给我们敲响了警钟。因此规避盾构施工风险已经成为了亟待解决的核心问题。为解决这一问题，就必然要借助风险评估和决策理论。风险评估可以对这些不确定因素进行分析，将不可预见的风险因素转化为定量的指标，并通过计算风险效益来选择风险控制措施，降低各种施工风险，以达到安全、经济、高效的施工目标。风险评估研究的最终目的是为决策者的决策提供依据，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地增强、对工程进展情况的掌控以及对资金流向的有效控制上。而工程风险研究的最高境界应该是实现“工程精算”，也即所有的风险子项均可由费用损失来表示。因此，对决策者来说，风险评估能够把决策变得简单化、准确化以及专业化。如何对工程风险进行控制，在尽可能安全的情况下获取最大利益，这也需要对风险控制措施的风险效益进行评估。2．风险的定义2.1何谓风险风险是损失或收益发生的不确定性。而风险由不确定性和损失或收益两个因素组成。风险在一定的条件下，一定时期内，某一事件其预期结果与实际结果间的变动程度，变动程度越大，风险越大；反之，则越小。国际隧道协会（ITA）定义为：“灾害事故对人身安全及健康可能造成损害的概率。”美国CooperD.F和ChapmanC.B所著《大项目风险分析》一书中，对风险给了如下阐述：“风险是由于从事某项特定活动过程中存在的不能确定性而产生的经济或财务的损失、自然破坏或损伤的可能性。”它有普遍性和不确定性两大特点。5综上所述，隧道施工风险可定义为：“以隧道工程施工和运营为目标的行动过程中，如果某项活动存在足以导致承险体系统发生各类直接或间接损失的可能性，那么就称这项活动存在风险，而这项活动所引发的后果就称为风险事故。2.2建造风险定义建造风险是指无法预估的因素，错误的判断或预测，为降低成本、追赶工期、冒然采取新施工方法等，即可能导致工程施工时遭遇灾害并造成生命、财产损失的危险几率。2.3风险管理所谓管理，是指处理、管制或控制某件事物或人员的方法及作为，因此，风险管理则是针对可能发生灾害的人、事、物预先加以处理、管制或以达防患于未然的目的。3风险的分类将风险进行分类的目的，乃是为了分别研究对这些不同类别的风险所应采取的对策。一般情况，可按照风险发生的形态、性质、起源及结果、发生原因，是否可以管理等进行分类如下：3.1按照风险发生的形态分类，风险可分为静态风险和动态风险。静态风险是指社会经济正常情况下的风险。动态风险是指以社会经济的结构变动为直接原因的风险。3.2按照风险性质分类，风险可分为纯粹风险和投机风险。纯粹风险是指风险导致的结果只有两种，即无损失和有损失。投机风险所导致的结果则有三种，即无损失、有损失和可得利。3.3按照风险起源和结果分类，风险可分为基本风险和特殊风险。基本风险起因于经济制度的不确定性和不调和性，社会和政治方面的变化，以及特大自然灾害6等。特殊风险起因于某个特定个人，损失也仅涉及个人。3.4按照风险发生的原因分类，风险可分为主观风险和客观风险。所谓主观风险，是指由于精神状态和心理状态产生的风险，一般难以正确测定。所谓客观风险，是指能以概率推算出来的损害。3.5按照风险是否可以管理分类，风险可分为可管理的风险和不可管理的风险，风险是否可加管理，取决于搜集客观资料和掌握管理技术的程度。如果从认识论的角度看，可将风险分为如下四类。第一类：真实风险这类风险完全由未来环境发展所决定。真实风险也就是真实的不利后果事件。此时．主要的工作不是推测今后奉献的发展、而是了解现在的事故状况，对已经出现的不利后果事件进行调查、归类、统计，得出评估结果。第二类：统计风险这类风险由现有可以利用的数据来加以认识，统计风险事实上是历史上不利后果事件的回归。我们说某江堤具有抗御50年一遇特大洪水的能力，涉及到的洪水风险，是一种统计风险。第三类：预测风险这类风险可以通过对历史事件的研究，在此基础上建立系统模型，从而进行预测。预测风险是对未来不利后果事件的预测。核电站的核安全保护措施大多基于预测风险之上。项目投资风险、发射卫星失败的风险，均归为预测风险。