水底隧道建设运营风险现状.doc

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近20年来，水下隧道得到了长足发展。和建桥相比，越江跨海隧道可以不受大雾、台风等气候变化的影响，具有稳定的运行能力和较强的抗地震能力；还可一洞多用；与大桥相比，还有少拆迁、结构维护费低、设计承载能力大、不影响航运等优点。水底隧道己引起世界各国越来越多的关注。日本于1942年建成的关门海底隧道拉开了修建水底隧道的序幕， 1994年建成的英法海峡隧道，世界知名。挪威从1982年以来，共完成24条水下隧道，共计100多公里，同时还有两条在建，多条正处在规划中。另外，丹麦、瑞典、冰岛也在建和筹划建设多条水底隧道。相比于欧美国家，中国起步较晚，但发展很快。2005年4月在修建的5.95km的翔安隧道是中国大陆的第一条水底隧道，而胶州湾海底隧道的开工标明了中国水底隧道已经迈开了步伐。已建8条水底隧道，崇明越江工程采用了“南隧北桥”方案，是目前世界上最大的桥隧工程。己建或正建的有沿江路浏阳河水下隧道、湘雅路水下湘江隧道、劳动路湘江水下隧和德雅路浏阳河水下隧道。在最近的2030年，中国正考虑建造5条跨海隧道，它们是：潮海湾隧道（到）、海湾隧道（到）、伶仃洋跨海隧道（连接、澳门、和）、琼州海峡隧道（到）、海峡隧道（到）。然而，水下隧道工程建设具有投资大、施工周期长、施工项目多、施工技术复杂、不可预见风险因素多和对社会环境影响大等特点，是一项高风险建设工程。在水底隧道给我们的交通带来便利的同时，一系列水底隧道工程事故的发生也给我们敲响了警钟。如：青函海底隧道自动工以来，有33名工人丧生，1300人伤残。隧道先后发生四次涌水，两度被海水淹没，导致工程的长期延误，相应的建设费用也比原计划翻番，仅建设费用就达到了50亿美元。挪威奥斯陆海湾开挖一条7.2km长的海底隧道时，因在海湾底部遇到一条15m宽的松散冰渍沉积带，导致涌水而被迫停工，后通过冻结法通过此段。1996年11月18日，英法海底隧道发生火灾，虽未造成人员伤亡，但隧道部结构物遭到严重破坏，隧道半年时间不能正常运营。恩林索伊(Ellingsoy)隧道：坍塌工作面上部岩石覆盖厚度约45m，水深70m，处在断层带。在断层的膨胀粘土和裂隙承压水的作用下，隧道顶部6个小时塌落了89m。由于断层岩体过于破碎，无法进行超前锚杆支护，因此先利用约700m³的混凝土把塌落区回填密实，然后在凝结后的混凝土开挖，隧道才安全通过。比约卢隧道：当隧道掘进到大约700m的地方，遭遇断层，此处海水深为72m，上部岩石覆盖层厚度大约30m。在施工中进行常规超前探孔，孔深达到810m时，探孔中出现涌砂、涌泥现象，且海水以200L/min的速度从51mm钻孔中流出。通过综合分析，最终采用物理和化学注浆加固技术，同时对渗漏海水进行疏导才得以顺利通过。通过对国外水底隧道的事故分析发现，水下隧道施工易引发突发性塌方和突水涌水，甚至引发泥石流，海底隧道事故一旦发生，所带来的后果非常严重，轻则导致工期延误、费用剧增，重则可能导致灭顶之灾。与一般的山岭隧道相比，海底隧道有其自身的特点，这就使得其在施工和运营期间风险更大。因而对水下隧道工程进行风险评估，釆取科学合理的规避措施就十分必要而且迫切。本文正是基于此展开对穿黄隧道规划阶段、设计阶段、施工阶段的建设期全过程安全风险进行研究，旨在从理论上提出一套具有实际应用价值的风险管理体系和方法，并通过实践加以印证，以期能为中国的水底隧道建设提供一定的指导。 1.2 水底隧道风险的国外研究现状风险一词源于法文，后被引入英文和中文。风险管理的思想首先是由法国人引入企业管理领域。直到20世纪4050年代，风险管理的思想在美国的保险行业广泛应用，随之风险管理作为一门学科出现了雏形。1950年Mowbray等人在Insurance一书中，较为系统地阐述了风险管理的概念。1960年，美国保险管理协会(ASIM)纽约分社和亚普沙那大学合作开设了风险管理课程。1975年ASIM改名为风险与保险管理协会(RIMS)，这标志着风险管理学科的逐步成熟。1986年，在新加坡召开风险管理国际学术研讨会，这说明风险管理己走向全球，已在全世界围开始掀起。20世纪80年代以来，风险管理的理论研究和应用的发展较快。目前，风险管理研究和应用在国外广泛掀起。在工程建设领域，工程项目的可行性研究、工程设计、工程投标经营、工程施工组织和方案选择等场合中风险管理理论的应用已比较普遍。