隧道及地下工程的風險評估與控制.doc

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隧道及地下工程的風險評估與控制 引言 隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，為緩解城市的交通壓力和解決城市用地問題，提高城市效率，城市地鐵與地下工程建設(shè)得到了快速的發(fā)展。目前開工建設(shè)的就有：北京地鐵4、5、10號線和機場線、奧運支線，還有上海、深圳、南京、天津等地的地鐵工程，杭州、蘇州、哈爾濱、沈陽等地的地鐵也進入方案論證階段 。此外，即將動工的廈門海底隧道、武漢過江隧道等一批長、大型鐵路和公路隧道也在加緊建設(shè)和論證中。 目前我國地鐵與地下工程涉及的項目之多、投資量之大，在世界工程建設(shè)史上是從來沒有的。由于受地鐵與地下工程建設(shè)特點和水文地質(zhì)等多方面的不確定性因素的影響，使得地鐵與地下工程的建設(shè)不可避免的存在許多工程建設(shè)風險。以下是一些工程事故的實例。 ―――新加坡地鐵Nicholl Highway站(2004年4月) ―――2003年南京坍陷事故 ―――法國雷恩地鐵事故 ―――2003年M4事故 ―――2004年廣州地鐵事故 ―――臺灣高雄捷運事故 ―――北京地鐵10號線京廣橋附近路面坍塌（暗挖隧道） ―――北京地鐵10號線與奧運支線熊貓環(huán)島站基坑坍塌 ―――北京地鐵5號線北四環(huán)路面拱起 目前在我國地鐵與地下工程的建設(shè)過程中，風險評估和風險管理水平較低；多數(shù)情況下，風險評估也僅限于在可研報告中的定性分析、少量的定量分析和經(jīng)濟性分析；做得較多的是在施工過程中，通過專家會的方式對工程的重點、難點，采用工程類比的方法，結(jié)合以往的工程建設(shè)經(jīng)驗來進行風險分析和管理風險，也沒有定量化的風險評估。從而使得我們對風險的評估和管理水平與目前工程建設(shè)的發(fā)展速度很不協(xié)調(diào)，與施工技術(shù)水平和技術(shù)能力很不協(xié)調(diào)。 一、地鐵與地下工程建設(shè)風險評估和風險管理工作的必要性、迫切性 國務(wù)院辦公廳[2003]81號文《關(guān)于加強城市快速軌道交通建設(shè)管理的通知》中指出：要高度重視城市軌道交通建設(shè)、運營的安全問題，牢固樹立“安全第一，預(yù)防為主”的思想，把確保軌道交通建設(shè)和運營安全作為頭等大事切實抓好。 地鐵與地下工程項目是由幾十個不同專業(yè)組合而成的大系統(tǒng)工程，具有投資大、技術(shù)復(fù)雜，工期緊張，建筑安裝量大，項目涉及面廣等特點。因此，在規(guī)劃、設(shè)計和施工、運營四個環(huán)節(jié)上，必須嚴格執(zhí)行國家頒布的強制性標準，確保安全設(shè)施同步規(guī)劃、設(shè)計和建設(shè)。 在項目的立項、可研、設(shè)計、施工到運營的各個階段都應(yīng)認真進行工程安全、周邊環(huán)境和地質(zhì)災(zāi)害的風險評估，防止各種災(zāi)害的發(fā)生和避免不必要的經(jīng)濟損失。每個城市都要設(shè)置保證安全資金的投入，建立處理突發(fā)事件的應(yīng)急機制，提高對地鐵與地下工程風險管理意識和管理水平。 在以往的地鐵和地下工程建設(shè)工程中，建設(shè)、設(shè)計、施工等單位對工程安全都給予了足夠的重視，但是運用傳統(tǒng)的經(jīng)驗管理方法，已不能適應(yīng)當前狀況對事故發(fā)生的預(yù)測和防控能力的需要。