吳璇穎

（上海市市政工程建設(shè)發(fā)展有限公司，上海 200025）

0 前言

目前，穿越江河等軟土地層采用的施工方法通常有沉管法與盾構(gòu)法等[1、2]，而對于流速大、跨越距離長的隧道工程，盾構(gòu)法以其明顯的技術(shù)、經(jīng)濟、安全、環(huán)保等優(yōu)勢已成為首選的施工工法。隨著各國交通的快速發(fā)展，建設(shè)各種跨海越江工程的超大直徑、超長距離、超深埋深和超高水壓作用的隧道越來越多，這對盾構(gòu)隧道施工技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)，因此，如何在大力提高盾構(gòu)設(shè)備可靠性能的同時，進一步降低隧道工程施工風險，是隧道工程研究與技術(shù)人員面臨的重大課題。本文對盾構(gòu)隧道工程主要施工風險因素進行了分析，討論了風險分析的方法和意義，并結(jié)合上海上中路隧道工程對超大直徑盾構(gòu)隧道施工風險管理的程序進行了探討。

1 盾構(gòu)隧道工程主要風險因素

1.1 工程水文地質(zhì)條件

工程水文地質(zhì)條件是隧道設(shè)計和施工的基礎(chǔ)資料，大量工程地質(zhì)勘察和試驗表明，地下土體的水文地質(zhì)條件具有很多不確定性[3]，這些復雜因素的存在給隧道及地下工程建設(shè)帶來巨大的風險。這些風險因素主要包括：（1）地質(zhì)條件：地層空間及巖土介質(zhì)的隨機性、流動性、變形，以及各種不良地質(zhì)情況等（如：有害氣體、孔洞、暗浜等）；（2）水文資料：巖土的滲透性、含水量、流向與流速，水位、水壓和水的沖刷力、承壓水，水的腐蝕性，水的補給來源等；（3）地層中的其它障礙物：建筑或其它構(gòu)筑物基礎(chǔ)，各種管線設(shè)施，廢棄構(gòu)筑物，其它孤立物等。

1.2 施工技術(shù)、設(shè)備和人員條件

施工技術(shù)、設(shè)備和操作的不確定是工程風險發(fā)生的導火索，即風險致險因子。在盾構(gòu)隧道建設(shè)中，施工隊伍、機械設(shè)備、施工操作技術(shù)水平等因素對工程是否發(fā)生風險有直接的影響。由于隧道施工技術(shù)方案與工藝復雜，并且不同的工法又有不同的適用條件，很容易地導致設(shè)備類型與水文、地質(zhì)和邊界條件不匹配，機械設(shè)備發(fā)生停機、故障或失效等風險。同時，由于施工技術(shù)錯誤或設(shè)備操作失誤，也勢必會導致工程施工風險的發(fā)生。而且，隧道工程的建設(shè)周期長、施工環(huán)境條件惡劣，施工人員很容易產(chǎn)生心理影響發(fā)生人為操控失誤，這進一步加劇了各種風險事故的發(fā)生。

1.3 工程周邊環(huán)境條件

工程周圍環(huán)境條件主要包括周圍建筑物、已有隧道、地下管線和道路等。隧道工程所建區(qū)域周圍的地面和地下環(huán)境設(shè)施一般都比較復雜，尤其是在城市繁華地帶建設(shè)大型隧道。工程周邊環(huán)境條件中潛在的復雜性主要有：（1）地面構(gòu)筑物的使用年限、結(jié)構(gòu)類型（框架結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)、磚結(jié)構(gòu)）、基礎(chǔ)類型（條形基礎(chǔ)、樁基等）和文物價值；（2）構(gòu)筑物與隧道之間的空間位置關(guān)系；（3）鄰近已有的隧道工程運營保護狀況；（4）周邊道路及管線的類別、年限、材料及施工方法；（5）周圍生態(tài)環(huán)境狀況和社會群體等。由于隧道的建設(shè)過程中，無論采用何種工法或工藝都不可避免地會對周圍構(gòu)筑物和人群造成直接或間接的影響或破壞，因而，工程施工中可能引發(fā)周邊環(huán)境影響風險很大。

