地铁初步设计地下工程安全风险评估研究

2012-06-24吕培印徐耀德

都市快轨交通 2012年5期

金淮吕培印徐耀德

(1.北京安捷工程咨询有限公司北京 100037;2.北京城建勘测设计研究院有限责任公司北京 100101)

1 工程安全风险评估现状

我国城市轨道交通建设已进入大规模集中发展时期。据统计，截止到2011年底，大陆已有28个城市开展了轨道交通建设，通常线路达56条，里程超过1700 km，中国已成为世界上城市轨道交通建设里程最长、建设城市最多、建设速度最快的国家。其中，北京在建线路7 条、在建里程188.7 km，均为全国地铁建设城市之最［1］。

以地下工程为主的轨道交通建设具有规模大，穿越城市敏感地段多，沿线建(构)筑物、地下管网众多，以及保护要求高、地质条件多变、施工工法多样、管理界面多、工程风险突出等特点。在国内大规模地铁建设过程中，一度质量安全事故多发，给政府、社会造成很大的负面影响。近年来，行业主管部门、政府、工程参建各方，对地铁建设风险的高度关注和风险管控意识不断加强，出台了相关规范性文件和标准规范［2-3］，各地铁建设城市不同程度地开展了安全风险评估与管理的研究和实践工作。在地铁建设中，相关方对地铁工程安全风险评估与管理提出了新的、更高的要求。

工程设计是工程建设的龙头，初步设计是确定工程建设方案和政府、建设单位进行综合决策的关键阶段，是工程风险管控的重要环节。初步设计方案基本稳定，与工程风险最为密切的要素基本明确，因此在初步设计阶段组织开展全面风险评估，提出风险控制措施，为优化改善设计方案、规避重大风险、针对各类风险提出合理的设计处理措施提供依据，是有效规避和控制风险的重要手段和合理时机。地铁及铁路、公路等其他建设领域均已规定在初步设计阶段要全面实施安全风险评估与管理工作［4-5］。

自2005年以来，北京地铁积极探索和深化实施风险评估与管理工作，建立了贯彻建设全过程的风险管理体系和施工风险监控管理信息平台，取得了显著的风险管控效果和综合效益，在全国地铁建设城市中处于前列［6-8］。笔者在分析相关规范性文件、技术标准和北京及其他地铁建设城市风险评估经验和做法的基础上，针对北京地铁工程初步设计和风险管理的特点，对风险内涵、风险分级、评估要点等进行了系统研究，推动风险评估工作更加规范和可实施。

2 工程风险评估的定位

2.1 工程风险的界定

风险是一个极为抽象而且模糊笼统的概念，由于人们研究的角度不同，对风险的看法和给出的定义也不尽相同，很难给出一个完善严谨、一致公认并应用于不同领域的定义。目前，对风险的通常理解是“可能发生的问题”，字典中的解释是“损失或伤害的可能性”，《现代管理百科全书》定义为“风险度R是损失概率P与损失后果C的函数”，国际隧道协会(ITA)定义为“风险是灾害事故对人身安全及健康可能造成损害的概率”，GB 50652—2011定义为不利事件或事故发生的概率(频率)及其损失的组合表示。

目前，风险评估与管理在工程建设中及相关领域得到广泛应用，从风险管理的目标或范围上看，出现了建设风险(GB 50652—2011)、项目风险(GB/T 20032.3—2005)、安全风险(铁建设［2007］200号)、工程安全风险(交公路发［2010］175号)等多个概念。

在地铁工程建设中，各种风险综合并存(如工程实施风险、环境影响风险、经济损失风险、工期延误风险和社会影响风险等)，因地下工程隐蔽性强、不确定因素多，工程实施风险(因工程建设实施难度大或受周边环境影响大导致工程自身和周边环境安全性的风险)尤需特别关注。因此，地铁工程安全质量风险应重点针对地铁工程本身及其周边环境，统一定位为“工程安全风险”［9］。

其中，工程自身风险是指由于工程结构自身的难度而导致工程实施过程中可能出现的安全风险，地铁工程自身风险主要针对基坑隧道而言，如深大基坑、大断面暗挖隧道、盾构始发与到达掘进等。

周边环境安全风险是指临近或穿越新建地铁工程的建(构)筑物、管线、桥隧等周边环境可能受工程施工影响，或因周边环境的存在而影响工程施工安全性而导致的各类风险。

2.2 风险评估的内涵

根据GB/T 23694—2009/ISO《风险管理术语》和当前地铁工程风险评估的做法，风险评估是风险管理的基础工作和核心内容，是风险控制的重要依据，风险评估的内容及二者之间的关系如图1所示。其中风险评估包括风险分析(风险分析又可细化为风险识别和风险估计)、风险评价分级(必要的专项评估)及提供风险处置措施(风险规避、风险转移、风险降低、风险自留)建议的全过程。

