上海长江隧道工程风险评估研究.pdf

第5卷
第1期

地下空间与工程学报Vol.5

2009年2月

ChineseJournalofUndergroundSpaceandEngineeringFeb.2009
*上海长江隧道工程风险评估研究黄宏伟,彭
铭,胡群芳(同济大学地下建筑与工程系,上海
200092)摘
要:论文利用研制的软件(TRM1.0),针对目前世界第一大直径的上海长江盾构隧道工程开展风险评估研究,采用专家调查法和CIM模型,将工程风险指标作为评价标准,对长兴岛工作井施工、盾构进出洞、盾构推进三个单位工程施工可能产生的风险事故进行了定量计算与评估,研究取得的结论可为长江盾构隧道工程施工提供较好的技术指导和参考。关键词:盾构隧道;风险评估;风险管理;上海长江隧道中图分类号:U455.4

文献标识码:A

文章编号:1673-0836(2009)01-0182-06RiskAssessmentonShanghaiYangtzeRiverTunnelHUANGHong-Wei,PENGMing,HUQun-fang(DepartmentofGeotechnicalEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)Abstract:Theriskmanagementsoftware(TRM1.0)forshieldtunnelisusedasthecalculatingtool,andtheexpertinvestigationmethodandCIMmodelareusedasthemainmethods,andRiskIndexisusedasakeyparametertoassesstherisksofconstructionofShanghaiYangtzeRivershieldtunnelwiththebiggestdiameterintheworld..TherewillbeaquantitativecalculationandassessmentoftherisksofthreeunitprojectsinShanghaiYangtzeRivertunnelproject,namelyexcavationofChangxingislandpit,shieldmachine
sintoandoutofthepit,andshieldmachinetunneling.Theresultoftheriskassessmentmaybeagoodguidanceandref-erenceforShanghaiYangtzeRivershieldtunnel.Keywords:shieldtunnel;riskassessment;riskmanagement;ShanghaiYangtzeRivertunnel拟技术的评估软件开发有一定的历史,比较有代表1
引言性的是@risk和Crystalball,此类软件在数据统随着风险管理理论研究的日趋规范,风险管理计量比较大的领域(如金融、软件开发等)有广泛应软件开发领域有了一定进展。风险管理软件开发用,但是对于统计信息非常贫乏,样本数量相对稀的核心是风险评估理论的研究,即风险定量计算模少的工程领域尤其是盾构隧道施工领域,此类软件[1]型的建立。按照Berroggi等人的总结,风险定量的功能受到限制,具有很大局限性。模糊数学理论分析有三类基础:概率论、多属性偏好理论和模糊在项目风险管理中的运用尚处于初级阶段,网络技逻辑。目前,风险评估软件可分为四大类:基于术和Monte-Carlo方法一样,需要一些风险基础Monte-Carlo数值模拟技术的评估软件、基于模数据,这在现阶段尚不具备。糊数学的风险评估软件、与网络技术相结合的风险因此,本文着重介绍相对适合盾构隧道工程风评估软件、采用概率统计手段综合经验的风险评估险管理的,采用概率统计手段综合专家经验的
盾[2]软件。相比上述类型,基于Monte-Carlo数值模构隧道施工风险管理软件
(TRM1.0),以及该*收稿日期:2008-09-17(修改稿)作者简介:黄宏伟(1966-),男,博士,教授,同济大学研究生院副院长,主要研究方向为隧道及地下工程的风险评估与管理,动态信息化反馈施工、以及长期沉降。E-mail:huanghw@mail.tongji-edu.cn863项目:超大特长越江盾构隧道关键技术研究,课题编号:2006AA11Z118 2009年第1期











