- 城市隧道施工風險分析與控制技術研究
- 代春泉
- 13字
- 2021-03-26 13:07:01
第一部分 城市隧道施工風險管理基本理論
第1章 城市隧道施工風險概述
1.1 引言
1.1.1 問題的提出
隨著我國經濟社會的快速發展和城市化進程的不斷加快,越來越多的人口涌向城市。人口向城市聚集在促進經濟發展的同時,也帶來了眾多的負面效應,如人口密度增加、城市規模擴大、基礎設施疲軟、交通擁堵等,已成為各大城市的發展瓶頸。因此,發展快速交通是城市集約發展的要求。加強交通等基礎設施建設的要求與城市市區可供利用的土地資源緊缺之間的矛盾,使地下空間的開發利用成為擴大城市容量與功能的有效途徑。近年來,世界各國大力開發城市地下空間,興建地下人防、地下停車場、地下商場、地下交通線路等工程。國際上提出“21世紀為人類開發利用地下空間的年代”[1],島國日本更是提出了“充分利用地下空間,把國土面積擴大數倍”的設想。“十一五”期間我國興建了大量城市地下交通線路,目前,北京、上海、廣州、南京、青島、杭州等23座城市正在建設或規劃城市地鐵等城市交通項目,至2015年規劃線路總長度2400km,總投資達7000億元人民幣[2-3]。同時,隨著廈門翔安海底隧道、青島膠州灣隧道的順利貫通,大連—煙臺跨渤海灣海底隧道,上海—寧波杭州灣海底隧道,連接香港、澳門的伶仃洋跨海工程,廣東—海南的瓊州灣工程以及膠州灣第二隧道均在規劃建設中。目前,我國已成為世界上隧道工程建設總里程最長、發展最快的國家。
與一般工程結構相比,隧道工程具有高度多維不確定性,這些不確定性影響隧道工程建設的各個環節,引發工程建設中地層變形過大、沉陷、坍塌、涌水和流砂等多種惡性工程事故。近年來,較為典型的隧道工程事故如圖1-1~圖1-7所示。城市隧道工程因跨度大、埋深淺、地質條件復雜、地下管網密布、地面建筑密集等特點,施工難度更大。近十年來,國內外城市隧道工程建設中發生的重大事故如表1-1所示[4-6]。

圖1-1 深圳地鐵隧道工程事故

圖1-2 北京地鐵隧道工程事故

圖1-3 上海地鐵隧道工程事故

圖1-4 新加坡地鐵隧道工程事故

圖1-5 廣州地鐵隧道工程事故

圖1-6 南京地鐵隧道工程事故

圖1-7 臺灣地鐵隧道工程事故
表1-1 近十年來國內外城市隧道工程事故

綜合分析上述城市隧道工程事故,主要原因有以下幾點。
(1)對隧道近接施工處理不當。城市近接隧道施工穩定性受上部建筑物及地面活動的影響,如果對鄰近建筑物及地面活動處理不當,容易導致工程失穩乃至災難性事故的發生。
(2)對圍巖類別統計不全。隧道工程開工前,工程地質勘查不可能對施工場區內的土層狀況完全了解,如因土層的變異性,潛在的地質破碎帶等不良地質狀況導致的透水、涌水、坍塌等都可能引發工程事故。
(3)對施工過程中致險因子考慮不足或處置不當。例如,施工過程中突降罕見的暴雨或者輸水管道破裂,從而引起上覆土體強度劣化,導致變形加大,引發工程事故。
(4)對地面動荷載的處理不當。城市隧道施工地面活動多而復雜,產生的沖擊應力對淺埋大跨隧道施工安全影響較大。
綜上所述,城市地下隧道工程地上建筑密集,地下管線密布,地質條件復雜,圍巖環境多變,施工變形控制嚴格,無論從工程設計角度還是從現場施工管理角度來看,都存在很大的風險。如何處理潛在的風險因素,如何減少或規避風險,是該類工程建設值得研究的關鍵問題。本書正是緊跟國際地下空間發展的前沿,圍繞亟待解決的關鍵問題,突出研究的區域性,探討模型的通用性,以《城市隧道施工風險分析與控制技術研究》為題,系統研究青島膠州灣隧道青島端接線工程、青島地鐵施工過程以及濟南擬建地鐵工程等典型城市隧道工程施工過程中的各風險管理環節,提出具有針對性的、科學合理的施工風險處置預案和具有通用性價值的理論體系。
1.1.2 研究意義
地下工程項目風險管理研究在我國起步較晚,目前在這方面理論研究較多,應用研究較少。而傳統的風險管理,分散、鼓勵的研究方法很難適應城市隧道施工風險這樣的復雜系統風險分析。在實際生產過程中,技術人員缺乏風險意識,對工程施工過程中存在的風險識別以及風險處置等缺乏系統觀念,加之現代大型項目風險的多層次性、非線性以及非可逆性等[7-12]使得這類工程風險管理難度更大,無從下手。在當前情況下,研究適用于城市地下工程建設的風險分析、評估和管理的理論和方法已迫在眉睫。在此背景下,選擇城市隧道施工風險分析與控制技術研究為題,具有重要的理論價值和重大的現實意義。
(1)調研分析城市淺埋暗挖大跨隧道施工風險源,深層次挖掘潛在的誘險因素,并對其進行分類和評估,重點研究高頻風險導致的工程失穩規律,并給出控制措施,保障施工安全。
(2)分析城市隧道工程施工風險因素,研究避險措施,及時規避或弱化風險,用最經濟的方法處理風險。
(3)研究城市隧道施工風險接受準則,提煉出具有針對性的標準和通用性的模型,為城市大跨隧道施工風險分配、風險承擔提供決策依據。
(4)結合工程實踐經驗和監測數據反演相應模型及參數,為信息化施工規范的設計和相關安全法規制度的制定提供理論支撐和實踐支持。