核电地下工程施工风险管控及应对研究

李 新

（1. 中国核电工程有限公司，北京 100840，E-mail：xinli_2009@qq.com；2. 中国电建成都勘测设计研究院，四川 成都 610072）



核电地下工程施工风险管控及应对研究

李 新1，2

（1. 中国核电工程有限公司，北京 100840，E-mail：xinli_2009@qq.com；2. 中国电建成都勘测设计研究院，四川 成都 610072）

摘 要：核电项目地下工程既存在常规地下工程的管控风险，还有其自身的特点，作为工程项目的总承包管理方，如何有效管控，消除施工管理的过程风险，具有重要意义。在对核电地下工程风险管理特点分析的基础上，针对风险管控的重点及难点，采用风险等级层次识别法，分别对钻爆法隧洞、盾构法隧洞在安全与进度方面的风险进行了识别，按照项目施工准备阶段、启动实施阶段进行划分，列出了排在前3位的风险等级，提出了相应风险管控手段及应对措施，使进度与安全成为和谐共生的“统一体”，达到了为工程建设服务的最终目标。

关键词：核电项目；地下工程；风险管控；应对措施

伴随着全球人口的膨胀，人类的共同家园“地球”承载着越来越大的空间、环境、气候等压力，如何在有限的条件下提高对资源、空间的利用效率，满足日益增加的生产、生活需求，无疑是关乎人类生存、发展的重要课题。在现有条件下，地下空间的开发与利用为问题的解决提供了有效的方向路径。从市政到交通、从石油到电力、从民用建筑到军事工程，地下工程正在发挥着越来越重要的作用[1]。随着地下空间开发程度、复杂程度的增加，地下工程施工所面临的工程管理风险也愈发加大，其具有突发性、造成损失较大、发生后难以控制等特点[2]。

风险管理作为建设项目管理的重要组成部分，对增加项目价值、提高建设活动效率等有着积极的作用[3]。随着我国地下工程的飞速发展，地下工程风险的研究也不断深入，如代春泉等[4]采用层次分析理论计算得到不同工况下隧道施工风险指数值及风险等级。胡兰等[5]基于经典概率论及逻辑学，提出了用于隧道及地下工程参建各方关系与风险概率评定的方法。周书明等[6]结合风险评估的基本理论和水下隧道工程的特点，建立一套适宜于水下隧道的风险评估体系。

核电工程项目具有建设周期长、投资规模大、施工技术复杂、安全要求高等特点。核电工程包括地面厂房、地下构筑物、管沟、隧洞等子项，施工风险包括施工技术风险、施工活动风险、施工管理风险、施工资源风险、施工环境风险等五大风险因素[7]。核电地下工程由于工艺要求的特殊性，采用隧洞作业较多，存在其独特的施工管控风险。国际工程保险协会的报告指出大部分地下工程事故都发生在隧洞施工阶段[8]，因此对安全裕度、安全等级要求很高的核电项目，如何有效预判、有效管控，消除施工管理过程风险，对工程的顺利推进具有重要的意义。

1 地下工程风险管控特点

1.1 常规地下工程风险管控特点

（1）不利工程地质及水文条件[9]。当施工遭遇围岩类别较差、软弱结构、强风化体、涌水、渗透水等时，如采用钻爆法掘进，可能出现塌方、冒顶等工程风险，采用盾构法时，遭遇孤石、大块石、基坑、洞内渗水等风险，对施工进度及安全的影响。

（2）有害气体、危险气体。施工过程中出现的有害气体、易燃易爆气体，对作业人员及施工安全构成巨大影响，如硫化氢、一氧化碳、甲烷、二氧化碳[10，11]等次生气体。

（3）施工作业面狭小、工作面有限。如隧洞掘进、衬砌作业面空间狭小，工序间衔接紧密，很难大规模开展、多工序开展施工作业，受成本及工艺限制，很难开展大规模的多工作面并行作业。因此工程进度管控压力较大，若遭遇突发状况，进度风险将进一步扩大。

1.2 核电地下工程风险管控特点

核电地下工程主要包括为满足循环冷却水运行要求的取排水隧洞、沟道、取排水构筑物等，通常明挖、暗挖施工相互组合、交叉，明挖包括大开挖放坡、垂直基坑，暗挖包括钻爆法、盾构法掘进等，多种施工工艺并行，使得各子项间形成连续、连通的系统工程，由于核电厂系统众多，要求将各系统紧凑布置，以满足运行需求，因此地下工程具有以下特点：