具体而言，地铁工程安全风险评估是专门从地铁结构土建实施安全角度，通过充分收集和分析地质、环境条件及设计方案，识别基坑、隧道及周边环境在工程建设中可能影响工程自身和周边环境的各类安全风险，分析评价风险发生的可能性和后果严重程度，划分风险等级大小，提出风险处置技术措施和风险管理策略，并编制风险评估成果文件的活动。

图1 风险评估的内容及其与风险管理的关系

2.3 风险评估的内容与流程

根据GB 50652—2011的规定，并借鉴北京及其他地铁建设城市的现行做法、经验，地铁工程初步设计安全风险评估内容包括新建地铁工程全线风险分级评估和高环境影响风险工程专项评估。

风险分级评估是针对工程设计方案和工程建设条件，对新建地铁工程实施可能导致的土建安全风险进行分类识别、估计、评价与分级、提出风险控制措施建议，编制全线地下工程风险列表及风险分级清单，并符合下列要求:

1)风险识别应在风险界定或划分风险评估单元的基础上，全面辨识可能存在的风险因素、风险事故及风险发生位置，确定风险名称或类型(工程自身风险和环境影响风险)。风险分级宜以全线各地下工程标段(工点)或其单位工程为评估单元，可采用检查表、专家调查、工程类比等方法。

2)风险估计是在风险识别的基础上，估计风险事件发生的可能性风险损失及其相对风险指数或等级。可采用专家评议、模糊综合评判、矩阵法等方法，必要时可建立合理的分析计算模型加以确定。

3)风险评价与分级是在风险识别和风险估计的基础上，根据工程风险等级标准细化确定全线各地下工程标段(工点)或其单位工程的风险等级(可包括工程自身风险分级、环境影响风险分级和工程风险总体分级)，编制风险分级清单，必要时建立层状或树状分级列表。可采用专家评议、层次分析和风险矩阵法，多种方法宜相互验证。

高环境影响风险工程专项评估是针对评定为I级环境影响风险的工程，通过施工附加影响分析和计算预测，对环境对象安全性进行细化评估和深入风险评价，为环境安全保护专项设计、控制指标、制定专项施工措施(施工工艺工序、加固措施等)等提供依据。可采用理论分析、数值模拟、工程类比和专家评议等方法综合确定。

无论是新建地铁全线风险分级评估，还是高环境影响风险专项评估，实施过程中应尽量收集分析各种相关基础资料，与设计单位充分沟通，深入了解设计方案及其变化过程，加强评估方案、评估成果的管理评审和专家论证，确保风险评估的科学性、严肃性和可靠性。

初步设计风险评估的总体管理流程见图2。

图2 风险评估的技术管理流程

3 风险等级标准

GB 50652—2011规定，工程建设风险等级标准按照风险可接受程度(由大到小)宜分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ4级，并根据风险发生的可能性和风险损失的等级标准(分别分为频繁、可能、偶尔、罕见、不可能5级和灾难性、非常严重、严重、需考虑、可忽略5级)通过矩阵法确定风险等级标准(见表1、表2)。

表1 风险等级标准及风险接受准则

表2 基于风险发生可能性与风险损失等级的风险等级标准划分原则

北京现行做法定义了“风险工程”的新理念，以工程自身和周边环境两类承险体为风险管理对象，制定了特级、一级、二级、三级的4级风险工程定性参考标准(图3)及其调整原则。

图3 北京现行风险工程分级规定

其中自身风险工程依据工程自身特点及实施难度为风险分级基本依据，如基坑深度、暗挖结构层数、跨度、断面形式、覆土厚度、开挖方法等。环境风险工程依据环境自身特点如周边环境对象的重要性、复杂性、现状安全度、与新建地铁结构的相互影响分区等为风险分级基本依据。

对比分析可以看出，GB 50652—2011规定和北京做法均以风险为关注点，但二者的定位、分级依据、风险接受准则等有较大的不同。

从定位上看，GB 50652—2011所指工程建设风险包括人员伤亡、经济损失、工期延误、环境破坏、社会不良影响等5大风险影响因素或类型，并面向规划可研、勘察设计和施工等建设全过程，风险所指广义、宽泛。北京做法更多关注地铁工程建设的技术风险，多针对工程自身和周边环境两大承险体及设计阶段，风险所指较窄、针对性强。

从分级评估依据上看，GB 50652—2011从风险的基本涵义出发，通过分别确定风险发生可能性和风险损失的等级，来确定工程建设风险等级，但由于国内地铁建设历史较短、积累的事故样本严重不足，风险发生概率或频率、人员伤亡、经济损失或工期延误等取值标准难以定量估测，有些标准偏高(如一旦有人员伤亡，政府和参建各方不可接受)，不适国情和技术上难以实现［8］。北京做法是以工程设计咨询人员自身经验为主，通过工程类比、专家评议和审查论证等方法进行定级判断，方法实用、简便，但存在对风险分析和定量化不足等问题。

