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隧道及地下工程的風險評估與控制 引言 隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，為緩解城市的交通壓力和解決城市用地問題，提高城市效率，城市地鐵與地下工程建設得到了快速的發(fā)展。目前開工建設的就有：北京地鐵4、5、10號線和機場線、奧運支線，還有上海、深圳、南京、天津等地的地鐵工程，杭州、蘇州、哈爾濱、沈陽等地的地鐵也進入方案論證階段 。此外，即將動工的廈門海底隧道、武漢過江隧道等一批長、大型鐵路和公路隧道也在加緊建設和論證中。 目前我國地鐵與地下工程涉及的項目之多、投資量之大，在世界工程建設史上是從來沒有的。由于受地鐵與地下工程建設特點和水文地質(zhì)等多方面的不確定性因素的影響，使得地鐵與地下工程的建設不可避免的存在許多工程建設風險。以下是一些工程事故的實例。 ―――新加坡地鐵Nicholl Highway站(2004年4月) ―――2003年南京坍陷事故 ―――法國雷恩地鐵事故 ―――2003年M4事故 ―――2004年廣州地鐵事故 ―――臺灣高雄捷運事故 ―――北京地鐵10號線京廣橋附近路面坍塌（暗挖隧道） ―――北京地鐵10號線與奧運支線熊貓環(huán)島站基坑坍塌 ―――北京地鐵5號線北四環(huán)路面拱起 目前在我國地鐵與地下工程的建設過程中，風險評估和風險管理水平較低；多數(shù)情況下，風險評估也僅限于在可研報告中的定性分析、少量的定量分析和經(jīng)濟性分析；做得較多的是在施工過程中，通過專家會的方式對工程的重點、難點，采用工程類比的方法，結(jié)合以往的工程建設經(jīng)驗來進行風險分析和管理風險，也沒有定量化的風險評估。從而使得我們對風險的評估和管理水平與目前工程建設的發(fā)展速度很不協(xié)調(diào)，與施工技術水平和技術能力很不協(xié)調(diào)。 一、地鐵與地下工程建設風險評估和風險管理工作的必要性、迫切性 國務院辦公廳[2003]81號文《關于加強城市快速軌道交通建設管理的通知》中指出：要高度重視城市軌道交通建設、運營的安全問題，牢固樹立“安全第一，預防為主”的思想，把確保軌道交通建設和運營安全作為頭等大事切實抓好。 地鐵與地下工程項目是由幾十個不同專業(yè)組合而成的大系統(tǒng)工程，具有投資大、技術復雜，工期緊張，建筑安裝量大，項目涉及面廣等特點。因此，在規(guī)劃、設計和施工、運營四個環(huán)節(jié)上，必須嚴格執(zhí)行國家頒布的強制性標準，確保安全設施同步規(guī)劃、設計和建設。 在項目的立項、可研、設計、施工到運營的各個階段都應認真進行工程安全、周邊環(huán)境和地質(zhì)災害的風險評估，防止各種災害的發(fā)生和避免不必要的經(jīng)濟損失。每個城市都要設置保證安全資金的投入，建立處理突發(fā)事件的應急機制，提高對地鐵與地下工程風險管理意識和管理水平。 在以往的地鐵和地下工程建設工程中，建設、設計、施工等單位對工程安全都給予了足夠的重視，但是運用傳統(tǒng)的經(jīng)驗管理方法，已不能適應當前狀況對事故發(fā)生的預測和防控能力的需要。因此，建立和完善一個科學、全面的風險評估機制，建立和健全風險評估體系，以便及時地掌握反映建設過程的安全情況，同時建立具有分析、預測、防災能力的專家委員會和風險管理系統(tǒng)平臺，已經(jīng)迫在眉睫。 二、與工程風險有關的幾個問題 1、工程風險的定義和風險評估的意義 工程風險可定義為：由于在工程的建設和使用過程中存在著自然災害因素、不確定性因素、偶然因素或人為因素等方面不利影響因素發(fā)生的可能性，而由這種可能性所造成的安全性喪失和經(jīng)濟性損失的可能性就稱為工程風險。 而風險評估的意義就是對安全性喪失和經(jīng)濟性損失發(fā)生的可能性的評估，也是確定風險、確定風險造成的威脅、平衡風險造成的損失和防護措施帶來的耗費與好處的過程；其有助于將安全耗費和所帶來的好處綜合考慮。在確定風險時應主要考慮以下3種主要的風險類型：功能風險、財產(chǎn)風險、安全風險。 