兰州地铁盾构隧道施工工程管理风险分析与控制措施研究

1 绪论1.1 研究的背景据不完全统计，目前全球有 40 多个国家的 127 座城市开通了地铁运营线路，地铁工程给城市交通带了质的飞跃，像美国、日本、英国、法国以及俄罗斯这些发达国家的大中型城市都拥有了地铁的运营线网，这些国家的首都对地铁工程的建设规模更是不言而喻的，地铁工程给人们带来的方面和快捷，成为城公共交通的最佳选择。近几十年发展中国家的城市地铁项目建设也是如火如荼的进行着，像中国，印度，新加坡等等，举不胜举，目前世界已经建设的地铁线路总长度近万米。相比较发达国家，我国地铁建设起步比较晚，但是近二三十年来的发展速度可谓是蒸蒸日上，目前除西藏的拉萨、青海的西宁，宁夏的银川等省会城市还未能开始建设地铁工程之外，全国各大省会城市基本都在进行地铁建设，东部发达省份的非省会的二级城市地铁发展速度也是日新月异，如江苏的无锡市、苏州市及常州市，浙江省的宁波市，温州市、还有山东省、广东省一些二级城市都在发展城市地铁工程，据不完全统计，国内目前有四十多个城市都在建设地铁工程，北京、上海、深圳、广州等发达城市的地铁工程建设已经初步形成了庞大的运营线网。由于地铁工程自身众多的优点，未来我国绝大数城市围绕地铁工程进行城市整体规划，或者城市规划无不结合地铁工程的发展进行，尤其是北上广深;这些超大级城市，更是对地铁工程的规划、建设尤为重视，如深圳在未来 20 年按照中心加密、对外强轴、外围联通;的总体规划，全市共规划市域快线和普速线路两个层次 32 条轨道线路，总规模达 1.2×106m。北京市未来 20 年规划 30 条地铁线路，总长度达到约 1.2×106m，上海未来的 20 年规划的城市轨道交通线路达到 39条，总长度达到了1000多千米，广州市2025年规划23条地铁线路、总长超过1.0×106m。21 世纪是我国地铁建设的高峰期[1]，也是地下空间的大发展时期[2]。随着盾构法施工技术日趋成熟稳重，适应能力越来越强，在城市地铁的建设中，逐渐成为隧道施工采用较多的施工方法之一[3]，尤其是随着盾构辅助工法的不断发明创新，更使得盾构法的应用推向高潮。当今城市地铁建设中，施工工法的选择出现能盾则盾;的理念，国内除了个别城市的地质条件特殊外，绝大数城市地铁施工中，大面积的采用盾构法施工。如国内较早建设地铁工程的城市，香港地铁 1 号线于上世纪七十年代开始建设，盾构法施工被普遍采用。上海于上世纪九十年开始建设首条地铁线路，从法国引进盾构机进行地铁隧道开挖。几乎同一时间，广州等城市也开始着手地铁工程建设，并盾构法施工作为重点工法进行吸收，消化并加以推广应用。.........1.2 研究的目的和意义1.2.1 研究的目的与一般建筑工程相比，城市地铁工程具有规模大、专业复杂、涉及主体多、风险高且与工程周边环境相互影响大。主要体现在工程地质多样、工程技术复杂、工程周边环境复杂、工程协调量大、控制标准严、安全风险高[5]。地铁盾构隧道施工处在地下一个地质多样性、不确定性的环境中，施工工艺环节复杂，就决定其高风险的特点。尽管风险是客观存在的，但是通过科学的管理方法，风险是可以被认识的、更是可以被控制的，通过我们的努力风险能够被减小到可接受的程度，为工程的建设提供一个安全可靠的环境。由于兰州地铁 1 号线一期工程大粒径富水砂卵石地层在国内外罕见，地质条件的特殊性,施工环境的复杂性，给盾构施工提出了极大的挑战[6]，兰州地铁大粒径砂卵石地层盾构施工是很棘手的技术难题,且兰州地铁 1 号线一期工程盾构管片在国内首次采用预埋槽道技术，目前盾构管片预埋槽道还没有国家的相关技术标准，无规范可依。特殊的地质条件以及新技术、新材料的使用给兰州地铁盾构隧道施工带来了更多的安全风险。