黄宏伟,等:上海长江隧道工程风险评估研究183软件在上海长江隧道施工过程中的应用。本软件(1)工程全过程风险分析与计算;由同济大学地下建筑与工程系独自开发,并申请了(2)工程动态风险管理与控制,包括风险辨识、软件著作权登记。风险估计、风险评价和决策及风险跟踪;(3)工程风险事故的统计与分析;2
软件简要介绍(4)其他附属功能,包括数据报表生成、查询、2.1
软件基本流程和功能介绍修改、打印等。盾构隧道施工风险管理软件(TRM1.0)采用2.2
软件模块介绍的风险管理流程为:风险辨识、风险估计、风险评软件按照风险管理流程编写,包括五个主体模价、风险决策和风险跟踪,该流程是在总结J.H.块和两个附属模块。五个主体模块分别是:风险辨[3~7]M.Tah和V.Carr等人在2001提出的动态风识模块、风险估计模块、风险评价模块、风险决策模险管理理念而提出的。软件开发采用VisualBas-块和风险跟踪模块;两个附属模块为:用户管理模[8]ic6.0,后台开发了风险管理数据库为数据支持。块和报表自动生成模块,如图2所示。该数据库由风险管理备选信息库和拟建工程风险3
上海长江隧道工程施工风险评估数据库两个分库组成,前者储存通过整理以往工程案例、专家经验以及相关参考文献资料而得到的工3.1
工程概况程风险事故信息,包括工程层次划分、风险点和风上海长江隧道工程为典型的大直径、长距离、险因素以及风险事故规避措施等等;后者用于存储高水头推进隧道。路线全长约25.5km,以隧道方拟建工程参数信息、风险事故调研数据和工程风险式穿越南港水域,其中,东线隧道长度为7471.65事故相关参数(包括风险概率、损失、风险指标等)。m,江中段长度为6872.37m;西线隧道长度为7469.36m,其中江中段长度为6854.91m,隧道最大坡度为2.9%,最小平面曲率半径为4000m。隧道内径为13.7m,外径为15.0m,厚度0.65m,环宽2m,采用通用环管片(双楔形)错缝拼装,高强度混凝土C60级,抗渗等级为S12。隧道采用二台德国海瑞克公司制造的直径为
15430mm的大型泥水平衡盾构机进行施工。3.2
工程定义软件对上海长江隧道工程中的长兴岛工作井图1
隧道施工风险管理与控制软件施工、盾构进出洞和盾构推进三个单位工程进行了Fig.1
RiskManagementSoftware(TRM1.0)风险评估,并针对工程进行了工程层次划分,即拟建工程分为单位工程,每个单位工程分为多个分部工程,再下是风险事故,风险事故中包括致险因子、风险规避措施和风险事故预案,如图3所示。图3
工程层次划分Fig.3
Levelsoftheproject图2
风险管理软件系统基本模块层次关系图工程定义包括两个部分:新建工程和工程定义。Fig.2
Thehierarchymodulesoftherisk新建工程为输入拟建工程基本参数,包括参建managementsoftware各方、基坑深度、盾构直径、盾构长度、土层参数等软件主要功能包括: 184地下空间与工程学报
