因此，建立和完善一個科學、全面的風險評估機制，建立和健全風險評估體系，以便及時地掌握反映建設(shè)過程的安全情況，同時建立具有分析、預(yù)測、防災(zāi)能力的專家委員會和風險管理系統(tǒng)平臺，已經(jīng)迫在眉睫。 二、與工程風險有關(guān)的幾個問題 1、工程風險的定義和風險評估的意義 工程風險可定義為：由于在工程的建設(shè)和使用過程中存在著自然災(zāi)害因素、不確定性因素、偶然因素或人為因素等方面不利影響因素發(fā)生的可能性，而由這種可能性所造成的安全性喪失和經(jīng)濟性損失的可能性就稱為工程風險。 而風險評估的意義就是對安全性喪失和經(jīng)濟性損失發(fā)生的可能性的評估，也是確定風險、確定風險造成的威脅、平衡風險造成的損失和防護措施帶來的耗費與好處的過程；其有助于將安全耗費和所帶來的好處綜合考慮。在確定風險時應(yīng)主要考慮以下3種主要的風險類型：功能風險、財產(chǎn)風險、安全風險。 2、提高對風險評估和風險管理的認識問題 建立城市地鐵與地下工程風險評估評價體系的目的，在于事先給出分析對象的風險預(yù)報，它涉及的內(nèi)容包括： (1)預(yù)報工程問題中可能出現(xiàn)的風險； (2)分析導(dǎo)致風險出現(xiàn)的各種潛在因素； (3)討論某種改變對工程的經(jīng)濟性、安全性的影響； (4)判斷分析對象是否滿足要求的風險準則； （5）對工程風險的監(jiān)控監(jiān)測和管理等。 風險評估不僅僅可以全面地反映工程的安全性，還可以幫助改進和優(yōu)化工程方案的決策、設(shè)計、施工及運營，以降低不希望發(fā)生事件發(fā)生的可能性；從而使業(yè)主、設(shè)計單位、承包商和運營企業(yè)，以最佳的控制能力提高工程的安全性和經(jīng)濟性。在現(xiàn)實的工程中應(yīng)用風險分析和評估會帶來巨大的安全效益和經(jīng)濟效益。因此，對擬建和在建的城市地鐵和地下工程建設(shè)項目進行風險評估，也是勢在必行和急需解決的重要課題。 3、政府主管部門加大管理力度，避免片面追求安全性或片面強調(diào)經(jīng)濟性的問題； 4、風險評估和風險管理要貫徹到從工程項目的立項、可研、設(shè)計、施工到工程運營的全過程中。 5、風險評估和管理的一般程序 三、工程風險評估與管理工作的目標 由于工程風險不是獨立存在的，因此必須建立科學合理的工程風險評估和防范體制，建立和健全工程風險評估和風險管理的咨詢機構(gòu)；用全面、系統(tǒng)、科學的風險評估和風險管理實施手段，以達到能在第一時間了解、掌握工程建設(shè)過程中不同階段的第一手資料，提高工程風險的預(yù)測和防控能力，避免重大事故的發(fā)生，使工程風險降到最低。為此，我們應(yīng)開展以下工作： 1、在全面調(diào)查分析有關(guān)地鐵與地下工程建設(shè)風險經(jīng)驗和風險理論及其它相關(guān)資料的前提下，提出地鐵與地下工程的安全風險管理實施辦法，明確重點、難點及需采取的特殊措施。 2、加快風險評估和風險管理體制的建立，加快風險評估、管理和咨詢機構(gòu)的建設(shè)。 3、逐步完善并確定各種風險評估評價的原則、指標體系和控制標準，并制定相應(yīng)的風險預(yù)警和報警值。 4、建立信息中心，及時收集、傳輸、分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時向指揮工程建設(shè)的各級組織機構(gòu)提供直觀、全面、形象、動態(tài)的反映工程現(xiàn)況和安全風險管理的有關(guān)數(shù)據(jù)。在施工過程中，執(zhí)行每日有分析和定期報告制度。