城市轨道交通地下工程风险分析

张鹤年，伍进进，席培胜，陈凯祥，钱 敏（安徽建筑大学，土木工程学院，安徽合肥，230601）



城市轨道交通地下工程风险分析

张鹤年，伍进进，席培胜，陈凯祥，钱 敏
（安徽建筑大学，土木工程学院，安徽合肥，230601）

摘要：随着城市轨道交通地下工程建设规模的逐渐扩大，工程风险问题已经越来越突出，而风险管理主要是事前预防，规避企业风险的决策管理方式。介绍了轨道交通地下工程风险管理的国内外研究现状、风险发生机理以及当前风险管理存在的主要问题；对风险控制方法进行了适用性分类；总结出轨道交通地下工程风险管理应循序渐进，不断创新，增强城市轨道交通安全风险管理体系。

关键词：轨道交通地下工程，风险管理，风险控制，风险发生机理

0　引　言

近年来，我国城市化进程飞速发展，城市交通拥堵问题已日渐浮现，而轨道交通的建设，已逐渐成为解决城市拥堵问题的主要方式。但由于建设规模大、周期长，地下工程施工环境复杂，存在许多不确定因素，容易导致安全质量事故的发生。而事故一旦发生，将会造成巨大的经济损失和社会影响。因此，本文有望通过对城市轨道交通地下工程范畴安全管理的国内外近状进行整理，介绍风险规避的方法以及地下工程的不确定成份，总结轨道交通施工管理中存在的主要问题，对今后的研究方向进行分析和探讨。

1　国外现状

1.1风险管理史

风险分析理论雏形的出现到现在已有近一个多世纪的历史，然而多以理念的建立和定性的研究为主，定量的研究主要侧重于结构和岩土体介质材料的可靠度计算方面。

自1970年后，风险理论分析取得了相应的成果，但是真正将风险管理应用到轨道交通领域，是从2000年之后才逐渐开始。从2000年之后，国际隧道协会及地下空间协会每年年会主要关注的问题就是安全、经济和风险。美国、欧洲已经在积极开展轨道交通地下工程风险管理方面的应用研究工作，欧共体行政院和意大利政府也先后发出了相应的指令。

GordonT.Clark［1］提出的风险指数法，对西雅图市的轨道交通风险评估具有很好的分析作用。Woudes.V［2］分析了Betuweroute 盾构隧道的风险成因，介绍了如何将风险管理应用在盾构隧道中。Eskesen［3］结合哥本哈根地铁风险管理的经验，列举地下工程行业外的已有发展的风险评估技术，总结了一套标准体系，该标准体系主要是从规划阶段开始，一直到开始运营阶段，为工作人员提供了安全保障。隧道风险管理指南［4］于2004年由国际隧道协会完成，是隧道及地下工程风险管理发展史上的重要转折点，提供了一套关于地下工程风险管理的参照标准和方法，并提出地下工程风险管理技术应进一步加强，以至于可以更好的发挥其作用。从以上欧洲地下工程风险管理史可以发现，风险管理的应用在理论上已经很成熟，已经逐渐成为轨道交通工程不可或缺的一项重要内容。

1.2现代风险管理信息技术

在现代，主要由岩土工程咨询公司对轨道交通工程安全风险进行分析评估。意大利GeoDATA公司推出信息化管理平台，又称GDMS，该平台主要是分析轨道交通施工过程中出现的问题，它应用GIS、WEB技术，由建筑物状态管理系统、建筑风险评估系统、盾构数据管理系统、监测数据管理系统以及文档管理系统5个子系统构成，该系统制定了完善的风险管理方案，并且已在多个地铁工程中得到应用。

2　国内研究现状

尽管隧道与地下工程安全风险管理在中国才刚刚起步，但在20世纪末，中国已陆续开展地下工程及其相近学科安全风险的研究。

2.1风险监测与评估

张国亮［5］提出轨道交通工程施工过程中出现的风险问题，并结合工程环境等因素，运用风险分析法定性地进行了风险评估。中国科学院地质研究所的刘大安［6］等人开发了一套地质信息系统，主要是针对边坡工程开挖等问题；同济大学李元海和朱合华［7］开发了岩土工程施工监测信息系统，孙钧［8］针对城市轨道交通安全施工开发了一套智能控制预测与三维仿真模拟系统。

2.2风险规避

在地下工程及轨道交通建设方面，丁士昭［9］教授（1992）对我国广州地铁工程、上海地铁工程等地铁建设存在的风险进行了研究，并提出如何规避风险。黄宏伟［10］等人主要从地铁施工阶段和运营阶段分析风险发生的可能性，并就整个地铁建设过程中可能出现的风险以及如何分析、控制，提出了一套整体思路。徐上进［11］认为隧道施工与其他工程施工风险的特点不同，对于隧道施工，主要采用故障树法并结合风险管理方法，分析评估隧道施工过程中可能出现的风险。黄慷［12］运用类比法和实测法，对上海崇明拟建越江通道工程盾构结构的耐久性问题进行了风险分析和评估，并预测了各种风险因素相互作用下对盾构过程产生的影响；他采用了故障树法、蒙特卡罗模拟法和层次分析法对该拟建隧道工程进行了半定量分析以及定量与定性相结合方法，得出该越江通道工程结构失效时的风险级别，还提出了此风险规避措施及对策。

