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[分享]地铁隧道施工过程中施工风险与控制
摘要：为降低地铁隧道施工过程中的风险，提出了地铁隧道施工过程中风险分析的框架，包格风险识别、分析和评估、风险应对以及风险防范措施等，采用风险矩阵评价准则对风险进行评价，避免了由于风险所发生的概率和风险造成的损失相乘所产生的释怀效应。以南京地铁二号线为例，具体分析了地铁隧道施工过程的风险因素，从成本和工期的角度对每一标段的风险进行了量化，根据量化的结果结合风险评价准则，提出了相应的风险应对措施。为以后的地铁隧道施工过程中的风险分析提供有益的借鉴和参考。
1引言
随着经济全球化的发展和城市化进程的加快，地铁隧道工程越来越成为城市公共交通发展的主要方向。但地铁隧道工程是一项投资大、建设周期长、技术复杂的大型土木工程。与其他工程相比，地铁隧道工程具有隐蔽性、地质环境的不确定性、施工技术复杂性等特点，这势必造成工程在施工期内的风险数量多、种类复杂，甚至出现事故后造成较大的经济损失。根据慕尼黑再保险公司的统计资料显示，1994年以来世界主要地铁隧道在施工过程中塌方事故造成的经济损失达上亿美元。
通过一系列工程事故及其损失可以看出，地铁事故的频繁发生加大了施工中的风险，这些风险不仅造成了工程成本增加、工期延期，而且不能满足安全施工的要求，对社会造成很大的危害。如果不能有效地控制地铁隧道工程施工期的风险，工程建设中一旦出现人员伤亡和财产损失事故，其社会负面影响很大。
本文提出了地铁隧道施工过程中风险分析的内涵，并以南京地铁二号线为例说明风险管理在实践中的应用。实践表明，开展风险评估，有利于决策科学化，有利于减少工程事故的发生，有利于提高业主、设计单位、施工单位的风险分析意识和风险分析能力，从而达到控制风险，减少损失的目的。
2地铁隧道工程施工期风险分析
近年来，国内外对地铁隧道工程风险分析的研究越来越受到关注。自2O世纪 7O年代风险分析的研究取得了一定的成果，其代表人物是美国的H．H．Ein— stein，他提出了风险分析的理念和特点。M．H．FaberE阐述了风险分析常用的方法以及在土木工程中的应用；A．J．M．Snel[5等提出了提出了“IPB”风险管理模式，将风险分析技术应用于斯德哥尔摩环形公路隧道。2O世纪 9O年代初，丁士昭[6对上海地铁1号线对风险和保险的模式进行了研究，首次将风险评估应用于国内地铁隧道；2002年以同济大学为主进行的崇明越江通道工程风险分析研究课题，成为国内第一个对大型软土地区盾构隧道工程进行风险评估的项目L7；对软土盾构隧道的技术风险分析进行了比较系统和完善的研究，提出了“信心指数法 ”，并将其 引入到风险评估中。
纵观国内外风险分析的研究，可以看出风险分析已成为地下工程施工管理中不可缺少的一部分，但由于我国对地铁隧道施工风险分析的研究尚处起步阶段，大多数研究主要是针对风险评估方法的应用，而且比较复杂。本文针对地铁隧道施工的特点，分析了风险分析的全过程，并提出了一种简单实用的风险分析的方法。
1地铁隧道工程风险的含义
根据地铁隧道施工过程的特点通常采用风险的定义为：
R=f(P，C)
式中：R为地铁隧道施工过程中的风险；P 为施工风险因素发生的概率；C 为风险因素发生后造成的损失。
风险因素是一个可以导致事故或失败的偶然性事件。每个风险都有两个方面，一是风险因素发生的概率，二是该风险因素发生后所造成的损失。而风险最基本的性质就是风险的不确定性和潜在的损失性。
2风险分析的流程
风险分析是一个动态过程，贯穿于施工的全过程。它包含风险识别、风险评估等不断循环的过程。针对隧道工程施工过程中工程可能出现的事故特点，对地铁隧道工程进行风险分析和评估，提出有效的风险应对方法。其风险分析的流程如图1所示 。
(1)施工期风险识别