綜合以上分析，隧道工程中存在大量不確定性因素，由于工程致險因子的活動（包括施工操作和外界環(huán)境影響），激發(fā)了工程孕險環(huán)境潛在的風險因素或破壞了孕險環(huán)境的原狀極限平衡，從而導致了工程風險的發(fā)生，引起各承險體發(fā)生不同程度的破壞，并最終直接導致工程發(fā)生各類風險損失（經(jīng)濟損失、人員傷亡等）。

2 盾構(gòu)隧道風險管理的應(yīng)用和意義

2.1 隧道工程風險管理方法分析

隧道工程建設(shè)的風險管理與控制研究的最終目的是為各級工程決策者提供決策依據(jù)。為此，就必然要研究和開發(fā)科學的風險評估與決策系統(tǒng)，對工程建設(shè)中的不確定因素（孕險環(huán)境）進行全面的分析，將不可預(yù)見的風險因素（致險因子）轉(zhuǎn)化為定量指標，通過計算風險效益來選擇風險控制措施降低各種風險（包括工期風險、費用風險、環(huán)境風險），達到工程建設(shè)的安全、經(jīng)濟、高效的管理目標，幫助業(yè)主及有關(guān)部門完成最終的決策。

在一般意義上，風險通常有兩種含義，一種是可能的損失或危險，另一種是沒有獲得預(yù)期的收益。在工程上，上述的兩種風險客觀上也是存在的，人們更注重工程項目的順利實現(xiàn)并達到一定的質(zhì)量要求。因此，工程風險分析通常更注重可能的工程災(zāi)害以及由此帶來的損失，也就是純風險，工程上普遍接受的風險定義就是將風險表示成風險事件的發(fā)生概率與發(fā)生后果的函數(shù)：

式中：P——事件發(fā)生的概率；

C——事件發(fā)生的后果。

一般風險分析的步驟可分為：風險辯識、風險估計、風險評價與風險決策。在盾構(gòu)隧道工程風險分析中，同樣也有這四個步驟。但是，由于盾構(gòu)隧道工程建設(shè)是一項龐大的系統(tǒng)工程，風險因素的涉及面廣，因此，在工程風險分析上，通常要分階段按目標進行分析。一般可將隧道工程風險分析分成總體風險分析、施工期風險分析和運營期風險分析，本文主要對盾構(gòu)隧道施工期風險進行分析。

2.2 隧道工程風險管理的意義

隨著隧道工程向大直徑、長距離、深埋深和高水壓作用施工發(fā)展，隧道工程風險分析問題研究已引起了工程界的廣泛重視。針對不同的參與對象，在隧道工程建設(shè)中進行風險管理與控制研究具有以下作用：

（1）從決策者的角度來說，其研究價值可以體現(xiàn)為決策者的決策信心增強，對工程進展情況的宏觀控制與掌握及對資金流向的有效管理等方面，進一步提高決策者的科學決策能力，保障工程順利進行。

（2）從施工企業(yè)的角度，其價值體現(xiàn)在企業(yè)通過研究和處置風險，總結(jié)經(jīng)驗教訓，跟蹤風險狀態(tài)，實行動態(tài)風險管理等措施來加強自身對施工風險的控制力度，進一步快速改進和完善本企業(yè)自身的風險防范能力和公理水平，適應(yīng)我國建筑市場國際化、法制化和規(guī)范化的工程建設(shè)需求，提高企業(yè)的工程信譽和國際競爭力。

（3）從工程建設(shè)的角度來說，其價值體現(xiàn)在可以逐步地實現(xiàn)“工程精算”，即所有的風險子項均由其費用損失來表示，從而有效地管理和控制施工建設(shè)方案與決策，確保工程建設(shè)的施工工期和建筑質(zhì)量。