我国在2004年成立了隧道及地下工程协会风险管理委员会，标志着我国风险管理工作在轨道交通领域已经有了很好的基础。从2004年之后，我国地下工程施工过程大多运用风险管理，尤其是城市轨道交通，城市轨道交通建设正处于高潮期，规模较大的城市都在不同力度上开展安全风险管理体系工作、信息管理研究和实践工作。从整体上看，我国的城市轨道交通安全管理模式已经基本成型，但是，这并不能以偏概全，中国的地下工程施工难度异常复杂，还需要通过更多的努力，建立更好的信息平台，应用到现实的施工管理工作中，更好的解决隧道工程建设中出现的风险问题。

3　风险发生机理

城市轨道交通地下工程建设存在着很大的风险，而风险是由多方面原因引起的，主要分为内在原因和外在原因两类。

3.1内在原因

轨道交通工程建设过程中，由于建设规模大，地下工程结构形式与施工异常复杂，风险源土体结构的动态作用，工程地质及水文条件、环境条件复杂，导致风险发生的可能性增大。

徐润泽［13］从成都地铁一号线工程实例中分析了风险发生机理，他认为这主要是孕险环境的存在以及致险因子的共同作用，导致建筑物破坏、人身损伤等风险事故。

潘学政［14］对钱江隧道盾构推进段施工中存在的具体问题进行了风险分析，并且他提出通过数值模拟以及隧道监测反馈信息来精确风险因素，从而减小风险。

由于上海青草沙水源地原水过江管道工程开挖深度大，施工难度高，存在风险因素多，马睿［15］等人对超深基坑连续墙的施工过程、超深基坑开挖过程和工作井的主体结构施工等方面进行了风险分析，并结合具体风险采取了相应的控制措施，减小了风险的发生。

3.2外在原因

由于施工工艺及施工方法多、建设周期长、施工设备多、人为指导思想以及对工程应对措施处理不及时，轨道交通建设不可避免地存在安全风险隐患。

吴治生［16］主要从人为因素对陆地越岭极高风险岩溶隧道进行了风险分析，认为风险程度与人有关，在指导思想和工程措施处理得当时，可将岩溶隧道地质风险降低到可控的程度。

4　主要问题

城市轨道交通在施工风险评估标准方面起步较晚，标准不足，城市轨道交通安全方面没有独立、系统的标准，有关安全方面的要求，分散在各个标准之中。由于缺乏深入研究，存在安全标准要求不一致、某些安全标准缺失的现象。近年来，国内开始借鉴国外风险分析理念和方法，但由于国情不同、理解差异、引用不规范，造成安全标准和规范不一致。因此，建立新的以风险分析为基础的安全理念，制定评估体系，成为亟待解决的问题。

4.1缺乏定量分析

在开展安全风险管理应用的隧道工程建设项目中，主要开展的是风险分析和评估，并局限于定性分析或者半定量分析，难以获得科学、合理的定量化指标。在定量分析方法中关于概率和后果的估计，分析结果往往具有经验性和随机性。

马睿［15］等人通过风险管理的理论方法与专家的丰富工作经验相结合，克服难关，实现了上海青草沙水源地原水过江管工程的顺利施工。

李韬［17］等人提出了关于基坑工程风险分析与评价模型，结合定量与半定量分析，但是实际数据难以反映全面情况，仍需进一步深化。

4.2风险评估处于初级阶段

针对城市轨道交通地下工程动态过程中土体与结构的相互作用关系、土体变形作用下的结构破坏机理及演化过程、风险评估相关技术的研究工作还处于初级阶段，只能依靠专家或者有关技术人员的经验来进行定性评价，导致评价结果可信度不高。

钱七虎和戎晓力［18］主要论述了隧道及地下工程风险管理的现状以及地下工程风险管理的实际问题，表明了我国风险评估正处于初级阶段，很多方面都不完善，主要包括安全风险管理体系缺乏规范性、工程安全风险管理责任主要人员不明确、安全风险管理投资费用不到位、工程安全风险管理专业队伍不够规范、专业水平参差不齐、风险管理相关技术规范、标准不符合目前地下工程发展现状、缺乏合适的信息化安全风险管理平台等。

卞晓琳［19］提出国内许多单位对风险管理的理解和认识不够，存在着很大的误区，或实际施工过程不完善、不规范，主要体现在对风险定义的认识存在误区，对风险的评估标准存在误区，我国的风险管理系统相对分散，风险接受准则、等级以及风险管理不够规范，仍采用被动式风险管理体系等。