从风险接受准则上看，GB 50652—2011规定了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ4个风险等级，分别是不可接受、不愿接受、可接受和可忽略，与工程实际有一定的脱钩。工程在设计过程中也是一个风险认知、处理的过程，确定的设计方案一般是满足相关技术标准要求的，不太可能出现Ⅰ级不可接受风险的情况，否则方案难以通过、需要设计变更等。北京做法分为特、一、二、三级风险工程，主要定位于指导工程安全分级管理(如专项设计、第三方监测)，并融入整个工程建设环节中，并非严格意义上的风险分级，即风险工程等级高，不一定风险高、工程应对措施复杂。

为更好地制定风险等级标准和开展风险管理，需要将二者很好地结合起来，总体原则是:既要合理确定风险等级，又要有利于工程管理和为工程服务。为此，建立如表3所示的风险等级参考标准。

表3 建议的北京地铁土建风险等级参考标准

4 风险评估要点

在前述风险等级标准的基础上，需针对自身风险分级、环境影响分级和专项评估的技术要点进行细化。

4.1 自身风险工程分级

工程自身风险应主要考虑不同工法、工程结构特点、地质条件、工程技术方案安全性及可实施性等影响因素。其中，地质条件应重点考虑勘察资料的深度及可靠性、不良地质、特殊性岩土、水文地质及对工程施工不利的地质条件(如饱水粉细砂层、地层空洞、卵漂石层、层间滞水、高承压水、土岩复合地层、局部软土层)等地质风险因素。

具体分级时，明(盖)挖法工程可划分为主体基坑工程、出入口、风井、工作井(暗挖施工竖井、盾构始发到达井)等分级单元，宜以地下结构的层数或基坑开挖深度为基本分级依据，辅以基坑形式复杂性、地质条件复杂程度等进行风险分级修正。

矿山法工程可划分为暗挖车站或隧道区间标准段、隧道区间大断面段、隧道区间特殊条件段(变断面、处于不良地质或复杂环境地段等)、联络通道、出入口等分级单元，宜以矿山车站的层数、跨度或矿山区间的隧道跨度、断面大小及复杂程度为基本分级依据，并辅以地质条件复杂程度、隧道空间状态(坡度、覆土厚度、相邻隧道空间位置关系)等为风险分级修正依据。

盾构法工程可划分为盾构进出洞、盾构掘进、管片拼装、盾构掉头与过站、隧道区间特殊条件段(近接隧道、处于不良地质或复杂环境地段等)等分级单元，宜以地质条件复杂程度为基本分级依据，辅以隧道空间状态(坡度、覆土厚度、相邻隧道空间位置关系)等为风险分级修正依据。

风险分级依据及调整原则见表4。

表4 不同施工方法的自身风险工程分级依据及调整原则

4.2 环境影响风险工程分级

环境影响风险应考虑周边环境的重要程度、现状安全状况、与新建地铁结构的相互影响关系(通过工程影响分区定性确定)、所处地质条件、施工方法及周边环境保护方案可实施性与安全性等影响因素。

周边环境重要性程度可根据周边环境对象的类型、功能定位、使用性质、特征、规模等，分为极重要、重要、一般、次要4级。环境重要性分级须以周边环境调查资料作基础。

周边环境现状安全度可根据周边环境对象的安全现状与现行国家地方标准规范的符合程度、当前使用功能状况及安全适用性等方面确定，可分为差、中、良、优4级。周边环境现状安全等级须以周边环境调查和检测鉴定评价为基础。周边环境与新建地铁工程结构的相互影响关系可根据二者间相互影响分区确定，分为强烈影响区、显著影响区和一般影响区，参见表5。

表5 工程影响分级参考标准

环境影响风险工程分级时宜以周边环境重要性分级和工程影响分区相互影响分级为基本分级依据，以周边环境现状安全等级、所处地质风险条件分级等进行风险分级修正，见表6。

表6 环境影响风险工程等级参考标准及调整原则

4.3 高环境影响风险工程专项评估

高环境影响风险工程专项评估应利用分析环境调查、检测鉴定评价等相关成果资料，通过对周边环境安全性进行施工附加影响分析，预测工程施工对环境的影响程度、范围，对环境安全性和工程风险进行进一步评价，并提供环境变形控制指标和改善设计处理措施等建议，同时为环境影响风险的工程初步设计审查、环境变形控制指标确定、环境保护安全专项设计与施工图设计、监控量测和制定专项施工措施(施工工艺工序、加固措施等)提供依据。

环境影响风险专项评估应针对不同的施工工况和工序，分析提出周边环境影响的风险预警控制指标建议值，必要时给出相应工序的分阶段控制指标建议值，供设计单位和专家论证时参考使用。