高速铁路隧道施工风险管理技术探索

李

明

(中铁十六局集团路桥公司,北京密云 101500)

摘要:根据兰渝铁路LY S-2标段隧道的特点,对隧道工程风险管理的意义、风险管理的建立进行介绍,从风险辨识、风险评估、风险对策、风险监控等各个方面对风险管理中存在的主要问题以及所采取的解决措施等进行讨论,以期为从事隧道施工和管理的人员提供参考。

关键词:兰渝铁路;隧道;风险管理;风险辩识;风险评估;风险对策;风险监控;风险管理中图分类号:U 455.1

文献标志码:A

文章编号:1672-741X (2010)02-0173-06

Ris k M anage m ent i n Construction of H igh speed Rail way Tunnels

LIM ing

(Road and B ri d ge E ngineering C o .,L td.o f China Rail w ay 16th Bureau Group,M iyun 101500,Beijing,China )A bstract :The sign ificance o f risk m anage m ent and the estab lish i n g of the risk m anage m ent syste m are presented ,w ith

the tunnels in LYS 2bid secti o n on Lanzhou Chongqing rail w ay as exa m p les .R isk i d entification,risk assess m en,t cont er m easures and risk m onitori n g are discussed .The paper can be used as re ference fo r persons specialized i n the con struction and m anage m ent o f tunnelw orks .K ey words :Lanzhou Chongqing rail w ay ;tunne;l risk m anage m en ;t risk indentification ;risk assess m en;t risk counter m easure ;risk m on itor i n g ;risk m anage m ent syste m

0引言

风险管理 是当代经济领域中被人们广泛研究的一个课题。近年来,随着我国高速铁路的快速发展,铁路隧道的开挖断面、掘进长度均不断增大,断面形式多种多样,因此隧道施工期间的风险亦与日俱增,在此基础上隧道风险管理技术被广大工程界人士逐步提到新的议事日程

[1-5]

。现阶段我国缺少专业的隧道工程

风险管理中介公司,现有的保险公司在隧道工程风险管理中 险种 单一,且其只是风险处理的一种方式,

涉及的层面及深度均不能满足隧道风险管理的需求,在此基础上,如何建立一套完善的隧道风险管理体系对于项目各参与方尤为重要[6-8]

。

兰渝铁路设计时速200km /h ,是国家!中长期铁路网规划∀中西北至西南的区际新通道,是我国铁路网的重要组成部分,线路途径甘、陕、川、渝3省1市。其中LYS-2标位于甘肃省渭源、漳县境内,线路全长69.96km,共有隧道13座,总长49.25km ,约占线路总长的71%。隧道穿越地层主要有黄土、泥岩、砂岩、页岩、砾岩、灰岩等,地层岩性变化较大,并与构造作用密切相关。区域内分部的特殊岩土主要有湿陷性黄土、

松软土、膨胀(岩)土;不良地质类型主要有浅埋、滑坡、危岩、岩堆等。依据!铁路隧道风险评估与管理暂行规定∀,结合本标段的特点,确定浅埋偏压、高地应力软弱围岩大变形、塌方、瓦斯、突泥涌水及长大断层等为隧道施工风险的控制性因素。

1 隧道工程风险管理的意义

由于隧道工程涉及到众多的风险因素,决定了其在施工过程中可能发生的潜在人为或非人为因素导致的工程事故,进而造成巨大的经济损失和人员伤亡。此类事故如何发生?概率多大?能否预先了解此类事故发生的可能性?如何在事发前客观评估事故所造成的后果及损失程度?采取什么措施才能减少工程事故及事故发生后的损失程度?这些问题归根结底是隧道风险管理的核心内容,或者说做好风险管理是解决这些问题的最佳有效途径。

兰渝铁路LYS-2标地处黄土高原南部秦岭高中山区,高程多在1000~3400m,相对高差600~1200m ,总体地形北低南高,北面起伏较小,南面起伏大,沟壑交织。本标段隧道工程具有建设周期长、不确定因素多、高风险性强和灾害损失大等特点。如何做好风

收稿日期:2010-01-05;修回日期:2010-03-05

作者简介:李明(1975#),男,吉林人,1997年毕业于西南交通大学铁道工程专业,工程师,从事桥隧专业施工技术工作。

第30卷 第2期

2010年4月

隧道建设

Tunnel C on struction

V o.l 30 No .2Ap r . 2010

1)有利于进一步明确本标段工程目标、任务及工程风险,增强施工、业主、设计、监理方的风险意识及合作精神,从而达到控制风险,减少损失的目的;

