李冠朋，高小雷，石振宇

(中國水利水電第四工程局有限公司,青海 西寧 810007)

0 引言

在盾構(gòu)隧道的施工過程中,存在著大量的風(fēng)險,對于長大盾構(gòu)隧道來說更是如此。在隧道建設(shè)前,通常會對隧道建設(shè)進行風(fēng)險評估,根據(jù)相應(yīng)的風(fēng)險等級制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案,但在隧道的施工過程中,由于施工、管理水平的不同以及地質(zhì)勘探的局限性,隧道施工風(fēng)險會不斷的發(fā)生變化,若完全按照隧道建設(shè)前的風(fēng)險評估對隧道施工進行風(fēng)險管理,則必定會存在一定的偏差,應(yīng)根據(jù)隧道施工的實際情況進行動態(tài)的風(fēng)險評估和管理。在風(fēng)險評估中風(fēng)險值的計算是一個難點,較為常用的風(fēng)險計算式如式(1)所示。

R=P×C

(1)

其中,R為風(fēng)險值;P為風(fēng)險發(fā)生的概率;C為風(fēng)險造成的損失或者是潛在損失。

R=P×C是一種定性與定量相結(jié)合的方法,是目前國內(nèi)外比較推崇應(yīng)用比較多的一種風(fēng)險評價的方法。王鋒[1]運用此方法對武漢長江盾構(gòu)隧道施工風(fēng)險進行了評估。高峻等[2]運用此法對杭州市慶春路過江隧道施工風(fēng)險進行評估。姚怡文等[3]也采用此法對非開挖地下工程風(fēng)險進行評估。黃宏偉[4]將工程風(fēng)險指標(biāo)作為評價標(biāo)準(zhǔn),用研制的軟件對上海長江盾構(gòu)隧道進行了定量的風(fēng)險評估研究,如何對P,C進行量化一直是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點。而在工程項目建設(shè)中,可能發(fā)生的事故損失一般包括:直接經(jīng)濟損失、人員傷亡和工期損失[5-6]。如何量化這些損失也是值得考慮的問題。Remondo[7]根據(jù)研究區(qū)域內(nèi)過去50 a內(nèi)的歷史數(shù)據(jù),列出了每次滑坡災(zāi)害導(dǎo)致的經(jīng)濟損失,除以相應(yīng)承險體的實際價值后得到易損性值,以此來量化損失。李典慶[8]以香港地區(qū)近20年的16 000個切坡的觀測資料為基礎(chǔ),從統(tǒng)計學(xué)的角度提出了邊坡的時變可靠性分析方法,提出了考慮時間效應(yīng)的風(fēng)險評估和管理方法。胡群芳[9]對2003年—2011年地鐵隧道施工事故進行了統(tǒng)計分析,為地鐵隧道施工風(fēng)險管理提供了寶貴的基礎(chǔ)資料。褚涿[10]考慮施工進度對水電站導(dǎo)流全過程進行了風(fēng)險分析,分析了進度不確定性因素對導(dǎo)流綜合風(fēng)險的影響。這些研究都為風(fēng)險指標(biāo)的量化提供了一些思路。

本文通過對某隧道施工過程進行動態(tài)的風(fēng)險查勘,調(diào)研,利用現(xiàn)場施工記錄資料并結(jié)合現(xiàn)場巡查,建立起基于事故等級的風(fēng)險評估方法,對盾構(gòu)隧道施工中的風(fēng)險進行了動態(tài)評估,為風(fēng)險管理提供了依據(jù)。

1 施工事故資料收集與分析

在盾構(gòu)隧道施工的過程中,監(jiān)理單位會全天24 h在建設(shè)現(xiàn)場旁站監(jiān)督,將每天發(fā)生的現(xiàn)場信息詳細記錄在案,包括事件內(nèi)容、發(fā)生時間、工期延誤情況以及處理結(jié)果等,這為隧道施工的動態(tài)風(fēng)險管理及時積累了大量的第一手資料,大量的研究以及現(xiàn)場風(fēng)險查勘表明,在盾構(gòu)隧道的推進過程中,盾構(gòu)的設(shè)備故障以及施工管理不善對于盾構(gòu)隧道安全快速推進有著較大的影響,而盾構(gòu)設(shè)備故障主要分為五類:泥水及供水系統(tǒng)故障、管片拼裝機械故障、動力及推進系統(tǒng)故障、注漿及盾尾密封故障、其他故障;施工管理不善主要體現(xiàn)在管片延誤以及漿液延誤。

