葉源新

（上海城投水務(wù)（集團）有限公司，上海市201103）

0 引言

深層調(diào)蓄隧道項目是一項投資大、工期長、專業(yè)多、涉及面廣的復(fù)雜性系統(tǒng)工程，存在諸多不確定因素，以及不可預(yù)見風(fēng)險，使得全線系統(tǒng)建設(shè)與運營在安全性方面面臨諸多考驗。如何開展完善和系統(tǒng)的風(fēng)險識別，準確預(yù)見可能出現(xiàn)的危險和災(zāi)害，從而采取有效的預(yù)防和控制措施，必要時啟動相應(yīng)的應(yīng)急方案，處理各種工程風(fēng)險所造成的不利后果，使項目以最小的成本實現(xiàn)有效的風(fēng)險管控，已經(jīng)成為深層調(diào)蓄隧道系統(tǒng)建設(shè)中最為緊要的問題。

常規(guī)的風(fēng)險識別過程一般根據(jù)工程建設(shè)周期，按照勘察、設(shè)計、施工等方面開展風(fēng)險要素的分類研究[1]。由于工程建設(shè)各階段存在大量的風(fēng)險因素，其不確定性、復(fù)雜性都增加了風(fēng)險識別分析的難度，常規(guī)的風(fēng)險識別方法難以完整準確地識別評估工程風(fēng)險。而深層調(diào)蓄隧道項目的風(fēng)險識別及等級劃分難度大，出現(xiàn)工程質(zhì)量問題時將產(chǎn)生難以預(yù)估的后果，給風(fēng)險管理工作帶來了巨大的難度。課題研究者從工程整體質(zhì)量的角度進行考慮，探究水力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料學(xué)、土力學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)、測繪學(xué)等多個學(xué)科專業(yè)的水平在整個工程中的作用，對潛在的風(fēng)險要素進行主要交叉學(xué)科專業(yè)的要素識別和風(fēng)險點預(yù)判。

1 深層調(diào)蓄隧道系統(tǒng)風(fēng)險識別的流程

為了實現(xiàn)深層調(diào)蓄隧道系統(tǒng)風(fēng)險識別的有效性和綜合性，相應(yīng)的識別過程需要有嚴謹完善的步驟和過程。本文對風(fēng)險的識別采用基于學(xué)科專業(yè)的風(fēng)險分類方法，將風(fēng)險要素和關(guān)鍵點按照專業(yè)方向歸納整理，識別過程相對清晰完整，識別結(jié)果應(yīng)用較為明確。具體流程如圖1所示。

2 深層調(diào)蓄隧道系統(tǒng)交叉學(xué)科風(fēng)險要素識別

通過引入學(xué)科分類方法，初步構(gòu)建了涉及水力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、土力學(xué)、材料學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)、測繪學(xué)等多學(xué)科的風(fēng)險識別方法?，F(xiàn)已識別水力學(xué)技術(shù)要點4項、關(guān)鍵要素5項、風(fēng)險點5項，結(jié)構(gòu)力學(xué)技術(shù)要點4項、關(guān)鍵要素12項、風(fēng)險點17項，土力學(xué)技術(shù)要點6項、關(guān)鍵要素15項、風(fēng)險點17項，材料學(xué)技術(shù)要點2項、關(guān)鍵要素2項、風(fēng)險點4項，水文地質(zhì)學(xué)技術(shù)要點3項、關(guān)鍵要素6項、風(fēng)險點19項，測繪學(xué)技術(shù)要點5項、關(guān)鍵要素8項、風(fēng)險點9項，初步形成了深層調(diào)蓄隧道風(fēng)險點的識別清單。囿于篇幅，本文僅以水力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)為例，闡述該方法和取得的初步成果。

2.1 水力學(xué)風(fēng)險要素的識別

在水利工程中，習(xí)慣上常將流速達到15～20 m/s以上的水流作為高速水流，其存在將伴生很多特殊的水力學(xué)問題[2]。深層調(diào)蓄隧道系統(tǒng)中的豎向跌落井，進水落差大，當落差超過12 m時，即可能形

圖1 深層調(diào)蓄隧道系統(tǒng)風(fēng)險識別流程圖

成高速水流，容易在豎井內(nèi)出現(xiàn)回流、旋渦、摻氣水流等多種復(fù)雜的水力流動現(xiàn)象，可能引起豎井內(nèi)沖蝕、空化、振動、噪聲等問題。深層隧道內(nèi)水-氣流動特性復(fù)雜，在主隧道排氣能力不足或水力瞬變劇烈時，易產(chǎn)生截留氣團，可能形成彌合水錘，引起劇烈的壓力振蕩；壓強的頻繁交變過程，可能剝蝕隧道表面，增大水流阻力，降低過流能力，進而影響深隧結(jié)構(gòu)安全和運行穩(wěn)定。與復(fù)雜的水力學(xué)風(fēng)險問題伴生的還有流固耦合問題，如豎井中消能工內(nèi)流態(tài)的劇烈變化產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)振動，淺滿交替不穩(wěn)定流產(chǎn)生的壓力振蕩與波動對主隧道結(jié)構(gòu)的影響。

根據(jù)上述分析及已有的研究成果可知，水力學(xué)風(fēng)險要素至少包括：消能、瞬變流、滯氣浪涌、震動等，其影響階段包括設(shè)計、施工、調(diào)試、運行等全過程。水力學(xué)風(fēng)險要素的風(fēng)險點及后果預(yù)判見表1所列。