（1）子项间交错布置，交叉施工。各子项空间上具有“多层次、多交叉”的特点，且工程进度压力大、施工安全管控风险高。典型子项空间布置如图1所示，在-16.5m至8.0m（场平标高）的立体空间内布置有4层隧洞（沟道），且在平面和高程上的距离较小（10m内）。由于子项间交错布置，作业面紧邻，需统筹考虑各子项的施工安排，进度风险较大；由于工期紧张，临近子项需并行作业，如隧洞钻爆作业与正上方沟道爆破、土建同时推进，爆破震动控制要求更高，施工安全风险更大。

图1 隧洞及沟道典型剖面（单位：m）

（2）与周边运行设施紧邻，安全等级较高。隧洞周边、基坑周边运行设施较多，且相对距离较近，对安全的保证裕度要求较高。如在隧洞正上方存在明挖沟道、重件道路、维修车间、木工房，深基坑周边20m范围内存在已建机组投用的500KV高压线铁塔、10m范围内存在供水管线、电缆、变电站等，紧邻在运设施的存在，造成盾构机等大型施工机械进出及吊装的难度加大；为减小爆破震动影响，需控制钻爆法隧洞爆破震动速度；对于软基基坑，需控制深基坑的位移及变形，避免超过规定阈值。

（3）隧洞浅埋及偏压、不良地质体及渗透水、进出洞口存在陡坡。由于核电工艺的要求，其取水、排水隧洞的埋深相对较浅（埋深为4.5m～14m），且由于隧洞上方存在道路、沟道等，隧洞浅埋的同时多伴随有偏心压力荷载，通行的重型车辆荷载达到上百吨；受地勘条件的限制，时常出现绿泥岩、卸荷体、强风化带、IV类及V类围岩等不良地质条件，又由于工程靠近大海，施工需考虑强渗透水对作业的影响；在与隧洞连接的构筑物基坑边坡较陡，边坡坡比达到1:0.2，爆破震动的影响，裂隙和浮石较多，因此必须对洞口段进行相应的处理后才能保证安全进出洞。以上多重风险的叠加，造成工程管控的难度进一步加大。

（4）施工逻辑顺序要求高，工程统筹难度大。由于分层子项及连接子项较多，各子项分属多家施工单位，且施工进度较为紧张，在狭小的空间内多种施工工艺、多项目齐头并进，施工管控及协调难度凸显，因此需对施工布置、顺序安排进行统筹考虑，尤其是涉及钻爆隧洞出渣、衬砌的道路布置、盾构掘进的机械、管片通道布置，以便工程结束后，将工作面移交下一个子项施工，作为工程总承包管理方需对工程具有整体的宏观把握，理清逻辑顺序及交叉关系。

2 风险管控及应对措施

风险管控及分析的方法包括：层次分析法、专家打分法、模糊综合评价法、蒙特卡罗模拟法、敏感性分析法等。本文主要是采用风险等级层次识别法，对某核电站隧洞及深基坑工程的安全风险、进度风险进行识别，并通过对各级风险所包含的次级风险进一步分解，进行评估及细化，根据风险预警，提出相应应对措施，并加强施工过程管控。

2.1 工程概况

某核电站循环冷却水系统众多，单条隧洞引水流量都很大。选择具有代表性的地下工程进行研究，隧洞工程包括3个子项UPN、UPP、W1/W2UQN，共计8条隧洞，内径分别为6.5m、2.0m、6.1m，其中UPN、UPP采用钻爆法掘进，W1/W2UQN采用盾构法掘进。基坑工程包括5个子项UPD、UQA、UQB、UQF、UQX，前3个基坑为硬质岩爆破开挖成型，后两个为软基竖井支护成型。工程概况见表1。

表1 工程概况

2.2 工程管理风险识别

2.2.1 风险间内在关系与总体思路

风险识别是工程项目风险管理人员对项目风险进行识别的源泉，在风险管理之中具有基础性的作用和功能[12]。在地下工程的施工中，进度和安全经常是一对相辅相伴的矛盾统一体，赶工抢进度将会造成安全风险的增大，而安全事故造成的停工停产无疑会使进度压力骤然增加，因此如何处理好两者的辩证关系，使得“矛盾体”变为“统一体”，实现二者的和谐共生，达到为工程建设服务的最终目标，显得尤为重要。对于核电项目的地下工程，两者的矛盾关系更是凸显，由于子项较多、场地狭小，子项间交叉布置，前一个子项的完成节点往往是邻近子项的开工节点，一旦紧前工序拖期，将会形成“多米洛”效应，使得整个系统工程的周期全面滞后，因此要将矛盾转化为生产力、化繁为简，就需要对工程风险的管控有一个系统分析和梳理，使得工程按既定计划向前推进。