監(jiān)測報告包括：施工進度情況；土體和巖體的穩(wěn)定性；結(jié)構(gòu)物和支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定性；臨近結(jié)構(gòu)沉降及傾斜分析；土、水壓力及地下水位分布，地表及地中沉陷等變化情況；安全風險評估意見；設(shè)計修改和施工方法及步驟調(diào)整等內(nèi)容。 四、工程風險評估與風險管理內(nèi)容 工程風險評估與管理包括：工程風險評估與管理系統(tǒng)的建立、標準與規(guī)范的制定、風險評估與審查、風險咨詢服務(wù)、檢測系統(tǒng)的審核與建立等。為了有效地開展工作，應(yīng)明確政府管理部門、建設(shè)管理機構(gòu)和工程風險管理咨詢公司的職責范圍，并賦予相應(yīng)的權(quán)利和職責。 針對地鐵及地下工程建設(shè)中自身結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的安全性和經(jīng)濟性問題，從立項、可研、設(shè)計到施工和運營進行系統(tǒng)的風險評估、安全監(jiān)測和風險咨詢，包括對工程建設(shè)風險的分析、評估、審核以及建議等。 1、立項可研階段的風險評估和風險管理 主要風險的影響因素及來源包括：路網(wǎng)規(guī)劃、線路方案、其他專業(yè)工程方案、環(huán)境調(diào)查和評估、客流預(yù)測、工程規(guī)模、工期測算、投資估算、融資方案、經(jīng)濟效益分析、設(shè)計咨詢單位的設(shè)計能力和技術(shù)水平及服務(wù)意識、個人經(jīng)驗和能力的局限、業(yè)主的決策能力和水平、政府和社會的參與程度、工程所在地的社會 經(jīng)濟狀況和經(jīng)濟能力、國家的宏觀經(jīng)濟政策、不可預(yù)見因素等等。因此，立項決策風險的評估評價是定性與定量相結(jié)合的工程綜合風險的評估評價，所以綜合風險系數(shù)來衡量整個工程各種安全風險發(fā)生的可能性和產(chǎn)生風險后可能造成的經(jīng)濟損失大小，是比較科學合理的。其風險管理重點是由政府主管部門和工程建設(shè)單位對工程建設(shè)風險的跟蹤管理和特殊風險的重點管理。 2、設(shè)計階段的風險評估與風險管理 （1）制定設(shè)計方案的風險審查內(nèi)容和程序； （2）審核與評估地質(zhì)、水文勘察資料；地下 管線資料；相鄰建筑物的資料和可信程度； （3）審查和評估與地鐵和地下結(jié)構(gòu)工程風險 相關(guān)的設(shè)計內(nèi)容和設(shè)計方法。 （4）審核與評估地鐵及地下結(jié)構(gòu)工程的施工 方法、輔助工法、施工規(guī)范和特殊條款的 風險性。 （5）審核有關(guān)施工安全措施和方法的設(shè)計。 （6）審查施工單位監(jiān)測系統(tǒng)配置的設(shè)計原 則，建立并完善全線工程監(jiān)測網(wǎng)。建立 并完善資料數(shù)據(jù)庫和風險管理信息系 統(tǒng)，建立信息中心。 （7）建立工程風險審查會議制度。 （8）給出設(shè)計階段的風險評估和風險管理 報告。 3、施工階段的風險評估與風險管理 施工風險的影響因素及來源主要包括：線路方案、其他專業(yè)工程方案、環(huán)境調(diào)查、工期測算、投資估算、設(shè)計咨詢單位的技術(shù)水平和設(shè)計能力及服務(wù)意識、業(yè)主的決策能力和水平、政府和社會的參與程度、工程所在地的社會環(huán)境狀況、國家的經(jīng)濟政策、施工組織方案、輔助工程結(jié)構(gòu)方案、設(shè)備系統(tǒng)方案、施工中的不可預(yù)見因素、自然災(zāi)害、施工中的超前預(yù)報等 。 