孙钧,中国长大隧道工程及其风险防范技术与管理的若干进展

孙钧，中国长大隧道工程及其风险防范技术与管理的若干进展 隧道网www.stec.net(2007-11-12)                新闻来源：隧道网 如不能正常播放，请安装RealPlayer播放软件后再试！   “隧道网”11月9日13:00上海千禧海鸥大酒店二楼天和厅报道：“第三届上海国际隧道工程研讨会”正在进行“地下工程施工与风险防范”主题报告，大会主持：杨国祥总工程师。   报告主题：中国长大隧道工程及其风险防范技术与管理的若干进展(China’sLargeandLongDistanceTunnelProjectandSomeofitsSuccessfulAdvanceinRiskPreventionTechnologyandManagement)   报告人：孙钧院士    报告人介绍   孙钧院士，岩土力学与地下建筑工程专家，同济大学资深荣誉教授。在隧道与地下结构学术领域开拓并建立了新的学科分支（1962）——地下结构工程力学。对地下结构粘弹塑性理论、岩土材料流变学和地下防护结构抗爆动力学等学科前沿进行了系统深入的研究。近20年来，在城市环境土工学和软科学理论与方法（侧重于智能科学）在岩土工程中的应用方面又有相当的创新与进取。   20世纪80年代前后起，承担并完成国家各个五年计划科技攻关、自然科学基金以及各种重大工程研究项目约60余项，发表论文340余篇，并出版专著8部。先后获国家和省部（市）级奖励共20余项。结合科学研究，培养了硕士、博士研究毕业生80余名，出站博士后24名。曾于1960年初在同济大学主持兴办了国内第一所“隧道与地下建筑工程学”专业。   Self-introductionofthePresenter   AcademicianSunJun,anexpertonrockmechanicsandundergroundconstruction,isnowaprofessorhonorarisatTongjiUniversity(1979),AcademicianofTechnicalScienceDivisionatChinaAcademyofSciences(1991).Setupanewbranch(1962),MechanicsofUndergroundStructureEngineeringinthefieldofTunnelandUndergroundStructure.Havingsystematicallystudiedin-depth,thoseleadingedgesciencesasViscos-elastic-plastictheoryforundergroundstructure,GeotechnicalMaterialRheologyandExplosionResistantDynamicsforUndergroundDefenceStructure.Fortherecent20yearsorso,quitesignificantcreativeadvancementhasbeenmadefortheoryandmethod(withemphasisonintelligentscience)geotechniques,andsoftscienceunderurbanenvironmentintheapplicationofgeotechnicalengineering.   Fromtheyears80ties,hetookinchargeofmanyscientificresearchamountingtomorethan60itemsforvariouscategoriesofentry,andissuedmorethan340 articlesofpresentationsand8monographs.   报告内容介绍   报告较全面完整地阐述了隧道与地下铁道工程建设的风险防范、整治和风险管理等各个方面的工作及其在中国的实践与若干进展，讨论了属于软科学范畴的多种主要风险因素，分别对长大越岭铁/公路交通隧道、越江和跨海隧道以及城市轨道交通与地铁在施工和运营阶段的各类风险进行了分析和评价。   OutlineofthePresentation   ThispresentationgivesafairlycomprehensivedescriptiononprogressandsomeofitsadvanceinChinaaboutriskprevention,rectificationandmanagement.Byfirst,itdiscussesvariouskeyriskyfactorsofsoftscienceinnature,thenanalysesandevaluateseverycategoryofriskarisinginconstructionandoperationstagesforhighwayandrailwaytunnelsrangingfromlongandlargecross-hill,cross-riverandcross-seaaswellascommuterrailservices.Attachedtothisarticle,therewillbemainreferentialliteratureconcerningrelevantcontentprovidingreadersforretrievalandreference.    报告内容节选隧道和地铁工程建设风险防范与管理在中国的若干进展   隧道及地铁工程建设的特点   *工程具有隐蔽性、复杂性和不确定性，施工过程中会遇到很多困难和障碍，施工工期不容易控制；   *隧道及地铁工程的建设工期延误是项目潜在的风险。影响盾构法地铁隧道工期技术风险因素与分析，目前采用的分析方法：   定性与定量分析相结合,专家打分法、事故树法；根据工程项目自身特点，建立具有针对性的工期风险评估模型，进一步提出一套完整而可行的施工工期风险评估模型及其风险防范体系，全方位指导工程建设。