2)有利于项目决策科学化,通过风险管理项目负责人能够更准确地评估工程工期及成本,为进一步优化施工方案奠定基础;

3)有利于工程施工过程中的风险分配,真正做到 人人讲安全、事事保安全。

2 隧道工程风险管理的建立

随着经济发展和科技的进步,隧道工程风险程度愈来愈大,隧道工程风险管理作为工程项目管理的关键因素而受到越来越广泛的重视,建立隧道工程风险管理体系是对隧道工程项目可能出现的风险进行的主动控制和管理,其目标是实现投资、工期、质量和安全控制。兰渝铁路LYS-2标隧道施工过程中风险管理的建立主要体现在以下几方面。

2.1建立完善的内部风险管理职能部门

1)局、处两级项目部设安全总监、安全质量部,架子队设安全监督室,工班设安全员,分别负责各级风险管理;2)该部门由一批既懂工程技术又懂管理、经济、法律以及保险知识的复合型管理人才担任,力求实现学科的交叉、合作与交流;3)该部门负责执行各项风险管理制度,并不断探索新方法和新机制,切实加强技术风险控制。

2.2主动争取外部单位在风险管理方面的检查和协助

认真贯彻 走出去、请进来的原则,定期到风险管理先进模范单位观摩、学习,取人之长,补己之短;根据施工实际邀请风险管理各方面的专家、学者深入现场分析问题、解决问题。

2.3定期、不定期召开风险评估例会

针对隧道施工的各项风险因素,定期开展风险评估例会,对于高风险因素或突发风险积极邀请资深行业专家深入一线进行风险分析评估,制定切实可行的风险对策。

2.4制定专项安全施工方案

针对重大危险源单独编写专项安全施工方案,专项安全方案力求具有一定的针对性、经济性和可操作性。

2.5建立完善的风险管理外部网络

主动与项目各参与方、地方、行业协会、、消防、环保、保险公司、医院等建立良好的沟通渠道,创建固定的网络交流平台,营造良好的外部施工环境。3隧道风险管理流程

风险贯穿于隧道工程的筹划、勘察设计、施工、运营及维修的各个阶段,因此风险管理也应该贯穿于工程实施的各个阶段,而且是一个包括风险辨识、风险分析评价、风险决策和风险监控的重复的循环过程,兰渝铁路LYS-2标施工期间风险管理流程如图1所示。

3.1 风险管理准则

全过程风险管理是兰渝铁路LYS-2标隧道风险管理的基本准则,全过程风险管理是在施工风险因素分析的基础上,针对存在的风险因素进行科学合理的评估,为风险决策提供依据,最后达到避免、减少或者转移风险的目的。

在风险管理中,各参与方共同创造一个良好的合作环境是进行全过程风险管理的有力保障。为了达到这个目的,伙伴关系是有价值的工具。在合作过程中,项目各方之间应进行良好的沟通与交流,制定以降低业主成本和提高承包商利润、减少工期延迟等的风险管理共赢原则。

3.2 风险管理目标

在工程实施的初期阶段对存在的风险进行判断是非常必要的,通过对各种类型的风险规定特殊的目标来进行,隧道施工风险目标在施工阶段的确定主要有以下几种方式:

1)危险源的鉴定;

2)减小和缓解风险措施的鉴定;

3)在经济上可行或根据特殊的风险目标或者相关法规允许的情况下,执行减小和缓解风险措施。

兰渝铁路LYS-2标隧道施工风险管理目标的确定重点放在通过减少有严重后果事件的可能性来减小整体风险上,同时,由于隧道风险管理系统的动态性,也决定了隧道风险管理目标的动态性,施工过程中根据工程环境的变化、工程的推进及时进行修正、登记及监测检查,定期反馈,随时与相关单位沟通。

兰渝铁路LYS-2标隧道施工风险管理总目标:确保施工风险处于受控状态,坚决创造良好的施工安全环境,保障兰渝铁路顺利进行,促使项目的成本、质量、工期三大目标得以实现。