（4）從工程建設(shè)的周圍環(huán)境來說，其價值體現(xiàn)在可以有效地減少和避免各種環(huán)境影響，降低周圍環(huán)境的損失，使隧道工程的建設(shè)與自然和社會環(huán)境的發(fā)展相協(xié)調(diào)，保證國家的可持續(xù)發(fā)展。

3 上中路隧道盾構(gòu)施工風險管理分析

上海市上中路隧道工程起點為上中路-龍川路交叉口東側(cè)，與中環(huán)線南段上中路銜接；終點為浦東規(guī)劃華夏西路-公園大道交叉口西側(cè)，與中環(huán)線南段華夏西路銜接；工程全長2.8 km，隧道外徑14.5 m，內(nèi)徑13.3 m。隧道施工采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)的外徑為14.87 m，為超大直徑泥水平衡盾構(gòu)設(shè)備，施工難度大。為了有效地控制和管理在施工過程中可能遇到的各種突發(fā)事故而造成的人員傷亡或財產(chǎn)損失等問題，上中路隧道建設(shè)方成立了風險分析小組，對整個工程進行全方位的風險管理，即“全壽命動態(tài)風險管理”，探索超大直徑泥水平衡盾構(gòu)施工風險管理的方法。

3.1 上中路隧道盾構(gòu)施工風險因素

結(jié)合國內(nèi)外大型水底隧道的施工經(jīng)驗，分析上中路隧道工程中超大直徑泥水盾構(gòu)施工中可能發(fā)生的風險事故，其中潛在的主要風險因素有：

（1）水文地質(zhì)條件：在江中可能會遇到沼氣、障礙物等，包括穿越地層的變異，都可能會對盾構(gòu)工作面的穩(wěn)定性造成影響；

（2）盾構(gòu)設(shè)備因素：該臺盾構(gòu)是二手盾構(gòu)，設(shè)備故障可能是推進過程中最可能碰到的問題；

（3）泥水材料、配比和泥水壓力設(shè)定；

（4）隧道管片襯砌結(jié)構(gòu)質(zhì)量、運輸和拼裝；

（5）輔助施工工法：進出洞區(qū)的土體加固采用冰凍法，如果效果不佳，會發(fā)生滲漏水問題，甚至影響基坑的穩(wěn)定；

（6）人為決策失誤或施工操作不當；

（7）其它因素或外界環(huán)境的影響。

上述因素中，可能導致工程施工發(fā)生風險的最關(guān)鍵的客觀因素是水文地質(zhì)條件問題。由于該項因素的潛在風險巨大，大量工程施工發(fā)生的重大風險都與工程的地質(zhì)、水文條件有關(guān)。而且，一旦施工中出現(xiàn)不良地質(zhì)條件，如遇到流沙、突涌水或有害氣體等，同時，主觀上又出現(xiàn)施工方案決策失誤或人為操作不當，這必將導致工程事故的發(fā)生。

3.2 盾構(gòu)施工風險管理程序應(yīng)用

3.2.1 風險分析的啟動程序

針對各種盾構(gòu)施工風險因素，在每一個單位工程開工前一個半月啟動該項工程的風險分析及管理程序。根據(jù)相互關(guān)聯(lián)或時間關(guān)系，多項工程可同時進行分析。單位工程風險分析程序如圖1所示。

3.2.2 事故的初步分析

圖1 單位工程風險分析流程圖

施工方負責對該分項工程中的產(chǎn)生經(jīng)濟損失的風險事故及其發(fā)生工況、產(chǎn)生原因進行詳細識別，然后分送設(shè)計院、監(jiān)理、建設(shè)方修改補充。程序如圖2所示。

圖2 分項工程經(jīng)濟損失事故的分析流程圖

監(jiān)理方負責對該分項工程中的產(chǎn)生人員傷亡的風險事故及其發(fā)生工況、產(chǎn)生原因進行詳細識別，然后分送設(shè)計院、施工方、建設(shè)方修改補充。程序如圖3所示。