隧道与地下工程风险既有统计风险的成分，更多的还是预测风险(因为虽然工程事故频繁出现，但数据的积累还不是都能达到统计学的要求)。第四类：察觉风险这类风险是由人们通过经验、观察、比较等来察觉到的。察觉风险是一种人类直觉的判断。在工程项目上，通过专家所预测的风险都属于察觉风险，大多数情况还是能反映一定的客观情况。因此，在客观资料不充分的情况下，将专家的意见进行汇总分析，也可以作为风险分析的基础性资料。74风险的本质从科学研究的角度来看，风险分析的挑战性工作就是去寻找一个科学的途径估计某个概率分布。一般我们所说的风险评估，其侧重点已从寻找科学途径转移到使用现成方法计算和评估风险程度的工作上来。而风险管理则主要是指降低、观察、控制风险的人类行为。按照这种观点，风险分析的主要难点在于掌握风险系统的随机性规律。然而，在许多风险系统中，随机性只是风险特性之一。风险的本质由所有的风险特性来决定，为了研究风险本质，首先让我们来看一下风险分析的目的何在，看一下我们在碰到一个实际系统时的处境。大量的资料分析表明，风险分析的目的是要描述或掌握一个系统的某些状态，以便进行风险管理，减小或控制风险。因此，对于风险分析而言，必须能显示出状态、时间、输入等要素之间的关系。概率分布，仅仅是事件和发生概率之间的一种关系。对许多系统来说，不可能精确地估计出所需要了解的概率关系，我们面对着不精确概率的问题。况且、是否存在概率关系有时也是一个问题。而且，概率关系也并不能替代与风险有关的所有关系，总而言之，风险分析的目的是要回答：一个不利后果是怎样产生的，为什么会产生。基于这种观点、可以认为．风险本质是不利后果的动力学特性。事实上，一个风险系统可以用一些状态方程来研究，条件是我们能找到这些状态方程。风险控制问题，原则上说，同工程控制问题在本质上没有什么区别。在许多情况下，要获得所需的状态方程和所有数据是非常困难的、况且，也没有必要全面研究状态方程。概率方法就是研究工作的一种简化。不过，用概率分析替代风险分析还是不甚妥当。当我们用概率方法研究一个风险系统时，通常，我们很难判断一个人为的概率分布假设是否合适，而且，我们常常会碰到小样本问题，也就是说，数据太少，难以用传统方法做出决断：小样本问题刺激了经验贝叶斯方法的发展。这就意味着，要想获得事件和发生概率间的一个精确关系，是一项困难的工作。进而．我们知道，如果我们能通过某种途径简化系统分析，对于简化的系统，要精确地获得我们所需要的关系，也是困难的。换言之，我们得到的关系通常是不精确的：为了保留下分析结果中的不精确信息，最好的途径是使用模糊关系来表达关系。这样，对于统计风险而言，一个风险事件可能对应着几个概率值，只是程度不同8而已。在工程项目风险分析中，我们倾向于将风险看作一个三维概念，相应地，它具有下述的三个性质：性质1．损害性即风险无论对于个人或团体都意味着会有不利后果。这与商业上所进行的投资风险损益分析不同，因此，工程项目风险研究的目的是如何降低事故发生率，使工程项目在预期轨道上运行。性质2．不确定性即风险发生不利后果无论在空间、时间、强度以及是否发生都具有很强的不确定性。性质3．复杂性由于风险因素之间的相互作用，相互影响，使得一个风险系统变得异常庞大和复杂，有时很难用精确的概率分布或状态方程来表达，此时，就不得不对问题进行适当的简化，并借助模糊数学等工具进行分析。5风险分析风险分析是一个非常困难的课题，针对不同的问题应该采用不同的分析模式。隧道与地下工程的风险则要探索风险究竟是怎么产生的。5.1孕险环境所谓孕险环境，指可能会产生事故的区域和环境。在盾构施工中，存在不良地质状况的土层环境，地下水文情况，施工路段附近的路面、建筑物、管线等均构成了孕险环境。可以想见，如果地下水位足够低，盾构进出洞的事故发生率将下降很多。如果周围没有那么多建筑物，也就不会牵涉到那么多的环境影响问题。因此，可以说，孕险环境是风险的客观基础，是决定风险事故是否发生的根本性因素，也可以称之为风险的内因。如果能在施工前期，通过规划选线尽量避开孕险环境，那么风险自然可以得到控制。95.2致险因子致险因子与孕险环境是产生风险事故的两个