因此及时而全面的开展兰州地铁盾构隧道施工各个阶段的风险辨识、分析与评价是十分的迫切和必要，尤其是有针对性的开展相关风险的控制措施研究，为工程安全高效的建设保驾护航显得尤为重要。根据目前兰州地铁 1 号线一期工程盾构施工的情况来分析,通过风险研究建立的兰州地铁盾构施工风险指标体系,能够有效地指导盾构机的选型和设计，尤其是在富水的大粒径砂卵石地层能有效的管控各类施工风险，降低事故的发生概率，最大程度地减少对周边环境的影响,杜绝重大安全事故的发生，防止因安全问题造成不良的社会影响和经济损失,确保工程建设安全顺利进行。兰州地铁盾构隧道施工风险分析与控制措施的研究成果,可为兰州地铁 1 号线盾构隧道施工风险管理提供依据，也为今后兰州地铁 2 号线以及其他线路的风险管控做好了技术铺垫，甚至为国内其他城市地铁建设，尤其是在砂卵石地层盾构机设计、盾构掘进施工提供风险管理的经验。...........2 风险及风险管理的基本含义2.1 风险概述2.1.1 风险的定义风险的定义：学术界对风险的含义的诠释各种各样，不同的专家在风险研究时所涉及的范畴不同，在认识和理解风险时就存在着差异，因此针对风险概念不同的研究者有着不同的诠释，但是具有代表性的观点可以总结为以下几种。（1）风险即是研究对象所具有的不确定性；即风险产生所具有的不确定性和由此所带来的损失的不确定性两个部分组成。在风险所具有的不确定性的研究领域，. S. Rosen Bloom 把风险损失的不确定性认为是风险不确定性的主要方面。其含义包括风险发生的时间、风险会不会发生及风险发生所产生的损失程度的不确定性[37]。1995 年 A.H.Mowbray 等在其具有代表性的作品《Insurance》一书中，他把风险的不确定性解释为：风险的不确定性包括两个方面，一是风险发生的不确定性，二是由此造成的损失的不确性[38]。（2）风险即为事件发生后产生的最大损失的概率；1996 年，张青晖等人在《多阶段项目风险权衡模型》一文中提出风险是由某个系统造成失败的可能性和由此而导致的后果损失[39]。（3）风险即为事件发生后达不到期望目标的概率；2004 年王洪等人认为风险就是人们不希望的后果发生的潜在可能性（概率）[40]。（4）风险即为事件发生后可能产生的最大损失与获益之间的差异；2002 年雷胜强在《国际工程风险管理与保险》一书中，指出风险是在给定条件下,那些可能发生的结果间的差异[41]；郭波等人在《项目风险管理》一书中认为风险是某些不确定性以及由这种不确定性引起的不良后果损失的综合[42]。..........2.2 工程风险管理概述工程施工风险管理就是为了达到工程施工整体总目标，工程管理人员在工程项目实施阶段从风险源辨识、风险分析与估计、风险评价和制定风险应对措施四个方面严格管控工程施工过程中潜在的风险，并通过相应的措施来控制风险的发生[43]。风险管理一般遵循的原则主要是：（1）强调预前管理，风险是人们不期望发生的，更不期望其造成任何损失，因此对风险的控制应做到预前管理， 才能将损失降低到最小，这是风险管理的最基本的思想。（2）量化指标衡量风险程度，在风险管理的过程中，首先是对风险发生程度要进行衡量，这种衡量不仅有定性的描述，更应该要有定量化的评价。只有把定性和定量两种方法结合，也就是在数量化的佐证下对风险程度的衡量更为准确客观。（3）情境预设：在风险管理过程中，情景预设分析可用来预计风险可能以什么样的方式发生，以及风险在什么样的情景下发生。