2 盾構(gòu)設(shè)備故障事故分析

以某隧道的推進過程為例,選取推進過程中283 d的監(jiān)理以及巡查記錄,在此區(qū)間段內(nèi)一共發(fā)生各類設(shè)備故障共443起,共耽誤施工進度60 678 min,約42.1 d,平均每天耽誤約214 min。其中,泥水及供水系統(tǒng)故障為157例,共計耽誤時間為18 023 min;管片拼裝機械故障為113例,共計耽誤時間為16 752 min;動力及推進系統(tǒng)故障為39例,共計耽誤時間為5 785 min;注漿和盾尾密封故障為105例,共計耽誤時間為16 406 min;其他故障29起,耽誤3 712 min。表1列出了各類設(shè)備故障的統(tǒng)計情況。

表1 各類故障統(tǒng)計表

圖1為各類設(shè)備故障發(fā)生的在總的設(shè)備故障中所占的比例,圖2為各類設(shè)備故障發(fā)生的頻率,圖3為各類設(shè)備故障發(fā)生時每次事故平均延誤的工期。從圖1,圖2中可以看到,泥水及供水系統(tǒng)故障所占的比例最高(34%),發(fā)生頻率最高(0.55次/24 h),管片拼裝機械故障(26%)次之,注漿和盾尾密封故障(24%)略小于管片拼裝機械故障,動力及推進系統(tǒng)故障(9%)以及其他故障(7%)所占比例較少,均在10%以下。

從圖3中可以看到,不論是哪種設(shè)備故障每次事故平均延誤的工期均在110 min以上,泥水及供水系統(tǒng)故障和其他故障在120 min左右,管片拼裝機械故障,注漿和盾尾密封故障、動力及推進系統(tǒng)故障均在150 min左右,說明相對來說,泥水及供水系統(tǒng)故障和其他故障較好排除。工期延誤可作為風(fēng)險事故發(fā)生所引發(fā)的后果之一,可作為風(fēng)險值計算公式(1)中的C值。而風(fēng)險發(fā)生的概率則較難直接計算出來。一般來說,在一段時間內(nèi),各類設(shè)備故障的出現(xiàn)頻率將趨于平均化,因此可以將設(shè)備故障出現(xiàn)的頻率作為其發(fā)生的概率,在此可通過統(tǒng)計各類設(shè)備故障發(fā)生的頻率(以24 h為單位時間),作為其發(fā)生的概率(P),而將每次事故平均延誤工期作為其造成的后果(C),從而根據(jù)式(1)可以得到各類設(shè)備故障的風(fēng)險值(R)。以此為基礎(chǔ),可得到如圖4所示的各類設(shè)備故障發(fā)生時事故風(fēng)險值。

從圖4中可以看到,泥水及供水系統(tǒng)故障的風(fēng)險值最大,管片拼裝機械故障的風(fēng)險值次之,注漿和盾尾密封故障的風(fēng)險值略小于管片拼裝機械故障,動力及推進系統(tǒng)故障以及其他故障的風(fēng)險值較小。這說明在各類設(shè)備故障中泥水及供水系統(tǒng)故障的風(fēng)險等級最高,管片拼裝機械故障和注漿和盾尾密封故障的風(fēng)險等級次之,動力及推進系統(tǒng)故障以及其他故障的風(fēng)險等級較低,而且根據(jù)監(jiān)理記錄信息,動力及推進系統(tǒng)故障多發(fā)生在進洞時,由于當(dāng)時利用盾構(gòu)刀盤切削洞門,動力及推進系統(tǒng)負荷過大,才發(fā)生了多次故障,正常推進時,動力及推進系統(tǒng)故障較少,風(fēng)險等級也相應(yīng)降低。

