盧穎明

(中國鐵道科學(xué)研究院，北京 100081)

1 隧道工程概況

銅鑼山隧道是納黔高速公路C19合同段重點(diǎn)控制工程，設(shè)計(jì)行車速度為80 km/h，主洞建筑界限為10.25 m×5.00 m(凈寬×凈高)。隧道進(jìn)口位于曲線段，為雙洞單向行車隧道，左洞長度為2 133 m(ZK128+260～ZK130+393)，右洞長度為2 068 m(YK128+267～YK130+335)，隧道進(jìn)出口均采用削竹式洞門。

進(jìn)洞段位于斜坡上，斜坡自然坡度15°～30°，隧道洞口軸線與地形等高線近于垂直。洞口段地形條件較好，無斜坡變形現(xiàn)象。通過地表工程地質(zhì)測(cè)繪未發(fā)現(xiàn)滑坡、崩塌等不良地質(zhì)現(xiàn)象。

Ⅳ級(jí)圍巖拱部無支護(hù)時(shí)，圍巖自穩(wěn)時(shí)間短，在隧道洞室的拱部、肩部均易發(fā)生松動(dòng)變形、小塌方，進(jìn)而發(fā)展為中、大塌方。Ⅴ級(jí)圍巖開挖后，圍巖易坍塌，處理不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)大坍塌。因此施工方邊開挖邊進(jìn)行噴錨臨時(shí)支護(hù)，采用臺(tái)階分部開挖，初期支護(hù)應(yīng)及時(shí)，及時(shí)封閉成環(huán)。

隧址區(qū)地震基本烈度為6度。

2 隧道工程建設(shè)中風(fēng)險(xiǎn)管理的定義

隧道結(jié)構(gòu)處于地下，其地質(zhì)條件、圍巖特性、水文情況等的不確定，使其在建設(shè)過程中、運(yùn)營期間包含的風(fēng)險(xiǎn)比一般的土木工程要大得多。因此隧道工程的風(fēng)險(xiǎn)管理日益成為研究的焦點(diǎn)問題。

目前對(duì)于隧道工程風(fēng)險(xiǎn)的定義比較多，本文結(jié)合各方理論綜合分析，將隧道工程風(fēng)險(xiǎn)簡單定義為

式中，R為隧道風(fēng)險(xiǎn);P為風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率;C為風(fēng)險(xiǎn)造成的損失。

其中，風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率并不是某一公式直接得來，也不是隨便估計(jì)出來的，應(yīng)該綜合考慮多方面的因素。作為新奧法修建的隧道工程，監(jiān)控量測(cè)更是應(yīng)該作為重點(diǎn)考慮的一項(xiàng)。

隧道工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理的內(nèi)容包括四個(gè)方面:風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)和風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控。

3 隧道工程風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別是工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理的第一步，也是十分重要的一步，它是風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)。風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別包括收集資料、分析不確定性、確定風(fēng)險(xiǎn)事件、編制風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別報(bào)告等，其過程為:收集數(shù)據(jù)→分析不確定性→確定風(fēng)險(xiǎn)事件并歸類→編制風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別報(bào)告。

識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)的過程應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況，針對(duì)銅鑼山隧道工程建設(shè)所有可能的風(fēng)險(xiǎn)來源和結(jié)果進(jìn)行實(shí)事求是的調(diào)查。銅鑼山隧道工程的風(fēng)險(xiǎn)可劃分為六大方面:

1)隧道工程地質(zhì)水文狀況的不確定性、圍巖級(jí)別差，地震等級(jí)高等風(fēng)險(xiǎn)。

2)施工風(fēng)險(xiǎn)。包括施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、施工現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)、施工機(jī)械設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)、施工材料風(fēng)險(xiǎn)、操作人員素質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)和施工管理風(fēng)險(xiǎn)。

3)施工工期風(fēng)險(xiǎn)。包括來自工程建設(shè)環(huán)境、業(yè)主、承包方、設(shè)計(jì)方、監(jiān)理方的風(fēng)險(xiǎn)因素。

4)投資風(fēng)險(xiǎn)。包括項(xiàng)目決策風(fēng)險(xiǎn)、項(xiàng)目技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、項(xiàng)目采購風(fēng)險(xiǎn)、參建方信用風(fēng)險(xiǎn)、工程完工風(fēng)險(xiǎn)、生產(chǎn)經(jīng)營風(fēng)險(xiǎn)、宏觀經(jīng)濟(jì)變化、社會(huì)政治風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境保護(hù)風(fēng)險(xiǎn)和不可抗力風(fēng)險(xiǎn)。

5)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。包括施工期的水污染、空氣污染、噪聲、固體廢棄物、振動(dòng)等對(duì)周邊環(huán)境帶來的影響。