第5卷数据,用于对辅助风险评估。3.3.1
风险辨识模块介绍工程定义即为建立工程所属单位工程,并输入风险辨识为根据以往工程经验结合拟建工程相关单位工程信息数据,包括概况、工法、单位工程具体情况,对工程施工过程中可能产生的风险事故为工程之下的一个层次,在备选库中包括三类型:进行识别,并且以表格的形式存储于风险管理数据进行开挖、盾构进出洞、盾构推进,在软件设计时是库中。为了帮助用户对拟建工程进行全面、快捷的以单位工程为计算单元的。在此次风险评估中建风险辨识,软件设计了风险备选信息数据库,里面立了三个单位工程,即长兴岛工作井施工、长江隧存储了大量根据以往工程资料整理得到的风险信道盾构进出洞、长江隧道盾构推进,并分别在工程息可供参考,同时设计界面读取该数据库,并提供定义中记录各单位工程的简要工况。修改和增加风险界面。风险辨识完毕可以自动生3.3
风险辨识成excel的风险调研表单,表单格式见表1。表1
风险调研表(表头)Table1
Riskinvestigationform盾构隧道施工风险发生概率经济损失人员伤亡工期损失风险事故致险因子概率等级信心指数损失等级信心指数伤亡等级信心指数损失等级信心指数3.3.2
风险辨识应用界面家,以及科研单位从事盾构隧道施工研究和风险领软件中的风险辨识为根据拟建工程具体情况,域研究的教授。总共发出调研表25份,其中工程参考数据库中的风险点和相应致险因子,进行工程管理部门7份,施工单位9份,科研单位9份。回风险识别。收调研表21份,其中工程管理部门6份,施工单位选择单位工程、分部工程,即在界面电子表格7份,科研单位8份。其中调研的内容有:专家基中自动导出数据库中的备选风险事故,然后根据工本信息、风险接受准则和风险事故信息,其中主体况进行删除、修改或添加风险,并导入数据库。完部分的风险事故信息包括3个单位工程、15个分成风险辨识后,即可进入风险调研表生成界面以单部工程、85个风险事故、212个风险的致险因子。位工程为单元自动生成初步调研表。为了能较为准确地把握各位专家的基本信息,3.3.3
上海长江隧道风险调研我们在调研表封面设计了一张专家基本信息选项[9]在风险调研操作过程中,我们的调研对象主要表,如表2所示,以确定专家权重,权重确定标准为上海长江隧道一线工作的管理部门、施工部门的如表3所示。权威专家,有过多年盾构隧道施工经验的元老级专表2
专家基本信息表Table2
Thebasicinformationoftheexperts



专家信息ABCDE职称教授或教授级高工副教授或高工中级职称初级职称其他工作部门性质管理部门设计单位施工单位高校或科研单位其他年龄区段20~3030~4040~5050~6060以上从事隧道专业时间三年以下3~5年5~8年8~10年10年以上对工程风险分析理论及从事过工程风听说过,不太了解了解一点比较了解非常了解方法的熟悉程度险研究或应用对长江隧道具体工程情亲自参与不太了解了解一点比较了解相当熟悉况了解程度工程建设 2009年第1期











黄宏伟,等:上海长江隧道工程风险评估研究185表3
专家权重评定标注(3)从风险事故到分部工程层次的风险计算。Table3
Thestandardofexperts
weight计算模型采用陈龙[9]的博士论文中提出的CIM串级别描述权重联模型,得到分部工程的风险发生概率、后果损失隧道工程领域元老级专家和风险指标值;一级具有丰富经验的施工单位项目经理1.0(4)从分部工程到单位工程层次的风险计算。高级职称以上的施工单位技术人员计算模型同(3)。中级职称的施工单位技术人员3.5
风险评价二级高级职称以上的科研人员0.93.5.1
风险评价模块介绍高级职称以上的设计人员初级职称的工程技术人员为了综合考虑各种不同类型风险损失(如经济[9]三级中级职称的科研人员0.8损失、人员伤亡和工期损失),软件采用陈龙提出中级职称的设计人员的风险指标作为风险评价指标。风险指标是表示初级职称的设计人员四级0.7损失分布曲线位置形状的无量纲的参数,其确定方初级职称的科研人员[9]法如下所示,评价标准如表4所示。设潜在损失C的分布函数为F(c),密度函数3.4
风险估计为f(c),C的取值范围[0,S],该项目最大可容忍损3.4.1
风险估计模块介绍失为T(TT士论文中提出的CIM并联模型。具体评估流程如x图4所示:
1=1+xR
R
T
2=T1
R>T