在該隧道工程初期,對于隧道推進過程中可能出現(xiàn)的各種設(shè)備故障的風(fēng)險等級已經(jīng)通過專家調(diào)查法等研究方法進行過研究,當(dāng)時的研究結(jié)果認為注漿和盾尾密封故障的風(fēng)險等級為三級,泥水及供水系統(tǒng)故障、管片拼裝機械故障對應(yīng)的風(fēng)險等級為二級,這與本節(jié)中采用的基于事故等級的動態(tài)風(fēng)險評估的結(jié)果是有差異的。這是由于在施工過程中,對于初期認為風(fēng)險等級較高事件關(guān)注度較高,同時也采取了相應(yīng)的風(fēng)險控制措施,從而使其風(fēng)險等級有所降低,而對于初期風(fēng)險等級較低的時間,可能由于關(guān)注度不夠而導(dǎo)致其風(fēng)險等級升高。而且在施工過程中,施工環(huán)境、施工工藝以及施工管理水平都會有所變化,這些對于風(fēng)險事故的等級都會產(chǎn)生一定的影響。因此,在施工過程中,應(yīng)該進行動態(tài)的風(fēng)險評估,針對具體的情況,實時的提出相應(yīng)的風(fēng)險控制措施。

3 施工管理不善事故分析

在該隧道盾構(gòu)推進過程283 d中,由于施工管理不善而發(fā)生各類延誤事件共104起,共耽誤施工進度8 094 min,約5.6 d,平均每天耽誤約29 min。其中,管片延誤為64例,共計耽誤時間為5 644 min;漿液延誤為40例,共計耽誤時間為2 450 min。表2列出了各類施工管理不善導(dǎo)致的延誤事件的統(tǒng)計情況。

表2 施工管理不善事故統(tǒng)計表

圖5為管片延誤、漿液延誤在總的施工管理不善事故中所占的比例,圖6為管片延誤、漿液延誤發(fā)生的頻率。從圖5,圖6中可以看到,管片延誤發(fā)生的次數(shù)以及頻率遠大于漿液延誤發(fā)生的次數(shù)以及頻率。

圖7為管片延誤、漿液延誤發(fā)生時每次事故平均延誤的工期。從圖7中可以看到,管片延誤一般在80 min左右,漿液延誤在60 min左右,說明解決管片延誤所需要的時間更長。

和盾構(gòu)設(shè)備故障風(fēng)險值類似,也可得到由于施工管理不善引起的管片延誤、漿液延誤事故的風(fēng)險值。圖8為管片延誤、漿液延誤發(fā)生時事故風(fēng)險值。從圖8中可以看到,管片延誤發(fā)生時的事故風(fēng)險值幾乎是漿液延誤對應(yīng)的事故風(fēng)險值的兩倍,這是由于造成管片延誤的風(fēng)險因素較多,其造成的損失也較大,管片延誤對應(yīng)的風(fēng)險等級要高于漿液延誤對應(yīng)的風(fēng)險等級。

4 結(jié)論

本文利用盾構(gòu)隧道施工過程中的監(jiān)理資料,采用基于事故等級的動態(tài)風(fēng)險評估方法,針對盾構(gòu)推進過程中引起工期延誤的一些風(fēng)險因素進行了動態(tài)風(fēng)險評估,得到如下研究結(jié)論:1)盾構(gòu)隧道工程建設(shè)風(fēng)險復(fù)雜多樣,事故發(fā)生不容忽視,潛在風(fēng)險損失較大,現(xiàn)場風(fēng)險隨施工進展呈動態(tài)變化趨勢。2)在盾構(gòu)隧道施工發(fā)生的各類設(shè)備故障中,泥水及供水系統(tǒng)故障的風(fēng)險最大,這與工程初期進行的風(fēng)險評估結(jié)果不完全相同,其他風(fēng)險事故的風(fēng)險也存在類似情況,說明在工程施工過程中應(yīng)及時進行動態(tài)風(fēng)險評估,可以對初期的風(fēng)險評估結(jié)果及時修正和補充,更好地降低工程在施工過程中的風(fēng)險。3)基于事故等級的動態(tài)風(fēng)險評估方法可在一定程度上使風(fēng)險值的計算有據(jù)可依,在風(fēng)險事故記錄完整,數(shù)據(jù)量較大時,有較高的可信度,值得推廣。