6)運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)。包括隧道結(jié)構(gòu)安全性、穩(wěn)定性、耐久性風(fēng)險(xiǎn)，隧道防水可靠性、耐腐蝕性風(fēng)險(xiǎn)，運(yùn)營通風(fēng)系統(tǒng)的可靠性風(fēng)險(xiǎn)，消防設(shè)施可靠性風(fēng)險(xiǎn)，以及典型災(zāi)害事故風(fēng)險(xiǎn)，如火災(zāi)、地震等。

銅鑼山隧道工程的風(fēng)險(xiǎn)多集中于以上六個(gè)方面，特別是隧道建設(shè)中的風(fēng)險(xiǎn)，越來越受到重視。一旦出現(xiàn)事故，將會(huì)威脅到工作人員的生命安全，造成不良社會(huì)影響，耽誤施工進(jìn)度，經(jīng)濟(jì)損失更是不可估計(jì)。因此，在隧道的風(fēng)險(xiǎn)管理中，應(yīng)充分重視施工期間的監(jiān)控量測(cè)。只有做好監(jiān)控量測(cè)，才能及時(shí)地預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)出施工過程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，避免風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，才能保護(hù)施工人員的人生安全，將風(fēng)險(xiǎn)損失降到最低。

4 基于監(jiān)控量測(cè)的隧道工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

4.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

1)鋼架內(nèi)力量測(cè)。在選測(cè)鋼架內(nèi)力的斷面，設(shè)置6個(gè)測(cè)點(diǎn)，如圖1所示，分別在拱頂、左右拱腰、左右邊墻及仰拱位置。采用表面應(yīng)變計(jì)進(jìn)行量測(cè)，采用頻率儀進(jìn)行讀數(shù)。每個(gè)測(cè)點(diǎn)安裝2個(gè)表面應(yīng)變計(jì)，分別位于鋼架的內(nèi)、外緣上，即圖2中1、2號(hào)點(diǎn)。

圖1 測(cè)點(diǎn)布置

圖2 表面應(yīng)變計(jì)布置

2)圍巖與混凝土接觸壓力量測(cè)。在選測(cè)圍巖與混凝土接觸壓力的斷面，設(shè)置10個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別在拱頂、左右拱腰、左右拱腳、左右邊墻位置、左右墻腳、仰拱，如圖3所示。采用壓力盒進(jìn)行量測(cè)，采用頻率儀進(jìn)行讀數(shù)。安裝圍巖與混凝土接觸壓力測(cè)試的壓力盒時(shí)，壓力盒安裝在初支背后，壓力盒承壓面與巖面密貼。

圖3 測(cè)點(diǎn)布置

圖4 混凝土應(yīng)變計(jì)布置

3)噴射混凝土內(nèi)部應(yīng)力量測(cè)。在選測(cè)噴射混凝土內(nèi)部應(yīng)力的斷面，設(shè)置10個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別在拱頂、左右拱腰、左右拱腳、左右邊墻位置、左右墻腳、仰拱，如圖3所示。采用混凝土應(yīng)力計(jì)進(jìn)行量測(cè)，采用頻率儀進(jìn)行讀數(shù)。安裝噴射混凝土內(nèi)部應(yīng)力測(cè)試的應(yīng)力計(jì)時(shí)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)安裝2個(gè)應(yīng)力計(jì)，位于噴射混凝土中，布置如圖4所示。

4)初支與二次襯砌間接觸壓力量測(cè)。在選測(cè)初支與二次襯砌間接觸壓力的斷面，設(shè)置10個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)安裝1個(gè)壓力盒，測(cè)點(diǎn)埋設(shè)及布置同圍巖與混凝土接觸壓力量測(cè)。

5)二次襯砌內(nèi)部應(yīng)力量測(cè)。在選測(cè)二次襯砌內(nèi)部應(yīng)力的斷面，設(shè)置10個(gè)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)安裝2個(gè)應(yīng)力計(jì)，測(cè)點(diǎn)埋設(shè)及布置同噴射混凝土內(nèi)部應(yīng)力量測(cè)。

6)圍巖內(nèi)部位移。在選測(cè)斷面，設(shè)置2個(gè)測(cè)樁，位于左右邊墻位置，如圖3中8、9號(hào)點(diǎn)的位置。每測(cè)樁設(shè)5個(gè)位移測(cè)點(diǎn)，采用多點(diǎn)位移計(jì)進(jìn)行量測(cè)。

4.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

下面是位于銅鑼山隧道Ⅴ級(jí)圍巖YK130+020斷面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖(見圖5～圖11)。監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括圍巖壓力、初支混凝土應(yīng)力、初支型鋼應(yīng)力、圍巖位移。其中，圍巖壓力受壓為正，初支混凝土和型鋼受壓為負(fù)，圍巖位移向下為負(fù)。