2、提高對風險評估和風險管理的認識問題 建立城市地鐵與地下工程風險評估評價體系的目的，在于事先給出分析對象的風險預報，它涉及的內(nèi)容包括： (1)預報工程問題中可能出現(xiàn)的風險； (2)分析導致風險出現(xiàn)的各種潛在因素； (3)討論某種改變對工程的經(jīng)濟性、安全性的影響； (4)判斷分析對象是否滿足要求的風險準則； （5）對工程風險的監(jiān)控監(jiān)測和管理等。 風險評估不僅僅可以全面地反映工程的安全性，還可以幫助改進和優(yōu)化工程方案的決策、設計、施工及運營，以降低不希望發(fā)生事件發(fā)生的可能性；從而使業(yè)主、設計單位、承包商和運營企業(yè)，以最佳的控制能力提高工程的安全性和經(jīng)濟性。在現(xiàn)實的工程中應用風險分析和評估會帶來巨大的安全效益和經(jīng)濟效益。因此，對擬建和在建的城市地鐵和地下工程建設項目進行風險評估，也是勢在必行和急需解決的重要課題。 3、政府主管部門加大管理力度，避免片面追求安全性或片面強調(diào)經(jīng)濟性的問題； 4、風險評估和風險管理要貫徹到從工程項目的立項、可研、設計、施工到工程運營的全過程中。 5、風險評估和管理的一般程序 三、工程風險評估與管理工作的目標 由于工程風險不是獨立存在的，因此必須建立科學合理的工程風險評估和防范體制，建立和健全工程風險評估和風險管理的咨詢機構(gòu)；用全面、系統(tǒng)、科學的風險評估和風險管理實施手段，以達到能在第一時間了解、掌握工程建設過程中不同階段的第一手資料，提高工程風險的預測和防控能力，避免重大事故的發(fā)生，使工程風險降到最低。為此，我們應開展以下工作： 1、在全面調(diào)查分析有關地鐵與地下工程建設風險經(jīng)驗和風險理論及其它相關資料的前提下，提出地鐵與地下工程的安全風險管理實施辦法，明確重點、難點及需采取的特殊措施。 2、加快風險評估和風險管理體制的建立，加快風險評估、管理和咨詢機構(gòu)的建設。 3、逐步完善并確定各種風險評估評價的原則、指標體系和控制標準，并制定相應的風險預警和報警值。 4、建立信息中心，及時收集、傳輸、分析監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時向指揮工程建設的各級組織機構(gòu)提供直觀、全面、形象、動態(tài)的反映工程現(xiàn)況和安全風險管理的有關數(shù)據(jù)。在施工過程中，執(zhí)行每日有分析和定期報告制度。監(jiān)測報告包括：施工進度情況；土體和巖體的穩(wěn)定性；結(jié)構(gòu)物和支撐系統(tǒng)的穩(wěn)定性；臨近結(jié)構(gòu)沉降及傾斜分析；土、水壓力及地下水位分布，地表及地中沉陷等變化情況；安全風險評估意見；設計修改和施工方法及步驟調(diào)整等內(nèi)容。 四、工程風險評估與風險管理內(nèi)容 工程風險評估與管理包括：工程風險評估與管理系統(tǒng)的建立、標準與規(guī)范的制定、風險評估與審查、風險咨詢服務、檢測系統(tǒng)的審核與建立等。為了有效地開展工作，應明確政府管理部門、建設管理機構(gòu)和工程風險管理咨詢公司的職責范圍，并賦予相應的權(quán)利和職責。 針對地鐵及地下工程建設中自身結(jié)構(gòu)及周邊環(huán)境的安全性和經(jīng)濟性問題，從立項、可研、設計到施工和運營進行系統(tǒng)的風險評估、安全監(jiān)測和風險咨詢，包括對工程建設風險的分析、評估、審核以及建議等。 1、立項可研階段的風險評估和風險管理 主要風險的影響因素及來源包括：路網(wǎng)規(guī)劃、線路方案、其他專業(yè)工程方案、環(huán)境調(diào)查和評估、客流預測、工程規(guī)模、工期測算、投資估算、融資方案、經(jīng)濟效益分析、設計咨詢單位的設計能力和技術水平及服務意識、個人經(jīng)驗和能力的局限、業(yè)主的決策能力和水平、政府和社會的參與程度、工程所在地的社會 經(jīng)濟狀況和經(jīng)濟能力、國家的宏觀經(jīng)濟政策、不可預見因素等等。因此，立項決策風險的評估評價是定性與定量相結(jié)合的工程綜合風險的評估評價，所以綜合風險系數(shù)來衡量整個工程各種安全風險發(fā)生的可能性和產(chǎn)生風險后可能造成的經(jīng)濟損失大小，是比較科學合理的。