通过风险识别可以找出地铁隧道施工过程中潜在的风险。但由于地铁隧道风险分析相关的原始资料比较缺乏，所以在风险识别时大多采用专家调查法。每个专家对风险的认识角度不同往往导致风险的划分也不同，因此风险识别之前先对地铁隧道的风险进行分类，即采用先分类后识别，使得专家对项目的风险有一个整体的认识，提高识别的准确性，减少风险的遗漏。
按照目前地铁隧道常用的施工方法将其风险划分为基坑施工安全风险、盾构施工安全风险、矿山法隧道施工安全风险和管线施工安全风险等四类。根据以上的分类方法，业主与施工单位、设计单位以及勘察单位等有资历的人员组成专家组，通过勘察和监测，以及相关工程的经验，得出施工过程中存在的潜在风险，对全线风险进行汇总，制定风险汇总表。
(2)风险分析
风险分析的过程也就是对已识别的风险因素进行量化处理，建立适合的铁隧道项目的风险评价方法。风险评价的方法很多，而且大多学者采用两者相乘的模式进行量化，对一N风N险大N小N～¨进行排序，这样最大的缺点在于两者之间的相 乘而产 生 的稀释效应或者加倍效应。例如，0．001×(1．2×10‘)，使得对风险评价存在很大的盲点，不能真实地反映风险的大小。因此在本文中将采用一种较为简单实用的风险分析评价方法。
(3)风险评价准则
风险评价准则表示在规定地时间内或项目某个阶段内可接受或管理的风险等级水平分级，它直接决定了工程中各种风险需采取的管理控制措施。目前国际上通常采用 ALARP原则，但我国还没有制：定适合我国国情的统一的风险评价准则，本文采用的风险矩阵评价准则，如表1所示。其中，CS(con～sequencescore)损失性分值；PS(probabilityscore)概率值；N表示风险可忽略，不需要采取防范措施；A表示风险可以接受，需引起重视；H 表示风险很高，采取一定的控制措施；S表示风险很严重或绝对不可接受。
(4)风险控制与监测通过风险分析的结果，应采取相应的风险控制措施，对已有的风险进行控制，避免造成成本和工期上的不必要的损失，将风险降为最低.在采取了风险控制后依然存在的风险称之为残余风险。残余风险有可能转化为新的风险，因此在项目的整个施工过程中应加强监测，监视残余风险的转化或新风险的产生。既可以降低风险事故的发生又可以保证工程顺利完工，达到双赢的目的。
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实例分析
1工程概况
南京地铁二号线是一条连接南京主城中心和城市副中心的东西向骨干线，西起汪家村，由西向东经雨润路、水西门大街、汉中门大街、中山东路等处至马群，长25．311km，共设 l9个站 ，将和南京地铁号线共同构成“十字 ”交叉 的快速地下交通网络。根据地质勘察资料，南京地铁二号线施工地质条件比较复杂，施工过程中需穿越粉土、淤泥质粉质粘土、粉砂、粉质粘土、粉土夹粉质粘土等地层，并通过遗址文物及其重要建筑。施工难度加大，地下工程施工存在很大的风险，因此对南京地铁二号线进行风险分析势在必行。
2风险识别
风险识别是进行风险分析的首要工作。本文采用专家调查法进行识别。由专家和施工单位、设计单位以及勘察单位等有经验的技术人员组成风险辨识小组，根据勘察资料和设计数据等相关材料，结合开挖方式的特点，寻找每一标段施工过程中各种可能潜在的风险，并由业主对所寻找的潜在的风险进行归纳整理，确定施工过程中最不利的风险。本文仅从地铁隧道施工安全角度，研究施工过程对周围建筑物、交通、地下构筑物和地下管网等几个方面的影响。
以所街站～集庆门大街站区间隧道 (简称所～集区间)为例，该区间所采用的施工方法为盾构施工。通过专家调查法，对该区间所有风险进行归纳、合并，建立风险因素的汇总表，如表2所示。
3风险评估
目前在进行风险因素量化时多采用定性和定量研究相结合的方法 [5~xo]。由于地铁 区间隧道领域还没有很多具有代表性的事例可以利用数理统计的方法来评价一个风险因素发生的概率，本文采用基于隧道洞内长度为评价体系，如表 3所示。
表3 风险因素的概率评分值Tab．3 Probability score of risk elements风险因素影响指数的评分是从每一个风险因素对该项目最有影响的以下 4个方面进行评价：