如果损失C为连续函数,则sx=-
f(c)lnF(c)dc0

如果损失C为离散性随机变量,则:sx=-
[lnP(Cj)]P(Cj)图4
风险估计流程图j=0Fig.4
Theflowofriskassessment3.5.2
风险评价应用3.4.2
风险估计应用风险评价以风险指标为参数,按照一定的标准[9]风险估计基本流程如图4所示,首先输入调研将风险划分为5个等级,软件建议采用陈龙的博数据,软件建立了数据库和excel文档关系,可以士论文中提出的指数函数分级标准,各分级节点为:直接将调研数据导入数据库中,然后进行以单位工表4
风险等级分类标准Table4
Criteriaofriskrank程为单元的风险估计计算。计算过程分为四个层风险风险指标次进行:说明水平范围(1)从调研数据到致险因子层次的风险计算。一级0.00~0.13风险很小,基本可以忽略计算模型见3.2.3所示,得到各致险因子的发生概率值、各类损失值、损失综合值和风险指标值;二级0.13~0.29风险较小,仍在可接受范围(2)从致险因子到风险事故层次的风险计算。三级0.29~0.48风险中等,须引起重视计算模型采用陈亮[10]的硕士论文中提出的CIM风险较大,需要采取一定的控制措四级0.48~0.71施方可接受并联模型,得到风险事故的发生概率、后果损失和五级0.71~1.00风险很大,不可接受风险指标值; 186地下空间与工程学报
















第5卷exp(t)-14所示,然后以单位工程为单元进行风险评价计
分=
t=0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0exp(1.0)-1算,得到各层次的风险大小等级。对应于五个级别分别是:0~0.13;0.13~3.6
风险评估成果0.29;0.29~0.48;0.48~0.71;0.71~1.00,如表表5
工程风险评价成果Table5
Theriskassessmentresultoftheproject单位工程风险指标风险等级序号分部工程风险指标风险等级1地面施工作业0.1708二级2支护结构施工0.2393二级长兴岛工作井施工0.4368三级3基坑开挖施工0.6975四级4基坑降水0.2791二级5盾构机拼装0.2691二级盾构进出洞0.3694三级6盾构进出洞0.3258三级7临时机械设施搭建和拆除0.2143二级8开挖与顶进0.5764四级9泥水输送、处理系统0.2108二级10管片工程0.1931二级11注浆系统0.3245三级盾构推进0.60020四级12道路同步施工0.2113二级13两隧道互相影响0.2623二级14联络通道施工0.4966四级15设备检修和施工用电0.3500三级表6
三级以上风险事故统计表Table6
Thestatisticofriskaccidentoverthesecondrank分部工程名称序号风险事故名称发生概率风险指标风险等级盾构进出洞1盾构出洞引起基坑塌方0.00490.3588三级临时机械设施搭建和拆除2机械搭建和拆除中人员伤亡0.04870.3143三级地面施工作业3吊机倾覆0.00170.3056三级4支撑断裂0.00170.4708三级5支撑失稳0.00490.5995四级支护结构施工6围檩被压坏、扭曲0.00170.2932三级7立柱与支撑连接处破坏0.00170.3075三级8基坑坍塌0.09500.7669五级9基坑内土体滑坡0.41780.4927四级10围护结构折断或大变形0.30280.5214四级基坑开挖施工11机械倾覆0.00490.3055三级12重物打击0.01650.3659三级13高空坠落0.01650.3978三级14机械伤害0.16500.3378三级基坑降水15挡土结构失稳及管涌、流沙0.03270.3846三级16大轴承断裂0.00490.6730四级17盾尾密封失效0.95710.6193四级18无法正常顶进0.41780.3277三级开挖和顶进19掌子面失稳,江水回灌0.00820.7398五级20盾构
磕头
0.00330.2900三级21缺氧或突遇有毒气体0.00330.3375三级22管片制作不符要求0.00490.3149三级管片工程23管片工程中人员伤亡0.00660.3266三级 2009年第1期