现代数学，特别是计算机技术的飞速发展，为工程项目风险管理技术的发展提供了极大的推动，促进了风险管理理论研究的深入和应用的普与。风险管理作为一门学科也被应用到地下与隧道工程中，尤其是水下隧道，而且越来越受到重视。1.2.1 国外水下隧道工程风险研究现状水下隧道建设的风险研究始于1825年建成的世界上第一条水底隧道泰晤士河水底人行隧道，并成功应用于1983年建成的日本青函海底隧道，取得了标志性成果。青函隧道全长53.85km，海底部分长23.3km，经过七年海底考察，12年艰苦施工，最终得以通车。在建设过程中，隧道专家做了全面的风险研究，制定了合理的风险控制措施。国外隧道工程风险研究的代表人物是美国的Einstein·H·H，曾撰写多篇有价值的文献，主要贡献是指出了隧道工程风险研究的特点和应遵循的理念。B.Ni1Sen等的论文对复杂地层条件地区的海底隧道的风险进行相对深入地研究(B.Nilsen，1992)。国际隧协委员Heinz·D在其沦文中(Heinz·D，1996)对穿越海峡的隧道、穿越阿尔卑斯山的隧道如何进行风险评估进行了探讨。国际隧协在2002年10月由Soren Degn Eskes-en和Per Tengborg等撰写了“Guidelines for Tunnel-ling Risk Mangement”，为隧道工程（以岩石隧道为主） 的风险管理提供了一整套参照标准和方法。挪威因为国独特的地理环境，其在过去的30年里修建了40条海底隧道，积累了大量的经验，形成了“挪威海底隧道概念”的一整套技术，其在风险分析中指出风险主要来自两个方面：地质条件和施工表现。1994年，英吉利海峡海底隧道建成通车，将水下隧道的建设带到了一个新的高度。隧道长度50km，海底部分39km。施工过程中，采用的技术几乎全部是经过试验的成熟技术，这也大大降低了使用新技术带来的风险。丹麦在19901997年间，建成了8km长的海峡隧道，修建过程中也采用了风险管理与控制技术；国也计划修建连接日本的超长海底隧道。目前，各国纷纷修建水下隧道，其风险研究也必将得到较大发展。1.2.2 国水底隧道工程风险研究现状我国风险管理的思想引入比较晚，因而对隧道与地下工程的风险管理与控制技术研究也较晚。并且我国的隧道施工风险评价多应用于地铁盾构和山岭隧道。王梦恕对海底隧道设计、施工、运营安全风险进行了分析，重点研究了以下几个方面：顶板厚度的确定和工程对比；水压力值的确定设计理念和施工理念；衬砌结构断面优化和结构防排水方案；海底穿越不良地质段断层和溶槽的措施；浅滩不良地质段的穿越措施；隧道运营通风方式的选择；服务隧道设置的必要性和防灾性。郭陕云在关于我国海底隧道建设若干工程技术问题的思考中提出我国水底隧道采用风险管理的建议，强调要树立正确的工程建设理念，指出海底隧道工程风险主要来自于两个方面：地层、地质条件和设计、施工表现。钧在海底隧道工程设计施工若干关键技术的商榷中对影响海底隧道最小覆盖层厚度隧道最小埋置深度进行讨论，并就施工探水与治水、隧洞围岩防塌险情预报与预警一围岩稳定性评价，以与施工期对隧道衬护原设计参数的调整与修正等问题作分析与探讨。益群在隧道与地下工程设计系统的风险管理中将隧道与地下工程设计系统的风险管理工作分为预可行性研究、工程可行性研究、方案优化研究、初步设计、施工图设计、运营组织维护设计6道“管理门(SSGate)”。通过为每道管理门设置相应的风险管理任务和分配风险管理工作容，建立了“隧道与地下工程设计系统的风险管理体系(ssGate System)”。王学斌对翔安隧道五通端陆域全强风化层施工的风险进行了分析。锋撰写的硕士论文翔安隧道强风化层施工的风险管理介绍了翔安隧道强风化层施工的地质条件、主要施工措施、工程特点等情况，接着分析了进行风险管理的必要性和强风化地层施工风险的产生机理，随后阐述了风险管理的主要容:风险识别、风险估计、风险评价、风险应对、风险监控。顾雷雨在对某拟建海底隧道运营期的风险评估中根据隧道工程风险评估的一般流程，对某拟建海底隧道工程在其运营期的风险进行了评估。王燕在海底隧道施工风险辨识与其控制针对海底隧道的特点，借鉴挪威、日本等国家海底隧道建设经验和相关资料，基于风险管理和隧道施工的基本理论对海底隧道施工过程中的基本风险因素进行辫识，并针对重要风险因素给出了相应的控制措施。门玉茹在湾海底隧道钻爆法施工风险评估研究以拟采用钻爆法施工的湾海底隧道为背景，在预工可阶段，针对推荐轴线2种方案的施工风险进行了辨识、分析，并采用基于信心指数的专家调查法对风险进行评价，根据评估的结果，提出了风险控制措施以与相应的结论和建议。