3.2.3 事故調(diào)研和處置方案討論

圖3 分項工程人員傷亡事故的分析流程圖

施工方及監(jiān)理方根據(jù)確定的風險事故制定調(diào)研表格，然后分別組織進行調(diào)研，調(diào)研數(shù)量15～20份，調(diào)研對象為設(shè)計院、施工方、監(jiān)理方、建設(shè)方。施工方及監(jiān)理方將調(diào)研表及調(diào)研數(shù)據(jù)送交建設(shè)方，由建設(shè)方組織的風險分析小組進行數(shù)據(jù)處理和分析。程序見圖4所示。

在風險分析小組分析基礎(chǔ)上，召開會議討論確定需要進行采取措施和需要提出處置預(yù)案的風險事故，并進行初步討論。施工方及監(jiān)理方在會議討論的基礎(chǔ)上，分別對需要進行風險控制的風險事故提出幾項可行的預(yù)防措施，并初步分析，計算資金投入，由建設(shè)方組合進行調(diào)研，調(diào)研數(shù)量不少于10份，調(diào)研結(jié)果由建設(shè)方風險分析小組負責分析。程序見圖5所示。

3.2.4 處置方案的確定

對風險控制措施、風險預(yù)案進行討論修改，根據(jù)分析結(jié)果進行協(xié)商，確定相應(yīng)的工程措施，形成“一說明三處理”表格（即風險說明、預(yù)防處理、征兆處理、事后處理）。程序見圖6所示。

3.2.5 處置過程的監(jiān)管和完善

施工過程中由監(jiān)理監(jiān)督實施，并如實記錄所發(fā)生的施工問題或事故。 在施工過程中，加強施工監(jiān)測的管理力度，一旦內(nèi)發(fā)現(xiàn)問題，由監(jiān)理單位上報風險分析小組進行技術(shù)分析，以確定進一步的施工方案。程序見圖7所示。

圖4 風險事故調(diào)研流程圖

圖5 處置方案討論流程圖

圖6 處置方案確定流程圖

圖7 處置過程監(jiān)督流程圖

結(jié)果表明：以上上中路盾構(gòu)隧道施工風險管理程序在工程實施過程中得到了較好的應(yīng)用，對盾構(gòu)施工過程中出現(xiàn)的事故風險起到了預(yù)控作用，并及時進行了處置。

4 結(jié)語

（1）分析了隧道工程中可能導致事故發(fā)生的主要因素，認為隧道工程中存在大量不確定性因素。

（2）盾構(gòu)隧道風險管理分析的步驟分為：風險辯識、風險估計、風險評價與風險決策；并且通常要分階段按目標進行分析。

（3）結(jié)合上中路隧道工程，對超大直徑盾構(gòu)隧道施工中潛在的主要風險因素及風險管理程序應(yīng)用進行了介紹；認為水文地質(zhì)條件問題是超大直徑盾構(gòu)隧道工程施工發(fā)生風險的最關(guān)鍵的客觀因素。

（4）建議盡快建立一個行業(yè)普遍認可和適用的超大直徑盾構(gòu)隧道風險分析與評估體系。

[1]周文波.盾構(gòu)法隧道施工技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2004.

[2]張鳳祥，朱合華.盾構(gòu)隧道[M].北京：人民交通出版社，2004.

[3]Christoph Hass and Herbert H.Eistein(2002),Updating the decision aids for tunneling[J],Journal of Construction Engineering and Management,Vol.128(1):40-48,2002.

[4]H.Ohstu,Y.Ohnishi.A study on estimation of construction cost variation of underground construction projects caused by geo-technical risk factors[J],Proceedings of The ISRM International Symposium 3rd ARMS,2004 Mill press,Rotterdam,ISBN905966020X:267-272.