2.2 結(jié)構(gòu)力學(xué)風(fēng)險要素的識別

在國外排水調(diào)蓄隧道工程中，采用的結(jié)構(gòu)形式有單層襯砌與雙層襯砌，采用的管片形式有混凝土管片與復(fù)合管片。大多盾構(gòu)法隧道采用的是螺栓連接的接頭形式，無手孔快速插入接頭成為排水調(diào)蓄盾構(gòu)法隧道的技術(shù)發(fā)展方向。在國內(nèi)，目前尚缺乏可參考的深層隧道盾構(gòu)法工程案例，只有廣州市深層隧道排水系統(tǒng)東濠涌試驗段處于施工階段[3]。深層調(diào)蓄隧道工程由于承受內(nèi)水壓力，與一般的公路隧道、地鐵隧道等在結(jié)構(gòu)力學(xué)的計算理論、建造技術(shù)、設(shè)計與施工方面都有很大的不同。

表1 水力學(xué)風(fēng)險要素一覽表

根據(jù)前述分析及已有的研究成果可知，結(jié)構(gòu)力學(xué)風(fēng)險要素至少包括：基坑、襯砌結(jié)構(gòu)、地下連續(xù)墻、水泥土攪拌墻等，其影響階段包括設(shè)計、施工[4]、運行等。結(jié)構(gòu)力學(xué)風(fēng)險要素的風(fēng)險點及后果預(yù)判見表2所列。

2.3 水力學(xué)與結(jié)構(gòu)力學(xué)交叉風(fēng)險要素分析

為降低水力學(xué)的技術(shù)風(fēng)險，工程上可能增設(shè)消能工或減振減蝕措施，將影響既有的工程結(jié)構(gòu)條件，可能增加新的結(jié)構(gòu)力學(xué)方面的風(fēng)險，如豎井消能工對井體偏載的影響范圍、豎井真圓度指標的二次計算、水力減振構(gòu)件對隧道管片強度的影響等。

反之，為降低結(jié)構(gòu)力學(xué)的技術(shù)風(fēng)險，特殊的結(jié)構(gòu)處理方式也將影響過流的水力條件，從而增加了新的水力學(xué)方面的風(fēng)險，如特深地墻槽段分幅后連接處的過流斷面變化引起的流速、壓力的波動，以及沖蝕等問題。

另外，襯砌混凝土老化是深層隧道襯砌結(jié)構(gòu)可靠度降低、風(fēng)險增大的重要原因之一，影響材料本身性能的未知因素較多，在隧道建成后仍可能有潛在的破壞因素；如何針對第三承壓水層進行減壓降水是特深豎井建造過程中無法回避的水文、地質(zhì)和結(jié)構(gòu)相互交叉的技術(shù)風(fēng)險難題；針對降低水力、結(jié)構(gòu)、材料、水文、地質(zhì)等風(fēng)險的技術(shù)措施，測繪勘察的精確度決定了風(fēng)險控制的級別，進一步影響工程風(fēng)險的綜合評估和應(yīng)對預(yù)案的制定。

表2 結(jié)構(gòu)力學(xué)風(fēng)險要素表

3 結(jié)論

大型建設(shè)工程項目的風(fēng)險主要來源于項目的復(fù)雜性和不確定性，梳理交叉學(xué)科專業(yè)是對風(fēng)險要素識別的良好嘗試。課題研究者在深層調(diào)蓄隧道系統(tǒng)安全風(fēng)險管理領(lǐng)域引入了學(xué)科分類方法，并結(jié)合其他深層隧道案例經(jīng)驗，利用已有研究成果，初步構(gòu)建了涉及水力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、土力學(xué)、材料學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)、測繪學(xué)等多學(xué)科的風(fēng)險識別方法。初步結(jié)果表明，該方法可比較系統(tǒng)全面、高效有效地完成風(fēng)險要素分類和識別分析，易于總結(jié)各專業(yè)方向的技術(shù)難題和關(guān)鍵風(fēng)險點，又便于發(fā)現(xiàn)交叉學(xué)科中隱藏的風(fēng)險因素。同時，清晰的學(xué)科分類有助于下階段更有針對性的選擇管控手段和相應(yīng)措施。

采用該方法研究深層調(diào)蓄隧道風(fēng)險識別的關(guān)鍵，主要是研究各個學(xué)科專業(yè)之間的作用關(guān)系及各個學(xué)科要素對系統(tǒng)風(fēng)險的影響規(guī)律。已知要素之間的作用關(guān)系在主要學(xué)科分析中已經(jīng)基本完成，后面還需要進一步就各個要素對系統(tǒng)風(fēng)險的影響進行深入研究。

4 致謝

感謝上海市水務(wù)建設(shè)工程安全質(zhì)量監(jiān)督中心站、上海市政工程設(shè)計研究總院（集團）有限公司、河海大學(xué)、同濟大學(xué)等對研究過程及技術(shù)資料的支持和幫助。

[1]郭陜云.關(guān)于隧道及地下工程建設(shè)風(fēng)險管理的實施意見[J].現(xiàn)代隧道技術(shù),2007，44（6）:1-4．

[2]劉士和.高速水流[M].北京：科學(xué)出版社，2005．

[3]王廣華,李文濤,陳貽龍，等.廣州市東濠涌深層排水隧道工程前期研究[J].中國給水排水,2016,32（22）:7-13．

[4]王晶,王鵬飛,譚躍虎.地鐵隧道工程施工過程中風(fēng)險管理研究[J].地下空間與工程學(xué)報,2009，5（2）:385-389．