其風險管理重點是由政府主管部門和工程建設單位對工程建設風險的跟蹤管理和特殊風險的重點管理。 2、設計階段的風險評估與風險管理 （1）制定設計方案的風險審查內(nèi)容和程序； （2）審核與評估地質(zhì)、水文勘察資料；地下 管線資料；相鄰建筑物的資料和可信程度； （3）審查和評估與地鐵和地下結(jié)構(gòu)工程風險 相關的設計內(nèi)容和設計方法。 （4）審核與評估地鐵及地下結(jié)構(gòu)工程的施工 方法、輔助工法、施工規(guī)范和特殊條款的 風險性。 （5）審核有關施工安全措施和方法的設計。 （6）審查施工單位監(jiān)測系統(tǒng)配置的設計原 則，建立并完善全線工程監(jiān)測網(wǎng)。建立 并完善資料數(shù)據(jù)庫和風險管理信息系 統(tǒng)，建立信息中心。 （7）建立工程風險審查會議制度。 （8）給出設計階段的風險評估和風險管理 報告。 3、施工階段的風險評估與風險管理 施工風險的影響因素及來源主要包括：線路方案、其他專業(yè)工程方案、環(huán)境調(diào)查、工期測算、投資估算、設計咨詢單位的技術水平和設計能力及服務意識、業(yè)主的決策能力和水平、政府和社會的參與程度、工程所在地的社會環(huán)境狀況、國家的經(jīng)濟政策、施工組織方案、輔助工程結(jié)構(gòu)方案、設備系統(tǒng)方案、施工中的不可預見因素、自然災害、施工中的超前預報等 。 施工階段的風險評估與風險管理是由與工程建設有關的各部門協(xié)同風險評估機構(gòu)，共同進行的評估和管理工作；主要內(nèi)容包括： （1）對施工方案及施工組織、安全措施等進 行實地審查和評估。 （2）分析和評估工程施工過程中可能發(fā)生的 工程風險。 （3）確定工程風險現(xiàn)場監(jiān)測的對象、項目內(nèi) 容、范圍以及監(jiān)測頻率，并實施監(jiān)測。 （4）監(jiān)督、檢驗及分析風險點的監(jiān)測數(shù)據(jù)， 出現(xiàn)差異時分析、上報并協(xié)調(diào)處理。 （5）審查施工降水、地層注漿、臨時工程設 計和重要管線及建筑物的保護方案。 （6）關鍵技術措施可行性和有效性的審定和 風險評估，并對相應的安全風險作出評 價。 （7）綜合分析監(jiān)測數(shù)據(jù)和地質(zhì)狀況，對施工 影響區(qū)內(nèi)的環(huán)境安全狀態(tài)作出及時、可 靠的評估，及時進行預警和報警并提出 建議和處置措施。 （8）提高施工管理人員的安全風險管理技術 水平。 （9）結(jié)合工點情況及有關科研情況，開展必 要的專題研究與試驗。 （10）施工階段風險管理平臺的建立 為了提高安全風險管理的工作效率，對工程建設的眾多項目建立系統(tǒng)化和信息化管理平臺。包括水文地質(zhì)資料管理系統(tǒng)；監(jiān)測資料管理系統(tǒng)及預警系統(tǒng)；施工資料管理系統(tǒng)；分析資料管理系統(tǒng)；圖文管理系統(tǒng)；文件管理系統(tǒng)等。 通過信息管理平臺，政府和建設管理部門可通過信息中心及時、形象、自由地獲得各項工程周圍環(huán)境的狀況、安全風險所在以及程度、采用的技術措施及其有效性。該管理系統(tǒng)分為不同的子系統(tǒng)，分別對不同的指標進行控制。 4、工程運營階段的風險評估和風險管理 運營風險的影響因素及來源主要包括：線路運營方案、運營企業(yè)的體制、組織機構(gòu)設置、運營管理水平、運營企業(yè)的服務水平、應急措施、財務管理、資源的開發(fā)、各個專業(yè)方案的協(xié)調(diào)和配合、客流預測、經(jīng)濟效益分析、業(yè)主的決策能力和管理水平、政府和社會的參與程度、工程所在地的社會經(jīng)濟狀況和經(jīng)濟能力、國家的宏觀經(jīng)濟政策等。 運營階段的風險評估與風險管理是由與工程運營主管單位和有關的各部門協(xié)同風險評估機構(gòu)，共同進行的評估和管理工作；主要內(nèi)容包括： （1）對運營方案及運營組織、安全措施進行審查和評估。 （2）分析和評估工程運營過程中可能發(fā)生的工程風險。 （3）確定工程可能出現(xiàn)的風險部位，確定監(jiān)測的對象、項目內(nèi)容、范圍以及監(jiān)測頻率，并實施監(jiān)測。 （4）綜合分析監(jiān)測數(shù)據(jù)和運營狀況，對運營影響區(qū)內(nèi)的環(huán)境安全狀態(tài)作出及時、可靠的評估，及時進行預警和報警并提出建議處置措施。 （5）提高運營企業(yè)管理人員的安全風險管理技術水平。 風險管理工作流程圖 五、 工程信息中心的建立 信息中心是建立在風險分析、風險評估、風險咨詢和風險管理基礎上的工作平臺，是對外信息交換以及溝通的窗口。信息中心最重要的任務是接受、分析并評估獨立監(jiān)測所得的監(jiān)測資料，若有異?，F(xiàn)象，則可經(jīng)網(wǎng)際網(wǎng)路發(fā)布視訊給予工程有關的各個單位。情況嚴重或情況緊急時，尚可發(fā)警訊給安全管理單位，如交通局、公安局等以采取緊急應變措施。 信息中心將有完善的視訊設備，在意外事件發(fā)生后，可以隨時展示現(xiàn)場閉路電視所攝錄的現(xiàn)場影像，也可以展示與意外事件相關的資料，如土層剖面、檢測資料、管線資料、工程建設或運營情況、交通狀況等，方便各單位共同研究和判定工程情況的嚴重性，以及應急措施的可行性。所有相關單位都設置視訊會議設施，可以隨時舉行多方視訊會議以爭取時效。 信息平臺系統(tǒng)圖 六、風險控制指標和控制標準的制定 風險評估和風險管理很重要的一項內(nèi)容就是：制定科學合理的風險控制指標和控制標準。這是因為：如果控制指標定得過多，往往造成難以進行風險評價的后果，而控制指標太少，又不能全面地把握風險。另一方面，如果控制標準定得過高，對風險的把握程度就高，但就地鐵和地下工程而言，投資必然增加，這樣就不利于節(jié)約工程的投資， 反過來，如果控制標準定得較低，雖然節(jié)約了成本，但不利于控制風險，一旦風險發(fā)生，投資成本反而加大很多。在地鐵和地下工程的建設過程中，有許多的控制指標和控制標準。因此，如何根據(jù)我國的實際情況確定這些風險控制指標和控制標準，也是我們當前急需解決的問題。 地表沉降是地鐵和地下工程建設的一個很重要的控制指標。從目前已建工程的調(diào)查統(tǒng)計和分析研究情況來看，對于淺埋暗挖法車站，以前所定的30mm的地表沉降控制標準定的有些偏高，不大利于工程的建設和控制工程的投資。以下是對淺埋暗挖法車站地表沉降的一些統(tǒng)計分析。 國內(nèi)外地鐵工程施工量測數(shù)據(jù)管理標準對照表 從目前對地鐵暗挖施工的調(diào)查資料的統(tǒng)計情況來看，存在如下統(tǒng)計規(guī)律： 1）大多數(shù)沉降值的變動范圍在40～120mm；地表沉降值小于40mm和大于120mm的發(fā)生的頻率均不超過10%；98%以上的地表沉降值均超過了30mm的控制標準。但就目前的施工建設情況來看，在所有地表沉降均超過標準控制值的情況下，無論是對工程結(jié)構(gòu)自身，還是對周邊環(huán)境的安全性都沒有造成很大的影響；所以現(xiàn)行30mm的控制標準已經(jīng)沒有了實際意義。 2）由于車站的開挖面積遠大于區(qū)間，對土體的擾動較大或由于群洞效應等的作用，故車站的地表沉降要遠大于區(qū)間的地表沉降，車站的地表沉降要比區(qū)間的地表沉降大得多；車站的地表沉降值約為區(qū)間的1.5～3倍。 3）由于地表沉降是受多種因素影響產(chǎn)生的，而且，這些因素多是隨著工程建設地的不同在發(fā)生變化，且地表沉降的發(fā)生又是相對獨立的，故以地表沉降值作為隨機變量進行統(tǒng)計規(guī)律的分析是可行的；并且其概率分布與正態(tài)分布吻合較好。 4）樣本均值為：79.76mm；樣本方差為：33.34mm（注：在顯著性水平α=0.005下，①所調(diào)查的樣本空間遠大于要求的樣本空間，滿足進行統(tǒng)計規(guī)律分析的需要，②做樣本均值和方差的假設檢驗也均滿足要求） 5）根據(jù)現(xiàn)有的調(diào)查統(tǒng)計資料分析可以簡單的認為：以統(tǒng)計均值（樣本均值）加一定的安全系數(shù)（K=1.5），得到的計算值為55mm作為地表沉降的控制值；可以說是在目前的各種工程條件下，較為經(jīng)濟合理的控制指標；并不會對地鐵車站的施工和周邊環(huán)境產(chǎn)生較大的影響。