高速铁路隧道施工风险管理技术探索

李 明,王占龙

(中铁十六局集团有限公司,北京 100018)

1 概述及工程概况

隧道工程风险管理是一种复杂的、动态的、开放的系统,影响该系统的因素众多,且各种风险因素所引起的后果严重程度迥异。系统的复杂性主要体现在系统因素确定性和不确定性并存的双重性,比如对工程地质体的描述:岩体节理发育程度、围岩级别、岩体质量指标、岩体完整性系数、岩体物理力学参数等,都具有随机的不确定性;系统的动态性体现在与时间维、空间维的关系,风险随着时间、地点的变化而发生变化,比如,工程岩体开挖后,其稳定性和强度随时间的增长而降低。系统的开放性主要体现在同外界环境交换信息、能源、材料等。

兰渝铁路设计时速 200km,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标段位于甘肃省渭源、漳县境内,线路全长69.96km,隧道 49.25km/13座,约占线路总长的71%。本标段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。地层岩性变化较大,并与构造作用密切相关。隧道穿越地层主要有黄土、泥岩、砂岩、页岩、砾岩、灰岩等。区域内分布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。

2 隧道工程风险管理的意义

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。隧道工程风险管理是决定隧道工程项目能否顺利完成的关键性因素,是提高对投资、工期控制精度和质量控制水平的主动措施,也是建设市场运行机制发挥作用的重要保证。

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风险管理的核心内容,或者说风险管理是解决这些问题的最佳有效途径。

隧道工程项目风险管理是项目管理的重要组成部分,但它不同于其他的管理功能。开展隧道工程风险管理对于实现隧道工程系统总体效益最佳有着非常重要的意义,具体表现在:

(1)有利于进一步明确工程目标、任务及工程风险,增强项目各参与方的风险意识及合作精神;

(2)有利于决策科学化,通过风险管理企业决策者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”;

(4)有利于提高项目各参与方的风险管理意识和风险管理能力,从而达到控制风险,减少损失的目的。

3 隧道工程风险管理体制的建立

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。

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。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,且其只是风险处理一种方式,在此基础上,如何建立一套具有系统性、可操作性的隧道风险管理体系对于项目各参与方尤为重要,兰渝铁路 LYS-2标隧道施工过程中风险管理体制的建立主要体现在以下几方面。

3.1 建立完善的内部风险管理职能部门

(1)各级项目部设安全总监、安全质量部,架子队设安全室,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。

3.2 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,补给之短;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;

3.3 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。

3.4 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,专项方案力求具有一定的针对性、经济性和可操作性。

3.5 建立完善的风险管理外部网络

主动与项目各参与方、地方政府、行业协会、公安、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。

4 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,如图1所示。

4.1 风险管理准则

全过程风险管理是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的利润、减少工期延迟等的风险管理共赢原则。

4.2 风险管理目标

图1 隧道风险管理流程

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。

施工风险管理目标的确定应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,应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。

4.3 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。不良地质有浅埋、滑坡、危岩、落石等;地质灾害很多,常遇到的有岩爆、岩溶、突泥涌水等;常见的有害气体多为可以燃烧和爆炸的瓦斯和天然气,以及有毒的硫化氢气体等;隧道高温则是因隧道较长、埋深较深所产生的高地温;惯性事故多出于隧道坍塌、爆破作业、施工用电以及爆破后危石伤人等。

风险辨识工作应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都应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。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的存在的潜在危险源;

(2)详细、全面地研读设计文件,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)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。

4.4 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。铁路隧道风险评估应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。风险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,一般有两条途径,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。

根据我集团公司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,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,不同时间事故发生的概率也相差很大。兰渝铁路隧道事故概率根据事件发生时间及部位统计如图2、图3所示。

图2 隧道工程事故发生时间概率

图3 隧道工程事故易发部位概率

根据兰渝铁路 LYS-Z标段隧道实际情况以及各种潜在危险源的影响程度,集团公司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。

4.5 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,尽可能地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、冬防施工等等。

在隧道施工风险决策过程中,应充分利用科技手段、成熟的工法、先进的设备、可靠的经验,尽可能的控制和避免安全事故的发生,有效降低隧道施工的工程成本。

4.6 风险监控

(1)建立风险监控台帐

隧道工程开工伊始,各级风险管理职能部门均应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应不断更新、完善。

为了更好地进行风险控制,各隧道均建立独立的风险监控台帐,监控台帐中应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,针对重大危险源应附注风险评估纪要、专项安全施工方案,并对全体参建员工进行公示。

(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。各级风险管理制度的制定,必须经过严格的审查,其内容覆盖层面、涉及深度必须适合所管理的施工项目,其实践操作性应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,但是应该清醒地认识到风险的衍生是随着社会的进步而不断更新的,社会经济高速发展的风险是与日俱增、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)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,对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、二衬施工步距,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、发展态势和可控性等情况,对可能发生的突发风险事件进行预警分级。

⑧及时进行施工现场识别风险的公示,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。

5 结语

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质量监督行为及监督模式的转变提供一定的参考依据,进而能更好地控制风险源,确保隧道施工安全处于受控状态。

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