2007年由交通大学和路桥联合举办的海底隧道修建技术国际研讨会在召开，来自国外的两百多名专家和学者针对目前海底隧道修建过程中的关键问题和难点进行了热烈的讨论和交流，对我国今后海底隧道的修建具有良好的指导意义。2007年铁道部颁布了铁路隧道风险评估与管理暂行规定，这说明我国已开始重视隧道工程风险管理。2007年，在召开的第三届国际隧道工程研讨会邀请了许多地下工程的专家，而它的主题就是“地下工程安全风险管理”。这标志着地下工程风险管理研究在我国已进入了一个快速发展时期，带动了水下隧道风险研究的快速发展。随着我国水下随道建设规模越来越大，遇到的风险也越来越多，水下隧道风险管理研究也必将受到更多的重视。1.3全过程风险研究现状早期的项目风险管理体系一般将风险分析和管理分成几个相对独立的工作单元，并按照一定的顺序连接形成一个系统。这一风险管理思想的缺点在于将项目的发展人为地划分为“现在”和“将来”两个独立的状态，在“现在”进行风险分析，“将来”对其进行管理。这种静态的风险管理观念存在问题，也引起了不少学者的关注和探索。进入1990年代以后，而向过程的、动态的风险观念逐渐被引入到风险管理当中来。1992年A.B.Huseby和S.Skogen提出了连续项目风险评审模式，同年A.Del.can提出了动态风险分析DynRisk模式，1994年H.Ren提出了风险生命期概念，1995年Stephen C Ward将项目的过程分为8个阶段，并论述了各个阶段风险特点，1997年C.Chapman提出了风险管理的一般过程，将风险管理分为九个阶段，并将这九个阶段与项目的过程结合起来，1998年Geoffnny提出了一个项目专用的风险管理概念体系ConSERV(并行模拟工程资源评审技术)，给出了风险管理的主要步骤、风险驱动项目管理框架，2001年Ali Jaafari提出了生命周期风险管理LCPM（图1.3.2）。在这些动态模型中，将风险识别与评价贯穿于项目的整个生命期当中，这无疑是风险管理观念上的一个大的飞跃。当然，具体到风险管理的每个环节和步骤，要在实际当中表达动态的、面向整个生命期的特点，就必须有相应的技术方法和手段来实现。但是，在上述已经提出的方法和观念中，并没有给出具体的、可供实际操作适用的技术手段和方法，这显然会大大阻碍动态风险管理观念的发展和应用。因此，有必要对具体的风险管理和分析手段与方法进行深入的研究和探讨，使得“动态的、面向项目过程的”思想得以真正的实现。国学者近些年来也相继发表关于工程项目风险过程控制方面的文节，建设撰写的博士论文面向过程的工程项目风险动态管理方法研究(2002)提出的动态、面向过程的主题思想，提出了一个将风险管理与项目全寿命相结合的风险管理框架体系。金德民撰写的博士论文工程项目全寿命期风险管理系统理论与集成研究（2004）提出了工程项目全寿命风险管理集成系统(LRMS)的概念，阐述了风险集成化管理的意义和重要性，并提出了基于DSS(决策支持系统)的风险管理系统集成的设计方法，建立了风险管理集成系统的信息模型，定义了相关的数据库结构和类型，提出了系统的基本功能和界面管理要求。阮新撰写的博士论文桥梁工程风险评估体系与关键问题研究(2006)从全过程的角度给出了桥梁风险的定义：“在桥梁规划、设计、施工、使用、维修、拆除等和桥梁结构相关的各个过程中出现的，对相关利益团体的某种既定目标造成影响的不确定的事态，可称之为桥梁的风险事态,简称为桥梁风险”。随后对桥梁风险的评估基本流程和基本体系，以与关键问题进行了讨论（图1.3.3）。钱鸿生撰写的博士论文基于风险管理的软件生命周期模型研究(2006)对国际上软件生命周期模型研究中不同的建模思路和方法进行了论述，并从软件生命周期模型一般过程的分析中，提出了分阶段进行风险识别的观点和过程风险的概念。桂香在对地铁项目全寿命周期风险管理的研究提出了地铁项目全寿命周期风险集成化管理模式(LCI又MM)，通过采用风险调查的方法，对地铁项目各个建设阶段的几个风险因素进行了定性的评估，给出了风险评估矩阵；并指出了LCIRMM模式下地铁项目在各个阶段的风险管理要点。从目前研究的结果来看，大多关于工程项目风险过程控制的研究仅局限于概念的提出和论述，具体工程的应用性和可操作性并不太强，如何将全过程风险控制与工程实施很好地结合起来，达到工程目标较好地实现是今后工程项目风险研究的主要方向之一。7 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