黄宏伟,等:上海长江隧道工程风险评估研究18724管片上浮0.04940.3428三级注浆系统25注浆管路堵塞0.30280.2953三级两隧道互相影响26后建隧道掌子面坍塌或失稳0.00330.3363三级27钻孔时涌水涌砂0.30280.3506三级28冻结管断裂导致盐水泄漏0.48690.3370三级29冻圈范围与强度不够0.07980.5423四级联络通道施工30挖掘通道时孔壁失稳坍塌,甚至江水灌入0.00490.9206五级31联络通道渗漏水0.03270.2904三级32上层土体产生较大沉降0.30280.5510四级设备检修和施工用电33触电事故0.03270.3585三级Hongwei,ZENGMing,CHENLiang,HUQun-4
结论fang.RiskManagementSoftware(TRM1.0)BasedonRiskDatabaseforShieldTunneling[J].Chinese应用盾构隧道施工风险管理软件,对长江隧道JournalofUndergroundSpaceandEngineering,长兴岛工作井施工、盾构进出洞和盾构推进三个单2006,2(1):36-41.(inChinese))位工程,进行风险辨识、风险信息调研、风险估计和[3]
J.H.M.Tah,V.Carr,R.Howes,Informationmod-风险评价,得到如下结论:ellingforcase-basedconstructionplanningofhigh-(1)85个风险事故中,没有一级风险,有52个waybridgeprojects,AdvancesinEngineeringSoft-二级风险、23个三级风险、7个四级风险、3个五级ware[J].30,1999,495–509.风险。其中3个五级风险分别是:基坑开挖时坍[4]
J.H.M.Tah,V.Carr,Towardsaframeworkfor塌、盾构推进时掌子面失稳、挖掘联络通道时孔壁projectriskknowledgemanagementintheconstruc-失稳坍塌甚至江水灌入,这三个风险的特点是发生tionsupplychain,AdvanceinEngineeringSoftware[J].32,2001,835-846.概率虽然不大,但是一旦发生,损失后果为灾难性,[5]
FionaD.Patterson,KevinNeailey.ARiskRegister如上海轨道交通4号线事故,新加坡地铁隧道工作DatabaseSystemtoaidthemanagementofproject面施工导致坍方事故,以及广州海珠城广场建筑工risk[J].InternationalJournalofProjectManage-地基坑坍方事故等等,后果非常严重。ment,2002,20:365-374.(2)15个分部工程中,二级的有9个,占60%,[6]
ChrisChapman.Projectriskanalysisandmanage-三级和四级各3个,分别占20%,其中风险等级为mentPRAMthegenericprocess[J].International四级的分部工程有:基坑开挖施工,盾构开挖与顶JournalofProjectManagement,1997,15(5):273-进施工和联络通道施工。281.(3)单位工程中,长兴岛工作井施工单位工程[7]
Guidelinesfortunnelingriskmanagement.Interna-tionaltunnelingassociationworkinggroupNo.2.的综合风险指标为0.436774065,三级风险;盾构2002.进出洞单位工程的综合风险指标为0.369368623,[8]
陈亮,盾构隧道工程施工风险管理与控制软件三级风险;盾构推进单位工程综合风险指标较大,(TRM)开发研究,同济大学硕士论文[D].2006.为.600238720,四级风险。(CHENLiang.Thedevelopmentresearchonrisk(4)在地下工程风险资料相对匮乏,同时风险managementandcontrolsysteminshieldtunneling发生机理和分布规律相对复杂的情况下,采用基于(TRM)[D].TongjiUniversity,2006.(inCh-i信心指数的专家调研法,并应用风险管理软件进行nese))大量数据计算和曲线拟合,有利于发掘隧道工程建[9]
陈龙.城市软土盾构隧道施工期风险分析与评估研究,同济大学博士论文[D].2004.(CHENLong.设领域和风险领域权威专家的宝贵经验,来对大型Riskanalysisandassessmentduringconstructionof隧道工程进行风险评估,并将评估成果应用于指导softsoilshieldtunnelinurbanarea[D].Doctordis-工程实践。sertationofTongjiUniversity,2004.(inChinese))参考文献:[10]
陈亮,黄宏伟,胡群芳.盾构隧道施工风险管理数据库系统开发[J].地下空间与工程学报,2005,1[1]
BerroggiandAebi,ModelFormulationSupportin(6):964-967.(CHENLiang,HUANGHongwei,RiskManagement[J].SafetyScience,1996,24(2):HUQunfang.Adatabaseforriskmanagementin121-142.shieldtunneling[J].ChineseJournalofUnderground[2]
黄宏伟,曾明,陈亮,胡群芳.基于风险数据库的盾SpaceandEngineering,2005,1(6):964-967.(in构隧道施工风险管理软件(TRM1.0)开发[J].地下Chinese))空间与工程学报,2006,2(1):36-41.(HUANG