龔文平 王明遠

城市地鐵隧道工程建設項目是一項投資大、工期長、專業(yè)多、涉及面廣的復雜性系統(tǒng)工程。目前，在項目的規(guī)劃、設計、建設和運營期間，存在諸多不確定因素以及不可預見風險，使得地鐵建設與地鐵運營在安全性方面面臨諸多風險。如何對這些項目進行完善和系統(tǒng)的風險管理，準確預見可能出現(xiàn)的危險和災害，從而采取有效的預防和控制措施，必要時啟動相應的應急方案，處理各種工程風險所造成的不利后果，使項目以最小的成本獲得最大的回報［1］，已經(jīng)成為城市地鐵建設中最為緊要的問題。

1 城市地鐵隧道工程風險分析

工程風險一般由系統(tǒng)發(fā)生事故時的損失程度與系統(tǒng)發(fā)生事故的概率兩方面控制，其中系統(tǒng)的損失主要體現(xiàn)在經(jīng)濟費用損失、工程進度損失、工程質量損失、公司公眾形象損失、工程環(huán)境損失等多方面。城市地鐵隧道工程風險存在一系列特點:1)需要一定的專業(yè)知識與專業(yè)經(jīng)驗才能高效地識別、評估、解決工程中可能出現(xiàn)的各種風險;2)城市地鐵隧道工程周期長、工程線路長、工程穿越地層環(huán)境多變等因素使得工程風險發(fā)生頻率遠高于一般土木工程;3)城市地鐵隧道工程量大、工程涉及面廣、工程線路長、社會資源投資大等因素使得工程一旦發(fā)生工程風險，將會產生多方面的不利影響。由于城市地鐵隧道工程風險具有以上特點，使得工程從業(yè)人員對于工程的風險管理不敢掉以輕心，必須嚴肅認真地對待。城市地鐵工程風險可能出現(xiàn)在工程的各個生命環(huán)節(jié)，因此對于城市地鐵工程的風險管理應該本著全壽命周期概念，對工程的各個生命環(huán)節(jié)進行高效的風險管理控制。根據(jù)以往的地鐵隧道工程經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)其在工程建設期間以及地鐵運營期間最易出現(xiàn)風險事故，因此本文主要從這兩個階段對工程風險進行分析。

2 城市地鐵隧道工程建設階段風險特點

目前，在城市地鐵隧道工程建設方面主要存在理論研究以及工程經(jīng)驗嚴重不足等問題。理論研究不足主要體現(xiàn)在:土體的本構關系不成熟、地層與結構相互作用的力學模型研究不成熟;工程經(jīng)驗不足主要體現(xiàn)在:地下工程結構的地區(qū)性特點使得不同地區(qū)的地層特性和力學模型相差巨大，不同地區(qū)之間的工程經(jīng)驗很難相互參考驗證、缺乏對早期地下工程數(shù)據(jù)收集。理論研究以及工程經(jīng)驗不足導致目前地鐵隧道開發(fā)、建設仍然是一項充滿不確定性的高風險事業(yè)。根據(jù)慕尼黑保險公司的統(tǒng)計資料顯示，1994年以來世界主要地鐵隧道在施工過程中塌方事故造成的經(jīng)濟損失達上億美元［2］。城市地鐵隧道無論是在軟土地區(qū)盾構法施工還是巖石地區(qū)采礦山法施工，在隧道進出洞以及相鄰隧道橫通道施工期間都可能出現(xiàn)較大的工程風險。2003年7月，上海地鐵M4線越江隧道的聯(lián)絡通道施工失敗，造成直接經(jīng)濟損失1.5億元［3］。