由于安全风险与进度风险不是单纯孤立的，并且在项目开展的不同阶段，其关注的重点也有区别，因此将地下工程的风险按照项目施工准备阶段、实施阶段进行划分，抓住关键因素与重点环节，力求专项突破。总体思路是在重点风险识别的基础上，再对其进行分解细化，根据所处的具体阶段进行专门管控，这与核电工程管理要求的“事前控制、事中控制、事后控制”的分层分解控制思路是一脉相承的，通过事前控制达到“防患于未然”的目的，通过事中控制将风险杜绝于生产过程中，通过事后控制进行经验的梳理与教训的总结，查找问题的疏漏与薄弱环节。

2.2.2 安全风险与进度风险识别

施工准备阶段，是指项目正式开工前的施工准备阶段，为了使工程按照计划节点开工，做好前期部署，避免拖期以及开工后中途停工的“半拉子”工程，需精心准备、周密策划。施工实施阶段，是指项目开工后的推进阶段，为使项目正常推进，将各类重大的风险提前预判，采取针对性措施，即是事中控制阶段，直接决定工程的成败。

采用风险等级层次识别法，对钻爆法隧洞与盾构法隧洞的施工准备阶段风险识别（主要列出前3位的风险），见表2。

可以看出，钻爆隧洞施工准备阶段的风险主要集中在场地的使用需求以及施工进洞准备方面，例如由于41UPN隧洞进洞口位于UQA（隧洞出口端）一侧的坡比为1:0.25，高度26m，位于UPD基坑（隧洞进口端）一侧的边坡坡比1:0.25，高度24m，且进洞口一侧地质条件较差，基本为IV类与V类围岩，还包括6条隧洞（见图2）、最小间距仅1m，若进洞方案、施工选择不当，将会造成洞口塌方等严重事故；钻爆法施工阶段的风险主要集中在不良地质、浅埋、小转弯半径、交叉作业等方面，如UPN设计图纸IV类以上围岩为180m，而实际施工完成后，进行统计达到315m，由于不可预知的地质风险，造成安全风险、进度风险陡增，又如41UPN最小转弯半径仅13m，给衬砌及钻爆施工均造成较大的影响。

表2 地下工程风险管理识别

图2 UPD端基坑隧洞进口示意（尺寸单位：m）

由表2可以看出，盾构法隧洞施工准备阶段的风险主要集中在基坑施工、移交以及盾构机吊装、制造等方面，例如盾构机始发井（工作井）与临近的虹吸井基坑共同开挖、支护，造成工程量急剧增大，需统筹两个子项齐头并进、交叉作业，同时基坑存在渗透水、粉砂层等，安全风险高，对工程进度的制约较大；盾构施工阶段主要面临的沉降变位与块石孤石、塑料排水板等客观不可控风险，同时出洞口闸门井基坑的完成进度，能否顺利移交直接影响盾构机能否顺利出洞，如在隧洞进出口各100m的范围内存在地基加固的塑料排水板，对盾构的正常掘进构成潜在风险，又如隧洞上方的过大沉降将直接影响其上的道路通行以及管线运行，基坑的过大变位将对邻近的500KV高压线铁塔运行造成重大安全风险。

2.3 风险应对及管控手段

为了有效管控与消除施工风险，需要在施工准备阶段及施工实施阶段三级风险识别的基础上，对各级风险所包含的次级风险进一步分解，并进行评估及细化，形成层次分明、风险等级大小明确的风险管理及应对体系，如在钻爆法隧洞中安全风险的施工进洞风险进一步进行分解后，其次级风险包括爆破飞石、边坡滑塌、浮石滚落等风险，根据风险预警，提出相应应对措施，并加强施工过程管控。

采用风险等级层次识别法，通过对风险的二次评估与细化，在明晰了相应的进度风险与安全风险基础上，针对各类风险采取有效的控制措施，风险应对及管控关系见图3。

图3 风险应对及管控关系

2.3.1 进度风险的管控措施

（1）严密的进度逻辑计划。运用P6计划软件，针对整个隧洞、管沟、深基坑等整个通水系统编制三级管控计划，将各子项的逻辑关系以及施工工艺安排直观反映出来，并根据该计划反向倒推各条路径的实现所需的先决条件，如图纸需求进度、基坑开挖、加固支护的分区及移交等，将协调的项目及内容直观地呈现，以加强定向攻关力度。