3.3 风险辨识

风险辨识是找出潜在的可能产生风险的位置及产生风险的因素,并对其进行确认和分类,它是风险管理的基础。在兰渝铁路LYS-2标隧道施工中,常见的施工风险有不良地质、地质灾害、有害气体及高温、惯性事故等。其中不良地质有浅埋偏压、滑坡、危岩、落石等;地质灾害有岩暴、岩溶、突泥涌水等;有害气体多为可以燃烧和爆炸的瓦斯和天然气;隧道高温则是因隧道较长、埋深较深所产生的比正常的温度高;惯性事

174 隧道建设 第30卷

故多出于隧道坍塌、爆破作业、施工用电以及爆破后危

石伤人等。

图1 隧道风险管理流程图

F i g .1

F lowcha rt of risk m anage m ent of tunne lw orks

风险辨识工作以动态风险识别为主线,以静态风险识别为手段进行,在隧道建设进行的每个阶段均根据本阶段所获得的信息对风险进行连续的、不断深入的识别。风险辨识常见的方法主要有专家调查法、核对表法、头脑风暴法和层次分析法等,几种方法也可以结合使用。专家分析法是通过对大量的行业专家进行问卷调查,从而能得到一些符合现场实际的经验数据。兰渝铁路2标隧道施工风险辨识在施工阶段的确定主要有以下几种途径:

1)加强与业主方、设计方人员沟通,详细了解本工程地质方面存在的潜在危险源;2)详细、全面的研读设计文件,确定不良地质、特殊岩土、塌方、浅埋偏压、长大断层、突泥涌水等高风险段落;

3)认真进行现场走访调研,对地方水文、地质、气候条件以及工程影响范围内的建(构)筑物、公路、地下管线、居民生产生活用水等周边环境进行全面核查,并形成正式报告;

4)邀请本标段区域附近的已建或在建其他地下工程项目的业主、施工及设计方专家,针对本标段工程实际情况召开专家咨询会,积极吸取他们在风险辨识方面的建设性意见。

风险辨识的动态辨识是风险管理系统动态性的具

体体现,随着隧道掘进长度的不断增加,风险管理的时间维、空间维均发生变化,超前地质预报、监控量测数据是隧道洞内施工风险辨识的动态基础,危险源的不断更新是风险管理动态监控的具体体现。3.4 风险评估

风险评估就是对危险发生的概率及其破坏性后果做出量化分析的一个过程,它是风险管理的基础和重要工作内容。兰渝铁路LYS-2标隧道风险评估主要对造成人员伤亡、环境破坏、财产损失、工程经济损失、工期延误等风险事件进行评估。所使用的主要方法有概率分布法、概率树、外推法等。

风险估计和评价是风险评估的重点,风险评价中最关键的是风险因素概率和后果等级的取值。在进行概率和后果等级的取值时,一般有2条途径:一是通过对足够的已知数据的分析来找出风险发生的分布规律,从而预测出其发生概率和后果大小;二是在缺少足够数据的情况下,由评估人员或专家根据隧道实际情况对风险等级进行综合判断[9]

。

根据国内外以往长大隧道施工经验分析,隧道工程项目施工期间所发生的事故率高达55%,占整个隧

道工程寿命期内事故的近3/5[10]

。当然,不同的施工方法、不同的地质条件发生的概率也不尽相同,甚至在同一地质条件下的同一隧道的不同部位,不同时间事

175

第2期 李明: 高速铁路隧道施工风险管理技术探索

故发生的概率也相差很大。兰渝铁路2标隧道事故概率根据事件发生时间及部位统计如图2、3

所示。

图2 隧道工程事故发生时间概率

F ig .2

P robab ility of ti m i ng o f acc i dents of t unnel wo

rks

图3 隧道工程事故易发部位概率

F i g .3

P robab ilit y o f po siti ons of acc i den ts o f tunne lw orks

根据兰渝铁路2标隧道实际情况以及各种潜在危

险源的影响程度,风险评估专家组提出该标段隧道施工风险分析的主线是洞口岩堆、黄土隧道浅埋偏压、塌方、高地应力软弱围岩大变形、高瓦斯、突泥涌水、长大断层等,并最终确定隧道施工重大危险源如表1所示。3.5 风险决策