2.1 城市地鐵隧道進出洞施工工程風險特點

城市地鐵隧道建設是一項涉及面廣、線路長的大型系統(tǒng)性工程，工程風險不僅局限于城市地鐵隧道自身，還可能涉及到對周圍環(huán)境造成的影響。盾構法施工中，由于城市地鐵隧道工作井在軟土地區(qū)普遍采用較厚的地下連續(xù)墻施作，而盾構機刀盤不足以切削堅硬的鋼筋混凝土墻體。因此，盾構機進出洞時，一般對工作井后的土體采用水泥土攪拌樁、旋噴樁等進行加固、止水處理后，由人工或者機械鑿出盾構機大小的圓形孔洞，然后利用盾構機切削加固土體進行進出洞操作。由于工作井后的土體加固、止水效果難以有效控制，使盾構機在進出洞時存在較高風險，極易發(fā)生盾構機械故障、工作井漏泥漏水，輕則造成地面沉降，重則造成工作井坍塌、周圍環(huán)境大規(guī)模沉降，出現(xiàn)重大工程風險損失。礦山法施工中，城市地鐵隧道口部由于各種原因巖石一般會發(fā)生風化，造成巖石強度降低，使隧道口部施工存在重大風險，此階段施工如果不采取一定的工程保護措施極易出現(xiàn)洞口坍塌、洞墻大變形等工程事故，造成重大風險損失。

2.2 城市地鐵隧道橫通道施工工程風險特點

除隧道進出洞施工外，地鐵隧道施工最大風險可能存在于區(qū)間隧道橫通道施工過程中。橫通道施工破壞了隧道與土體原有的力學作用體系，使得隧道結構處于一個相對不利的偏壓受力狀態(tài)，極易造成隧道結構破壞。盾構法施工中，橫通道施工一般是在區(qū)間隧道主體施工結束后，在橫通道處采用凍結法、管棚法等施工。由于盾構隧道多位于軟土地區(qū)，地下水位較高，致使管棚法施工成本較高且安全性能不足，加之管棚法施工受到隧道空間限制，目前管棚法施工逐漸被凍結法取代。上海長江隧道雙管之間8條連接通道的施工中，采用了人工凍結法作為臨時的土體加固措施，施工過程中采用以鹽水凍結的人工地層凍結法作為臨時土體加固［4］。然而，凍結法施工中依然存在不少風險因子:土體的凍結時間、凍結溫度、凍結管網(wǎng)布設方式、土體解凍等一系列因素，使得橫通道施工比區(qū)間隧道的施工變得更具有風險性。礦山法施工中，橫通道一般仍然采用礦山法進行施工，其施工過程主要破壞了原有隧道結構的力學封閉性，因此容易出現(xiàn)一系列工程風險問題，對隧道結構以及周邊環(huán)境產生顯著影響，需要引起足夠的重視。

2.3 城市地鐵隧道區(qū)間隧道施工工程風險特點

城市地鐵隧道縱向穿越的巖土層地質條件以及周邊環(huán)境存在諸多不確定性，因此，區(qū)間隧道施工時依然可能存在較大風險因子，需要引起重視。

盾構法施工中，區(qū)間隧道穿越地層變異等原因使盾構機在區(qū)間隧道推進過程中存在一定風險:如盾構機頻繁穿越變異土層需要及時進行施工參數(shù)調整，否則極易造成盾構刀盤磨損破壞、盾構掉頭、盾構轉彎等一系列問題;城市地鐵隧道線路較長，隧道周邊環(huán)境復雜多變，如區(qū)間隧道需要穿越已建運營隧道(上海軌道交通7號線需要斜穿越1號線下面［5］)、區(qū)間隧道需要穿越重要保護性建筑等，這些區(qū)段隧道推進都極易造成原有工程環(huán)境破壞，如果不制定與實施相應保護措施，極易造成區(qū)間隧道周圍環(huán)境破壞，出現(xiàn)重大工程事故;同時，當區(qū)間隧道上覆土層較薄時，也需要制定與實施相應保護措施，合理地控制盾尾注漿壓力，否則極易造成上覆土層以及地面環(huán)境等破壞(隆起或者沉降)。

礦山法施工中，由于施工地質條件不同，礦山法施工存在一系列不同于軟土盾構法施工的工程風險因子。礦山法城市地鐵隧道往往需要穿越不同巖層、巖層斷層破碎裂隙帶、巖層風化帶等，其都存在較高的施工風險，這些高危區(qū)段施工時，需要制定與實施相應保護措施，以降低施工風險，確保工程安全;同時，礦山法施工普遍存在施工環(huán)境惡劣、空氣質量差等問題，極易對從業(yè)人員造成一定身體傷害，這些風險因子需要引起工程人員的注意，制定一定工程保護性措施，以確保施工人員生命安全。