圖5 YK130+020斷面圍巖壓力時(shí)態(tài)曲線

圖6 YK130+020斷面內(nèi)側(cè)初期支護(hù)混凝土應(yīng)力時(shí)態(tài)曲線

圖7 YK130+020斷面外側(cè)初期支護(hù)混凝土應(yīng)力時(shí)態(tài)曲線

圖8 YK130+020斷面型鋼拱架內(nèi)側(cè)應(yīng)力時(shí)態(tài)曲線

圖9 YK130+020斷面型鋼拱架外側(cè)應(yīng)力時(shí)態(tài)曲線

圖10 YK130+020斷面右邊墻圍巖位移時(shí)態(tài)曲線

圖11 YK130+020斷面左邊墻圍巖位移時(shí)態(tài)曲線

在2010年1月13日，隧道開挖底部仰拱。由圖5～圖9可知，在仰拱開挖后圍巖壓力，初支應(yīng)力，型鋼應(yīng)力沒有明顯變化，但是由圖10、圖11圍巖位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可知圍巖向下移動(dòng)。如果按照通常的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論，完全可以忽略該隧道斷面的風(fēng)險(xiǎn)。但仔細(xì)分析可知，當(dāng)仰拱開挖后，型鋼拱架腳底失去支撐，圍巖壓力，初支應(yīng)力，型鋼應(yīng)力沒有明顯變化是比較正常的。但是有經(jīng)驗(yàn)的隧道工作人員認(rèn)為此時(shí)開挖仰拱，圍巖應(yīng)力重分布，在仰拱施作前是比較危險(xiǎn)的，并不能忽略其破壞的風(fēng)險(xiǎn)。

隧道工程在建設(shè)過程中的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估有多種方案。如概率法、矩陣法、專家法、模糊數(shù)學(xué)法等。但這些方法都是建立在一個(gè)類似空中樓閣的理想的模型上，或者是很大程度上依賴于評(píng)估者個(gè)人的主觀認(rèn)識(shí)，并沒有真正反映隧道施工的實(shí)際情況。在此，本文將結(jié)合隧道監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)，運(yùn)用樹狀層次分析的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，以具體的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析評(píng)估該隧道建設(shè)中的風(fēng)險(xiǎn)。

樹狀層次分析法先根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工情況確定各個(gè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的權(quán)重。以納黔銅鑼山隧道為例，此隧道右洞YK130+020斷面，2010年1月14日開挖仰拱，初期支護(hù)及時(shí)施作，但二次襯砌還沒有及時(shí)跟上，所以在上面四項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中與仰拱開挖最緊密的墻角圍巖位移的數(shù)據(jù)應(yīng)該占比較大的權(quán)重。經(jīng)專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫分析可取0.4。而其它幾項(xiàng)的權(quán)重取平均值0.2。如圖12。再分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。將風(fēng)險(xiǎn)按表1分五級(jí)打分。

圖12 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

表1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估打分規(guī)則

結(jié)合銅鑼山隧道的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，按照表1的方法打分，結(jié)果見表2。

表2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

最后計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)百分比:(1×0.2+2×0.2+1×0.2+1×0.4)/4=30%

由此可以判斷銅鑼山隧道是穩(wěn)定的，沒有坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。

但是不同的地質(zhì)條件，不同的圍巖支護(hù)，不同的設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理隊(duì)伍，不同的施工工序，隧道工程發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的概率不同，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的權(quán)重也不盡相同。比如在開挖掌子面時(shí)拱頂沉降所占的權(quán)重就比較大。在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)應(yīng)咨詢相關(guān)專家，綜合考慮各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，給予某些監(jiān)測(cè)項(xiàng)目較大系數(shù)，而并不是平均分配。這樣得出的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估才更切合實(shí)際。

5 隧道工程風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)

通過風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別、評(píng)估，可以掌握隧道施工過程中潛在的風(fēng)險(xiǎn)及其可能造成的損失。隧道工程的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)是指面對(duì)隧道工程風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)采取措施，盡可能回避、減少或降低工程風(fēng)險(xiǎn)損失，完成工程預(yù)期目標(biāo)的工作。該工作順序?yàn)?分析風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別及評(píng)價(jià)的結(jié)論→比選風(fēng)險(xiǎn)處理方案→提出處理方案→組織落實(shí)。隧道工程常用的風(fēng)險(xiǎn)處理措施有:風(fēng)險(xiǎn)回避、風(fēng)險(xiǎn)減輕、風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移、風(fēng)險(xiǎn)分散、風(fēng)險(xiǎn)自留、風(fēng)險(xiǎn)修正等。針對(duì)銅鑼山隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的結(jié)果，可采取以下具體措施:

1)隧道圍巖級(jí)別差，應(yīng)采取臺(tái)階法施工，短進(jìn)尺;

2)針對(duì)隧道圍巖位移變化大的情況，應(yīng)在墻角施做鎖腳錨桿;