施工階段的風險評估與風險管理是由與工程建設(shè)有關(guān)的各部門協(xié)同風險評估機構(gòu)，共同進行的評估和管理工作；主要內(nèi)容包括： （1）對施工方案及施工組織、安全措施等進 行實地審查和評估。 （2）分析和評估工程施工過程中可能發(fā)生的 工程風險。 （3）確定工程風險現(xiàn)場監(jiān)測的對象、項目內(nèi) 容、范圍以及監(jiān)測頻率，并實施監(jiān)測。 （4）監(jiān)督、檢驗及分析風險點的監(jiān)測數(shù)據(jù)， 出現(xiàn)差異時分析、上報并協(xié)調(diào)處理。 （5）審查施工降水、地層注漿、臨時工程設(shè) 計和重要管線及建筑物的保護方案。 （6）關(guān)鍵技術(shù)措施可行性和有效性的審定和 風險評估，并對相應(yīng)的安全風險作出評 價。 （7）綜合分析監(jiān)測數(shù)據(jù)和地質(zhì)狀況，對施工 影響區(qū)內(nèi)的環(huán)境安全狀態(tài)作出及時、可 靠的評估，及時進行預(yù)警和報警并提出 建議和處置措施。 （8）提高施工管理人員的安全風險管理技術(shù) 水平。 （9）結(jié)合工點情況及有關(guān)科研情況，開展必 要的專題研究與試驗。 （10）施工階段風險管理平臺的建立 為了提高安全風險管理的工作效率，對工程建設(shè)的眾多項目建立系統(tǒng)化和信息化管理平臺。包括水文地質(zhì)資料管理系統(tǒng)；監(jiān)測資料管理系統(tǒng)及預(yù)警系統(tǒng)；施工資料管理系統(tǒng)；分析資料管理系統(tǒng)；圖文管理系統(tǒng)；文件管理系統(tǒng)等。 通過信息管理平臺，政府和建設(shè)管理部門可通過信息中心及時、形象、自由地獲得各項工程周圍環(huán)境的狀況、安全風險所在以及程度、采用的技術(shù)措施及其有效性。該管理系統(tǒng)分為不同的子系統(tǒng)，分別對不同的指標進行控制。 4、工程運營階段的風險評估和風險管理 運營風險的影響因素及來源主要包括：線路運營方案、運營企業(yè)的體制、組織機構(gòu)設(shè)置、運營管理水平、運營企業(yè)的服務(wù)水平、應(yīng)急措施、財務(wù)管理、資源的開發(fā)、各個專業(yè)方案的協(xié)調(diào)和配合、客流預(yù)測、經(jīng)濟效益分析、業(yè)主的決策能力和管理水平、政府和社會的參與程度、工程所在地的社會經(jīng)濟狀況和經(jīng)濟能力、國家的宏觀經(jīng)濟政策等。 運營階段的風險評估與風險管理是由與工程運營主管單位和有關(guān)的各部門協(xié)同風險評估機構(gòu)，共同進行的評估和管理工作；主要內(nèi)容包括： （1）對運營方案及運營組織、安全措施進行審查和評估。 （2）分析和評估工程運營過程中可能發(fā)生的工程風險。 （3）確定工程可能出現(xiàn)的風險部位，確定監(jiān)測的對象、項目內(nèi)容、范圍以及監(jiān)測頻率，并實施監(jiān)測。 （4）綜合分析監(jiān)測數(shù)據(jù)和運營狀況，對運營影響區(qū)內(nèi)的環(huán)境安全狀態(tài)作出及時、可靠的評估，及時進行預(yù)警和報警并提出建議處置措施。 （5）提高運營企業(yè)管理人員的安全風險管理技術(shù)水平。 風險管理工作流程圖 五、 工程信息中心的建立 信息中心是建立在風險分析、風險評估、風險咨詢和風險管理基礎(chǔ)上的工作平臺，是對外信息交換以及溝通的窗口。信息中心最重要的任務(wù)是接受、分析并評估獨立監(jiān)測所得的監(jiān)測資料，若有異常現(xiàn)象，則可經(jīng)網(wǎng)際網(wǎng)路發(fā)布視訊給予工程有關(guān)的各個單位。