3 城市地鐵隧道運營風險特點

3.1 城市地鐵隧道周邊環(huán)境變化

城市地鐵隧道設計使用周期長(一般為100年)，由于社會認識水平制約，城市地鐵隧道在規(guī)劃、設計中很難將若干年后城市隧道周邊環(huán)境完全變化考慮進去。在隧道的后期運營中，周邊環(huán)境發(fā)生了巨大變化，同時地鐵運營對周邊環(huán)境也產生了一定影響等，這些環(huán)境變化都極大地改善了原隧道結構的受力模型，使隧道結構可能存在比設計時更為不利的荷載工況作用。這些不利因素作用極易造成城市地鐵隧道的過量變形(沉降、隆起、收斂變形等)以及破壞。由于地鐵隧道的運營要求以及工程的隱蔽性特點，這些變化很難再及時發(fā)現(xiàn)并進行修復，從而可能導致一系列的工程風險事故。

3.2 城市地鐵隧道襯砌結構材料性能變化

城市地鐵隧道設計使用周期長，鋼筋混凝土管片(襯砌)一般可以保證長期使用要求，但是地鐵隧道防排水材料的質量卻并不能保證長期使用要求，因此地鐵隧道在運營期間將會出現(xiàn):結構不能較好的防水防泥，出現(xiàn)各種各樣的運營質量問題。隧道結構不能有效地防水將造成隧道上方地層地下水位下降，誘發(fā)一系列環(huán)境保護問題;隧道結構不能有效地防泥，造成隧道結構周圍土層流失，改變隧道結構的力學模型，導致一系列的隧道病害。

城市地鐵隧道結構承受列車作用的反復動荷載作用，容易造成隧道結構以及接頭損傷積累以及疲勞破壞等問題。而目前針對該方面的理論研究較少，致使很難及時準確地預測、識別、處理城市地鐵隧道運營期間可能出現(xiàn)的各種風險。

3.3 城市地鐵隧道運營期間消防安全

城市地鐵隧道運營期間，由于地鐵隧道工程大部分埋設在地下，與地面出入口僅局限于地鐵車站，使地鐵隧道在運營期間存在重大消防隱患。由于地鐵在地下空間運行、環(huán)境相對封閉、人員聚集密集，通風和疏散受到極大限制等，一旦發(fā)生意外事故，地下空間的人員以及財產很難及時轉移，從而容易造成巨大傷亡損失［3］。

4 結語

針對目前大規(guī)模修建的城市地鐵隧道存在眾多風險因子以及安全隱患，有必要對城市地鐵隧道的規(guī)劃、設計、建設和運營過程建立全壽命周期的風險管理體系以及數(shù)據(jù)監(jiān)測采集系統(tǒng)，針對項目不同階段不同工程需求進行工程參數(shù)信息化收集、管理、分析、處理，確定項目在各階段存在的風險因素以及安全隱患，并制定相應的風險處理方案，及時識別、處理城市地鐵隧道在全壽命周期中可能存在的各種風險，降低工程風險，并通過對這些工程資料的收集整理為以后的科學研究以及工程設計提供依據(jù)，確保城市地鐵隧道建設的百年大計。

［1］ 張禮杰，張家春.風險管理在地鐵隧道工程中的應用［J］.建筑施工，2006，28(3):31-32.

［2］ 路美麗，劉維寧，羅富榮，等.隧道與地下工程風險管理研究進展［J］.工程地質學報，2006(5):462-469.

［3］ 陳桂香，黃宏偉，尤建新.對地鐵項目全壽命周期風險管理的研究［J］.地下空間與工程學報，2006，2(2):47-51.

［4］ 凌宇峰，王吉云.人工地層凍結技術在上海長江隧道工程的應用［J］.地下空間與工程學報，2010，2(6):184-188.

［5］ 周學領，王益群.軟土地層盾構超近距離穿越運營地鐵隧道的風險與施工控制［J］.上海建設科技，2008(1):45-48.