风险决策是对存在的风险如何处理的问题。一个项目的风险并不是越小越好,风险越小意味着使风险减少的投入越大,因此在风险分析的基础上,要根据项目总体目标,尽可能的降低项目风险的潜在损失和提高对项目风险的控制能力。风险处理的方法有风险转移、风险自留、风险缓和以及风险规避。风险转移是在法律规定允许的框架内,将潜在的自身无法有效地承担的施工风险转嫁到能够承担该项风险的机构,常见的工程风险转移方式有保险转移、专业合法分包等;风险自留是在自身可以接受的基础上,针对潜在的常规的施工风险因素进行自身承担风险损失的一种决策方式,常见的自留风险其潜在的破坏程度往往较小;风险缓和是指减少风险发生的概率或控制风险的损失,或者增加风险承担者,将风险各个部分分配给不同的参与方;风险规避是由于项目风险在常规状态下发生的概率很高,采取放弃原有行动计划或改变目标的

方法,在时间、空间或状态中消除可能发生施工风险的可能性,施工现场常见的有夜间施工、冬防施工等。

表1重大危险源台帐T ab le 1

L ist o f ma jor r i sk sources

序号工程名称危险源名称里程或部位

危险源描述及其可能导致的事故

1

古迹坪隧道

塌方、大变形

DK142+310~+510 此段为进洞口浅埋地段,围岩为∃级泥岩,节理发育,具有膨

胀性,地下水丰富。施工时泥岩夹砂岩互层段,成拱难,且开挖后岩面易挤入,可能造成支护失稳,引起坍方

2古迹坪隧道

突水、塌方、挤压断层破碎带DK144+095~+155

DK144+875~DK145+110DK145+595~+880 此3段均为砂岩、灰岩断层挤压破碎带,最大涌水量4307m 3

/d 。施工时易发生坍塌、突水3古迹坪隧道

突水、塌方、挤压断层破碎带

DK147+200~+655DK148+265~+610DK149+025~+235 此3段均为砂岩、灰岩断层挤压破碎带,最大涌水量4307m 3/d 。施工时易发生坍塌、突水4胡家湾隧道塌方

DK153+005~+230 此段为进洞口浅埋段,围岩为∃级泥岩,节理发育,具有膨胀性,地下水丰富。施工时易坍塌,且开挖后岩面易挤入,可能造成支护失稳

5胡家湾隧道 塌方、挤压断层破碎带

DK153+480~+800DK154+208~+759此2段均为灰岩断层挤压破碎带,施工时易发生坍塌

6胡家湾隧道 塌方、挤压断层破碎带DK154+820~DK155+180 此段均为灰岩断层挤压破碎带及断层角砺,施工时易发生坍塌

7

胡家湾隧道

瓦斯

DK154+210~DK155+815

此段地质为炭质页岩,存在瓦斯等有害气体,施工时易发生火灾、爆炸、中毒8胡家湾隧道塌方DK155+730~+867 此段为出洞口浅埋地段,围岩为∃级泥岩夹砂岩,节理发育,具有膨胀性,地下水丰富。施工时易坍塌,且开挖后岩面易挤入,可能造成支护失稳

9后山坪隧道塌方、断层破碎带DK158+195~+597DK159+122~+372此2段均为断层角砺破碎带,施工时易发生坍塌、突水10

东扎沟隧道

岩暴、塌方、掉块

DK169+950~DK171+100

此段地质为砂岩,岩层倾角较小,属极高#高地应力区,施工时%级围岩段落易发生塌方、拱顶掉块、岩暴

176

隧道建设

第30卷

1)合理转移施工风险。针对从事特种作业、危险作业的从业人员,依法办理建筑意外伤害保险;针对存在重大危险源的个体工程办理建筑工程一切险。

2)充分利用先进的科技手段。采用TSP203、地质雷达等先进设备进行综合超前地质预报;长大隧道掌子面均安装视频监视器;监控室安装程控电话交换机,时刻与掌子面值班人员保持联络。

3)采用成熟的工法和可靠的经验。针对大断面软弱围岩,采用三台阶七步法、CRD法开挖工艺,合理控制施工安全步距,力求稳中求快。

4)采用先进的施工设备。针对大断面水平岩层隧道,拱部易坍塌、掉块,采用普茨迈斯特P M500PC型混凝土喷射机组喷射混凝土,南昌凯马L W L360型隧道挖掘装载机装碴。

5)实行严格的管控手段。兰渝铁路2标各隧道洞口均实行封闭式管理,严格人员、机械车辆进出洞登记制度。

6)合理利用变更设计。在风险转移和自留的基础上,变更设计隧道开挖支护方案是隧道风险缓和和规避的有效手段之一。

3.6 风险监控

3.6.1 建立风险监控台帐

兰渝铁路LYS-2标隧道工程开工伊始,局、处两级风险管理职能部门均建立完善的风险监控台帐,风险管理系统的动态性决定了风险监控台帐的动态性和不确定性,随着工程的进展,监控台帐中的风险控制因素不断更新、完善。