情況嚴重或情況緊急時，尚可發(fā)警訊給安全管理單位，如交通局、公安局等以采取緊急應(yīng)變措施。 信息中心將有完善的視訊設(shè)備，在意外事件發(fā)生后，可以隨時展示現(xiàn)場閉路電視所攝錄的現(xiàn)場影像，也可以展示與意外事件相關(guān)的資料，如土層剖面、檢測資料、管線資料、工程建設(shè)或運營情況、交通狀況等，方便各單位共同研究和判定工程情況的嚴重性，以及應(yīng)急措施的可行性。所有相關(guān)單位都設(shè)置視訊會議設(shè)施，可以隨時舉行多方視訊會議以爭取時效。 信息平臺系統(tǒng)圖 六、風險控制指標和控制標準的制定 風險評估和風險管理很重要的一項內(nèi)容就是：制定科學合理的風險控制指標和控制標準。這是因為：如果控制指標定得過多，往往造成難以進行風險評價的后果，而控制指標太少，又不能全面地把握風險。另一方面，如果控制標準定得過高，對風險的把握程度就高，但就地鐵和地下工程而言，投資必然增加，這樣就不利于節(jié)約工程的投資， 反過來，如果控制標準定得較低，雖然節(jié)約了成本，但不利于控制風險，一旦風險發(fā)生，投資成本反而加大很多。在地鐵和地下工程的建設(shè)過程中，有許多的控制指標和控制標準。因此，如何根據(jù)我國的實際情況確定這些風險控制指標和控制標準，也是我們當前急需解決的問題。 地表沉降是地鐵和地下工程建設(shè)的一個很重要的控制指標。從目前已建工程的調(diào)查統(tǒng)計和分析研究情況來看，對于淺埋暗挖法車站，以前所定的30mm的地表沉降控制標準定的有些偏高，不大利于工程的建設(shè)和控制工程的投資。以下是對淺埋暗挖法車站地表沉降的一些統(tǒng)計分析。 國內(nèi)外地鐵工程施工量測數(shù)據(jù)管理標準對照表 從目前對地鐵暗挖施工的調(diào)查資料的統(tǒng)計情況來看，存在如下統(tǒng)計規(guī)律： 1）大多數(shù)沉降值的變動范圍在40～120mm；地表沉降值小于40mm和大于120mm的發(fā)生的頻率均不超過10%；98%以上的地表沉降值均超過了30mm的控制標準。但就目前的施工建設(shè)情況來看，在所有地表沉降均超過標準控制值的情況下，無論是對工程結(jié)構(gòu)自身，還是對周邊環(huán)境的安全性都沒有造成很大的影響；所以現(xiàn)行30mm的控制標準已經(jīng)沒有了實際意義。 2）由于車站的開挖面積遠大于區(qū)間，對土體的擾動較大或由于群洞效應(yīng)等的作用，故車站的地表沉降要遠大于區(qū)間的地表沉降，車站的地表沉降要比區(qū)間的地表沉降大得多；車站的地表沉降值約為區(qū)間的1.5～3倍。 3）由于地表沉降是受多種因素影響產(chǎn)生的，而且，這些因素多是隨著工程建設(shè)地的不同在發(fā)生變化，且地表沉降的發(fā)生又是相對獨立的，故以地表沉降值作為隨機變量進行統(tǒng)計規(guī)律的分析是可行的；并且其概率分布與正態(tài)分布吻合較好。 4）樣本均值為：79.76mm；樣本方差為：33.34mm（注：在顯著性水平α=0.005下，①所調(diào)查的樣本空間遠大于要求的樣本空間，滿足進行統(tǒng)計規(guī)律分析的需要，②做樣本均值和方差的假設(shè)檢驗也均滿足要求） 5）根據(jù)現(xiàn)有的調(diào)查統(tǒng)計資料分析可以簡單的認為：以統(tǒng)計均值（樣本均值）加一定的安全系數(shù)（K=1.5），得到的計算值為55mm作為地表沉降的控制值；可以說是在目前的各種工程條件下，較為經(jīng)濟合理的控制指標；并不會對地鐵車站的施工和周邊環(huán)境產(chǎn)生較大的影響。