李景龙［20］提出我国地下工程对风险分析方法的研究还不是很充分，客观资料严重缺乏，需要不断的完善分析，统计调查，建立数据库，为进一步研究提供依据。

4.3控制指标多偏保守

工程环境风险环境对象的监控量测常以控制指标为依据进行过程控制，但控制指标数值的制定多偏保守，未能提出更为科学、合理的环境风险控制指标数值。

4.4规划设计源头上缺乏控制优化方法

在城市轨道交通工程规划设计阶段，缺乏从源头上进行控制的施工风险控制优化方法。

5　风险管理方法

5.1国内传统研究方法

由于轨道交通地下工程施工难度大、技术复杂以及环境等因素影响，不可避免地会存在风险。因此，采用合理的风险分析方法，可以很好得减少重大工程事故。

巩文化［21］等人系统地介绍了基于Web的分布式隧道施工过程中的风险管理思想，并且主要利用风险管理理论、新兴发展的网络环境以及施工环境特点，对地下工程施工进行全面有效的风险管理。

陈博［22］以某高层深基坑为研究对象，采用德尔菲法对城市地下工程安全进行风险分析，通过匿名投票的方式，广泛征集专家的意见，得出数据，并进行分析。

滕丽［23］利用逻辑风险评估法和改进的克隆选择算法，并结合江苏路至华山路的上海地铁11号线为例，采用迭代的动态风险管理，利用现有通信和信息技术，实现整个建设过程的全方位风险管理。

5.2拟用研究方法

结合风险管理存在的主要问题以及国内已有研究方法，本文主要从以下三个方面介绍新的风险管理理念。

（1）安全风险评估指标体系与评估模型的建立

对国内外城市轨道交通建设地下工程建设安全风险评估与管理的研究成果进行广泛调研和搜集，结合我国近些年轨道交通建设地下工程施工的典型事故案例，从人、物、环境和管理四个方面，分析事故的原因和致险因子 。

以管道风险评估方法——肯特指数法为基础，结合量化评估方法——指标体系法，完善城市轨道交通地下工程施工安全风险评估指标体系法，提出简单、准确、实用的风险定量评估模型。

考虑实际施工过程中可能出现的安全风险，并结合风险评估模型，对塌方、岩爆以及地层变形破坏等不同风险事件进行评估，最终，分别给出基于指标体系法的不同风险事件的评估方法。

（2）耦合作用下风险源处的土体与结构动态相互作用研究

借助城市轨道交通地下工程实例数据，结合土工离心机模型试验，通过多尺度模型，建立基于多观耦合的数值计算模型，利用并行计算技术，研究多因素条件下城市轨道交通地下工程灾变的非线性演化过程，分析动态过程中结构与土体的相互作用关系。以“土体—结构”和水土压力的相互作用为主线，考虑多荷载和多场的耦合作用，在多尺度上剖析城市轨道交通地下工程所涉及到的多体相互作用的主要力学特征。

（3）城市轨道交通建设规划设计的优化方法体系架构的实现

基于城市轨道交通地下工程施工风险源特性和影响范围的基础上，从二维平面扩展到三维空间上，提出轨道交通工程建设用地的布局结构、控制范围、交通衔接调控的原则，明确沿线用地的规划控制和保护的内容要求。

从线路走向、建设范围、实施工法、敷设方式、站点设置等方面研究制定建设规划编制的目标、方法、程序和技术标准，并经由实践层面的物质性实证研究，检验所采取优化规划途径和方法的价值范围和适用程度，形成城市轨道交通建设规划设计的优化方法体系架构。研究成果将从源头上最大限度地降低或避免重大安全事故，提高风险管理的科学性与可操作性。

6　结论

我国城市轨道交通地下工程正在加速建设，安全风险管理工作也迎接着新的挑战。但由于我国城市轨道交通地下工程建设过程中面临的环境不同，结构复杂多变，以及我国对地下工程风险分析方法的研究并不充分，客观统计资料贫乏，因此，风险管理工作应循序渐进，不断改进和创新，深入研究风险管理方法和标准，总结前人经验，持续提高风险管理水平，为轨道交通建设和运营提供良好的环境。

参考文献

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Risk Assessment of the Urban Rail Transit Engineering

ZHANG Henian，WU Jinjin，XI Peisheng，CHEN Kaixiang，QIAN Min
（School of civil Engineering， Anhui Jianzhu University， Hefei， Anhui 230601， China）

Abstract：With the gradual expansion of the urban rail transit scale in underground engineering construction，engineering risk problems are becoming increasingly prominent， while the risk management is the mainly method for decision management to prevent beforehand and avoid risk. This paper puts forward an applicability classify of risk control method in rail transit and underground engineering risk management by introducing the present situation of rail transit underground engineering and analyzs the risk mechanism as well as main problem which existing in the risk management. It is also summarized that the risk management of rail transit and underground engineering should be in continuous innovation and then the safety management of urban rail transit.Can thus be enhanced.

Keywords：underground engineering construction； risk management； methods of risk control； risk mechanism

作者简介：张鹤年（1980- ），男，博士，主要从事轨道交通规划与设计。

基金项目：住建部科学技术项目（2014-K5-031），武汉市城建委科技计划项目（201509）

收稿日期：2015-07-14

DOI:10.11921/j.issn.2095-8382.20160207

中图分类号：U239

文献标识码：A

文章编号：2095-8382（2016）02-030-06