为了更好的进行风险控制,各隧道均建立的风险监控台帐,监控台帐中明确潜在危险源的部位、风险危害程度、预控措施、各级负责人、更新记录等相关信息,针对重大危险源附注风险评估纪要、专项安全施工方案,并对全体参建员工进行公示。

3.6.2 严格执行各项风险管理制度

能否严格执行各项管理制度是风险监控成功与否的决定性因素。兰渝铁路2标各级风险管理制度的制定,均经过严格的审查,其内容覆盖层面、涉及深度必须适合所管理的施工项目,其实践操作性力求适合施工现场实际。

风险管理制度一经审查颁布,必须保证其执行的严肃性。任何制度的颁布均代表着一定的进步性,但同时也会给固有的制度模式带来一定的冲击,甚至破坏局部个体的既有利益,但是我们应该清醒的认识到风险的衍生是随着社会的进步而不断更新的,社会经济的高速发展带给我们的风险是与日俱增、千变万化的。只有不断更新机制、探索新方法,且严格执行风险管理制度,才能切实加强风险控制,才能给隧道施工风险管理带来完美的运行轨道,为企业、为社会创造最佳经济效益。

3.6.3 隧道施工风险监控要点

1)完善的安全管理体系是确保隧道风险管理可控的制度和组织保障。

2)制定科学合理的施工技术方案,不断优化施工资源配置,并采用先进的施工管理技术与之配套。

3)制定完备的安全技术措施和专项安全施工方案,并监督落实到位。

4)加强各种环境下的岩土力学分析,为同类型地质体的稳定性做出科学合理的判断。

5)针对不同级别的围岩,合理控制掌子面、仰拱、二次衬砌施工步距,力求在确保施工作业空间的前提下,尽量缩短施工步距。

6)科学分析超前地质预报和监控量测数据,充分将信息化管理纳入风险管理的范畴。

7)根据突发风险事件可能造成的社会影响性、危害程度、紧急程度、发展势态和可控性等情况,对可能发生的突发风险事件进行预警分级。

8)及时在隧道施工洞口进行识别风险的公示,其内容包括风险描述、监测方案、应急预案、责任人等。

9)根据实时监测数据、工况、环境巡视和作业面异常状态等,确定预警级别,对可能发生重大突发风险事件的预警状态,立即启动相关预案,组织处理。

10)运用系统论的观点,不断提高隧道施工风险控制过程的系统思维能力,综合分析与决策能力,在繁杂的现象中,紧紧把握住系统的整体性、动态性行为,使得复杂地质条件下隧道施工的各阶段、各工序均有序推进,确保风险管理目标达到预期目的。

4 结论

通过对风险管理在兰渝铁路隧道施工实践中的研究总结,进一步说明全过程风险管理在高速铁路隧道建设中的重要意义,同时形成了一套具有系统性、完整性和可操作性的隧道风险管理模式。由于现阶段我国缺少专业的隧道施工风险管理中介公司,本文可以为项目各参与方安全监督行为及监督模式的转变提供一定的参考依据,进而能更好的控制风险源,确保隧道施工安全处于受控状态。

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(上接133页)

在实际操作中要将核心土的长度、下台阶左右幅的间距以及临时仰拱拆除和永久仰拱封闭的时间间隔作为施工的控制重点,避免某一分部的单独冒进。

任何事物都有其两面性,核心土加临时仰拱台阶法也一定有其不足和不到之处,希望同行不吝指正,以求提高和进步。

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(上接168页)

表2 2种方案对比结果

T ab l e2Compar i son and contrast bet ween2steppi ng modes

比较项目电机驱动、整体

托架轨道步进

油缸推进、弧

形滑道步进

步进速度/(m/月)1666(理论),较快1166(理论),较慢

步进技术可靠性较低(电机同步技

术)

较高

步进程序简单较多

步进安全性较低较高

配件制作较复杂较简单

配件费用较少较多

钻爆施工时间多施工15d少施工15d

所需空间 每边需扩挖20

c m,多开挖0.17m3/

延米,5000m步进,

总计多开挖850m3

不需要

步进路基施工 简单,投入低,速

度快

复杂,投入高,速

度慢

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