(1)安全性 S(safety)
(2)公众 P(public)
(3)隧道掘进 D(tunneldrive)
(4)自然环境 E(environment)
影响指数的评定采用风险因素发生所造成对工期和成本的影响为依据。即用时间指数TI(timein—dex)和成本指数 CI(costindex)成本指数进行衡量。影响指数的评分采用表 4所 给出的六级分类系统。
根据最大值原则，影响指数 II(impactindex)的大小取TI和C1两者中分值最大的。风险因素发生所造成的损失值 Cs(consequencescore)为影响指数值的总和。依据表1评价隧道施工过程中的风险等级RI (riskleve1)。风险因素的评价系统，如表 5所示。
根据以上的评估方法，对南京地铁二号线所～集区间的施工风险进行风险评估得出该区间施工安全风险的评估结果，如表 6所示：
由以上分析可以看出所～集区间施工过程中，洞口密封失效、冻结孔涌砂、冻结壁变形过大等风险因素，其评判级别为 S，即风险很严重，需采取措施减缓风险，避免不必要的损失。
4风险应对
通过对风险的识别、评估，可以掌握施工过程中潜在的风险以及所能造成的损失。地铁隧道施工过程的风险应对是指对已掌握的风险制定风险预控措施方案，在风险潜在的地段提高作业人员的警惕性，尽可能将风险回避、减少，降低所带来的损失，使得在限定的工期内完成任务。根据风险评估的结果，对所～集区间风险较大的因素采取相应的措施：
(1)为了防止冻结孔密封失效，采用专用的孔口密封装置。孔口管用 140mm×6mm 无缝钢管加工，孔口管头部车 250mm长的鱼鳞扣，安装时在鱼鳞扣外缠绕麻丝并涂抹锚固密封胶。
(2)钻进过程中要控制水土的流失，使用冻结管作为钻杆，钻孔完成后不将钻杆抽出，避免水土涌出。经常检查孔口密封装置，及时紧固螺丝，防止水土从孔口密封装置的缝隙中流出。
(3)开挖施工开始后，采取加强冻结的措施，保证盐水温度不升高，提高冻结壁的强度，同时加强对冻结壁和支撑结构变形的监测，当冻结壁和支撑结构变形过大时，采取缩小支撑间距的办法，减小冻结壁结构的变形。
5风险监控
随着施工的进展，风险不断变化，通过监测，对已识别的风险进行跟踪，尤其是对残余风险加强监测，并识别新的风险。根据以上的分析，所～集区间施工过程中，需监测的内容：
(1)所～集区间周围建筑物较多，为防止建筑物出现沉降、裂缝等现象，在建筑物的周围外墙角，门窗边角，立柱等突出部位布设沉降观测点，每栋建筑物周围布设 5个 点。
(2)从结果中可以看出冻结过程风险最大，故冻结过程中应加强监测，在薄弱环节处设置测温孔，掌握整个冻结过程中薄弱环节冻结帷幕发展情况。
(3)所～集区间地下水比较丰富，土质较为粘稠，容易出现地面沉降。与隧道轴线平行的地面设置地面沉降监测网，每 51TI布设一点，每 100ITl布设一组长 24m 的断面，每组均为9点 。
4结语
实践表明，将风险分析应用到地铁隧道施工过程中，可以有效的减缓风险，降低风险所带来的损失。但由于我国对地铁隧道施工过程中的风险分析研究尚处于起步阶段，还存在许多不足：
(1)风险分析只是风险管理的一部分，应建立一套完整的风险管理体系，目前的研究大多仅限于风险分析的研究和应用，对风险管理的研究相对较少尤其是在实际工程中应用。
(2)由于地铁隧道工程的不可预见性、施工方法的多样性以及相关数据的缺乏，使得风险量化在很大程度上受到人为的影响。如何寻求合理的量化方法，成为目前风险分析研究中迫切需要解决的问题。
(3)目前风险监测多利用人工采集数据，存在很大缺陷。随着现代化技术的发展，需要建立实时监控系统以更方便、更有效地实施风险管理计划。随着南京地铁二号线风险分析的研究，该系统已在建中，并初步取得了一定的成效，使得地铁隧道施工过程中的风险分析研究得以不断完善。
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