地铁盾构和暗埋段施工风险分析结果示意施工段风险序号        风险项目P C R定义和说明盾构段施工①盾构进出洞施工风险②盾构开挖面失稳风险1 3 23 1 2轻度风险：通过设计上的注意及施工时的日常管理可以消除③盾尾密封失效风险3 3 3中度风险：设计上必须充分考虑，施工时需要制定周详的管理计划④盾构开挖面前方有障碍物风险⑤盾构隧道结构上浮风险3 1 22 2 2轻度风险：通过设计上的注意及施工时的日常管理可以消除⑥盾构穿越防洪大堤风险⑦ 明挖深基坑失稳风险3 4 43 4 4重度风险：明确设计时的条件，施工时进行限制，同时施工时必须进行集中管理暗埋段施工⑧破坏已建高压电缆沟风险3 3 3中度风险：设计上必须充分考虑，施工时需要制定周详的管理计划    表中，P－风险发生的概率等级；C－风险造成灾害损失等级；R－风险水平等级   环境维护与评价   涉及生态环境的破坏、水土资源流失、地质环境变化，空气污染、噪声及环境振动等；环境、工程地质、声学等多个学科多层面交叉和多种因素相互作用；目前研究工作滞后于实际需要，亟待实用有效的评价方法并加以实践。   山岭隧道与越江/跨海隧道的工程风险   隧道不良地质区段，施工水患的风险管理、防治与控制；隧道陆、海域场址常见的不良水文地质条件与地质缺陷；地图地理信息系统（MapGIS）程序软件的采用；隧道施工治水/防塌风险评估与风险管理基本原则；工程水文地质评价；难以预见的施工中的水患风险；水患整治处理要点。隧道施工风险项目分析表序号风险项目PCR备注1施工中围岩渗水，开挖面涌水514风险大，需采取措施2隧道大范围塌方232 3注浆材料选择不当时，导致材料离析，丧失流动性，体积减少，强度不足，防水性和止水性的降低以及在管道内的硬化232 4隧道突发涌水事件淹没隧道153 5不良地质构造和地层含水情况导致隧道施工难度加大333 6勘测错误导致工程继续开挖困难132 7药量过多，爆破震动过大，致使围岩失稳232 8地面设备直接进行注浆时，注浆量的管理以及泵站能力出现问题222 9施工人员操作不当导致异常232 10爆破震动对周边建筑物的影响344风险大，需采取措施11隧道爆破震动将可能加速节理裂隙及岩层结合的恶化，导致渗水量增加，对围岩稳定和施工安全构成威胁344风险大，需采取措施12排水能力小于涌水量，导致隧道施工不能正常进行，导致工程失败344风险大，需采取措施   ▲在全断面帷幕灌浆、防堵高压突∕涌水的工程风险整治方面全断面帷幕灌浆技术的选用；全断面帷幕灌浆的技术要点；在注浆设计研究方面的主要工作内容。   ▲隧道围岩防塌险情预警、施工变形预测与控制方面——围岩施工失稳风险评价。基本认，隧道开挖施工时，围岩稳定性的“变形速率比值判别法”。 隧道塌方冒顶段K7+210断面“收敛－时间”变化曲线   ▲施工期对隧道衬护原设计参数的调整与修正   *BMP软件可用于隧道围岩变形、破坏特性与支护效果的快速分析及超前预报，BMP软件组成如下图4所示。复合衬砌中“二衬”设计安全与经济的优化问题。BMP软件的基本组成   ▲跨海隧道施工风险评估与风险管理   长大海峡隧道工程主要特性：项目确定的一些海峡隧道的主体尺寸及其长度决定了它是一项特别巨型的重大工程，有可能将是一个创世界水平的新记录；除了隧道主体工程之外，它还需要配置一系列极大量的辅助设施；项目所处的特殊地理位置和地质环境。   ▲项目所需的投资规模   隧道的功能和用途许多将是我国交通工程建设方面的一条沿海主干线。以上各种工程建设上的特性和问题，意味着这一挑战性工程项目的规划到设计、项目采购、项目施工以及最终的运营与维护，每一阶段都带有这些风险因素。   ▲长大海峡隧道的勘测、设计和施工技术风险   *由于地质、水文和地震等方面漏勘、误勘或因勘探工作数量不足和质量缺陷等带来的技术风险；   *由于跨海隧道选位或因其平、纵线型设计不周，对施工技术难点及其风险的影响；   *因隧道掘进机（TBM）选型、或主体结构与附配件方面有失误，带来的技术、安全与经济上的风险；   *隧洞开挖、围岩稳定、防塌，以及施工中突涌水预测与注浆、支护工程整治与处理方面的技术风险；   *隧道衬砌结构及其防排水设计与施工风险；   *结构选材与施工工艺和施工质量方面的技术风险；   *隧道陆域两岸接线施工对周边城市环境维护的影响与控制方面的技术风险；   *施工总工期与关键节点工期掌握与保证方面的风险等。   轨道交通和地铁建设的工程风险与防范    1．不良工程地质等自然条件风险   （1）液化土；（2）流砂、管涌等（泥水盾构施工）；（3）软粘土的触变和流变；（4）承压水地层；（5）地下障碍物。   2．施工对周边环境破坏引起的风险   3．基坑工程风险   4．盾构工程施工风险   （1）盾构进出洞施工；（2）施工阶段隧道上浮；（3）盾构穿越水系；（4）更换盾尾刷施工；（5）盾构对接施工；（6）连接通道施工。（图上右侧数字，代表对该分项风险出现可能性大小的评价） 采用故障树法对盾构掘进引起地面沉降过大的风险识别示例表   5．高架工程施工风险   6．轨道工程施工风险   7．装修施工风险   8．机电安装施工风险   轨道交通和地铁建设风险管理研究的进展   1.国内风险管理存在的问题   对风险管理定义与概念的认识存在误区   *“风险”与“危险”定义混淆；   *“风险分析”与“可靠度”概念及研究目标混淆。   对风险决策与风险处理的认识存在误区   *风险决策标准的认可和使用存在片面性和盲目性；   *风险处理对策及方式缺乏理性和科学性。隧道工程安全风险管理中有关各方的作用参与方                        作用说明业主方负责取得建造和设计权；筹措工程资金；制定工程健康和安全整体策略设计方最大限度考虑对工程健康和安全的影响；确定隧道直径、线位、工作井直径和位置等；制定最低防火要求标准及空气监测、通讯和通风；鼓励承包商早期加入协调方指导框架要求；确保健康和安全计划的制定；确保在合同中规定健康和安全相关信息；确保预防为主原则的实施；检查各方的合作承包方员工受健康和安全风险管理影响评估；采取风险评估和控制措施；员工培训TBM制造商设备完善；机械和电器安全风险；符合设备指导；通过协调完善执行；自我担保劳工组织 培训和教育；工人咨询；工会在健康和安全风险管理中扮重要角色专业组织提供工程指导；提供发展机会；提供培训和知识共享规则和标准制定者执行相关标准保险公司主动参与；制定工程风险管理实施规范；社会保险系统