3)在開挖仰拱后應(yīng)該及時(shí)封閉成環(huán);

4)針對(duì)施工的具體情況，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)頻率。

6 隧道工程風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控

隧道風(fēng)險(xiǎn)管理中風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別、評(píng)估、應(yīng)對(duì)三個(gè)環(huán)節(jié)已經(jīng)構(gòu)成一個(gè)整體。但是在工程項(xiàng)目的實(shí)施過程中，風(fēng)險(xiǎn)會(huì)不斷發(fā)生變化，可能有新的風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)，也可能預(yù)期的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)消失。隧道工程由于其環(huán)境的特殊性和不可預(yù)知性，風(fēng)險(xiǎn)變化的可能性顯得尤為明顯。因此，對(duì)隧道工程進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控是十分重要的。

風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控的主要任務(wù)是隨著工程項(xiàng)目的進(jìn)展，密切跟蹤已識(shí)別的風(fēng)險(xiǎn)，監(jiān)視殘余風(fēng)險(xiǎn)和識(shí)別新的風(fēng)險(xiǎn)，監(jiān)控已經(jīng)采取應(yīng)對(duì)的風(fēng)險(xiǎn)效果，進(jìn)一步尋找機(jī)會(huì)，細(xì)化風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施，實(shí)現(xiàn)消除或減輕風(fēng)險(xiǎn)的目標(biāo)。

風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控的依據(jù)有:風(fēng)險(xiǎn)管理計(jì)劃、風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)計(jì)劃、工程項(xiàng)目的變更和已發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)事件。

風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控的主要方法和技術(shù)有:項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)審計(jì);定期項(xiàng)目評(píng)估;增值分析;技術(shù)因素度量;附加風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)計(jì)劃;獨(dú)立風(fēng)險(xiǎn)分析。

風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控的內(nèi)容主要包括:計(jì)劃風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控;風(fēng)險(xiǎn)管理有效性監(jiān)控;設(shè)備安全可靠性監(jiān)控;行為風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控;作業(yè)環(huán)境監(jiān)控;項(xiàng)目融資風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控。

風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控的成果:隨機(jī)應(yīng)變措施;糾偏措施;變更請(qǐng)求;修改風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)計(jì)劃;風(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)庫;更新風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

7 結(jié)論

隧道工程風(fēng)險(xiǎn)是隧道工程必須面對(duì)的一個(gè)重大問題，如何降低損失、化解風(fēng)險(xiǎn)是學(xué)術(shù)界、工程界共同面對(duì)的一個(gè)重大課題。風(fēng)險(xiǎn)管理者只有通過全面的識(shí)別、細(xì)致的分析、合理的評(píng)判、恰當(dāng)?shù)奶幚?、?shí)時(shí)的監(jiān)控，才能使工程免受重大損失，保證工程效益。

我國對(duì)隧道工程風(fēng)險(xiǎn)管理的研究起步較晚，本文主要有以下幾點(diǎn)說明:

1)隧道風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、分析與管理應(yīng)該成為隧道工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理或項(xiàng)目監(jiān)理的一個(gè)有機(jī)組成部分。應(yīng)充分認(rèn)識(shí)隧道工程地質(zhì)條件變化等不可預(yù)見的風(fēng)險(xiǎn)，認(rèn)真做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。通過對(duì)隧道工程風(fēng)險(xiǎn)管理所包含的幾個(gè)部分的深入研究，建立隧道工程項(xiàng)目整個(gè)實(shí)施階段的系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)。

2)定量分析是風(fēng)險(xiǎn)分析的一大特點(diǎn)，但有時(shí)很難確定風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率，單純的主觀估計(jì)意義又不大。因此，應(yīng)該研究定性與定量相結(jié)合的適應(yīng)于隧道工程的風(fēng)險(xiǎn)分析與評(píng)價(jià)方法，以便為制訂科學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)響應(yīng)策略提供理論基礎(chǔ)。

3)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中最關(guān)鍵的是風(fēng)險(xiǎn)概率和權(quán)重的取值。本文提出建立與風(fēng)險(xiǎn)因素?cái)?shù)據(jù)庫相結(jié)合的專家分析數(shù)據(jù)庫。該工作是將現(xiàn)場(chǎng)條件、施工狀況等各種可能的風(fēng)險(xiǎn)因素列出清單，再細(xì)化分類，存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫。第一時(shí)間通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳輸?shù)礁魑粚＜沂种?，運(yùn)用專家的淵博知識(shí)和豐富經(jīng)驗(yàn)，對(duì)可能存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行打分，確定各種狀況下的風(fēng)險(xiǎn)因素的概率和權(quán)重，再按風(fēng)險(xiǎn)公式計(jì)算得出風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)值，最后再反饋給專家，提出切實(shí)可行的規(guī)避方案。

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