（4）模拟评估：通过模拟的方式对风险进行评估，可估计风险发生的概率，尤其是能比较准确的估计风险发生的规模以及风险发生后的严重程度。.........3兰州地铁盾构隧道施工风险的识别............163.1兰州地铁1号线一期工程盾构隧道概况..............163.2盾构法施工技术...........193.2.1盾构法施工的简史.......193.2.2盾构法施工的特点.......203.2.3盾构法施工工艺...........213.2.4盾构法施工流程...........223.3兰州地铁盾构隧道施工风险识别.....223.3.1兰州地铁盾构施工风险识别.............223.3.4兰州地铁盾构施工风险分析.............304兰州地铁盾构隧道施工风险定性评估........334.1评估标准建立的原则..............334.2工程风险发生的概率及损失等级标准........334.3工程风险定级评价矩阵..........344.4工程风险接受准则.......344.5兰州地铁盾构隧道施工风险定级.....345兰州地铁盾构隧道施工风险定量评估.......405.1层次分析法的原理.......405.2层次法的分析步骤.......415.3层次分析法（AHP）计算兰州地铁盾构施工风险的权重.........445 兰州地铁盾构隧道施工风险定量评估采用德尔斐法对风险发生的概率以及风险发生造成的损失进行调查的时候，不可避免的出现一些人为的主观因素，因为风险最大的一个特点是动态化的，随着区域特殊工程地质的出现或者新技术、新材料的使用，即时最权威的专家也无法穷尽知识或者具有集大成的经验，因此专家也就不可避免的对风险判断失误，这将导致风险调查不准确，等级评价偏差大，使得我们制定的风险管控措施不科学、不合理。为此，我们在采用风险评估矩阵法（R=P×L）对兰州地铁盾构施工风险等级定性评价的基础上，再次在专家调查的基础上，采用层次分析法（Analytic Hierarchy Process，简称 AHP）对风险进行定量的评估，采用定性和定量两种结合的方法，使得风险等级的确定尽可能的准确，制定的管控措施更加合理、更加经济。层次分析法是上世纪 70 年代中期美国 Pittsburgh 大学教授 T.L.Saaty 提出的，它是通过建立层次模型把复杂的问题分解为目标、准则、方案等层次因素，并采用定性与定量相结合的方法，把各因素进行两两比较确定其相对重要性，层次分析法体现了人们通过分解、判断、综合来决策思维的基本特征[42]。

...........结论本文将工程风险管理理论与兰州地铁 1 号线一期工程实例相结合，采用定性和定量的方法，对兰州地铁盾构施工风险辨识、风险分析、风险评价和风险控制四个方面进行了研究，取得成果主要有：①本文通过盾构施工流程图法、风险分解结构法、德尔斐法对以及风险评估矩阵法（R=P×L）全面辨识了兰州地铁盾构施工风险因素，并定性评价了兰州地铁土压平衡盾构、泥水平衡盾构施工中各个阶段风险等级，同时建立了兰州地铁盾构施工风险指标体系。② 在采用风险评估矩阵法定性评价的基础上，采用层次分析法风险权重进行了计算，将结算结果与定性评价结果进行了对比分析，最后确定了兰州地铁盾构施工各个风险阶段的风险等级，该成果在兰州地铁 1 号线盾构施工风险管理应用中取得了很好的效果。③ 在盾构施工风险分析研究的基础上，对兰州地铁的盾构施工风险控制措施进行了深入的研究。尤其是地铁盾构预埋槽道的抗碱性试验研究成果、防腐技术成果，在国内已经开始推广，取得了良好的效果，并已写入国家级技术标准。④ 本文的土压平衡刀具延长技术成果、土压平衡盾构和泥水平衡盾构的设计优化方案均在兰州地铁应用取得良好的效果，使得盾构机适应性加强，加快了掘进效率。本文的研究成果，在兰州地铁盾构隧道施工风险控制方面却得较好的效果。..........参考文献（略）