（2）统筹的策划与规划。由于各子项“布置紧凑、交错纵横”，且参建施工承包商较多，临建、施工通道（道路）、水电管线、材料堆放等直接制约到工程的顺利推进，存在隧洞施工坡道占用基坑结构空间、盾构行车轨道延伸至基坑结构空间等情况，因此必须做到“规划先行，施工跟进”，结合进度计划关键路径、节点工期，统筹协调现场策划布置及移交事项，主要从总平面布置、道路规划、阶段划分等方面进行细致、周密的策划。

2.3.2 安全风险的主要管控措施

（1）专家会议论证及评估。在地下工程施工中，需针对不同的施工工艺编制专项的施工方案，除满足国家法规要求的需对深基坑、地下暗挖工程、高边坡等方案进行专家论证的方案外，在核电地下工程中，对风险等级较高、施工环境特殊的方案，仍需组织专家论证及评估，充分发挥专家的“智库”作用及决策咨询作用，为工程顺利推进保驾护航。如钻爆法隧洞进洞过程中，针对不良地质体（IV类与V类围岩）、小间距隧洞（最小间距仅1m）进洞的方案进行了专家评审会，为安全进洞提供了有效的支撑作用。

（2）施工监测与监控等信息化手段。将现代化的监测与量控技术手段运用到施工过程控制中，充分发挥信息时代的资源信息传递与精细化管控作用，做到动态掌控，针对施工过程中的位移、应变、应力、沉降、毒害气体等方面，对深基坑、洞挖、隧洞上方地表、周边建筑物等进行相应监控，编制专项方案，安排专业队伍进行实时监测，将预警信息反馈到施工过程中，实现“监控量测—信息反馈—指导施工—安全生产—进度推进”的良性发展态势。

（3）完善的应急与应对措施。针对地下工程施工特点，在深基坑、钻爆、盾构施工过程中存在较大风险，包括防洪排涝、塌方、冒顶、渗漏渗水等突发状况，编制相应的应急预案与应对措施，充分交底，并配备齐全应急物资，将工程风险控制到最低程度，确保在紧急情况下，安全高效处理处置，为工程顺利推进奠定坚实基础。

3 结语

本文提出了基于核电地下工程的“风险等级层次识别法”，其本质是对各级风险所包含的次级风险进一步分解，并进行评估及细化，形成层次分明、风险等级大小明确的风险管理及应对体系，并对钻爆法隧洞、盾构法隧洞在安全与进度方面的风险进行了识别。

对于核电地下工程，在明晰了相应的进度风险与安全风险基础上，针对各类风险采取有效的控制措施，主要包括：严密的进度逻辑计划、统筹的策划与规划、专家会议论证及评估、施工监测与监控等信息化手段、完善的应急与应对措施等，从而形成定向合力，推动工程建设又好又快发展。

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李 新（1983-），男，工学博士，工程师，研究方向：水工结构及地下工程，工程项目管理。

Risks Control of Nuclear Power Underground Construction Projects

LI Xin1，2
（1. China Nuclear Power Engineering Co.，Ltd，Beijing 100840，China，E-mail：xinli_2009@qq.com；2. Power China Chengdu Engineering Corporation Limited，Chengdu 610072，China）

Abstract：Risks of nuclear power underground projects has the unique feature. For general contractors，to control construction risks effectively is very important. Based on the characteristics of nuclear underground projects，aiming at the important points and difficult points of the risk control，this paper identifies risks of blasting method and shield method respectively using risk hierarchy identification method. The paper identifies the risks of construction preparation stage and project execution stage. Top three risk levels are listed and，corresponding control means are proposed. Risks control means include tight schedule plan，time assessment and refinement of risk，demonstration and evaluation of expert meeting，so that make schedule and safety as the unity of harmonious coexistence，to reach the goal for the purpose for construction service.

Keywords：nuclear power project；underground project；risk control

作者简介：

基金项目：中国电力建设集团公司资助重大项目（JIZX-3）．

收稿日期：2015-11-02．

中图分类号：TM623

文献标识码：A

文章编号：1674-8859（2016）01-109-05

DOI:10.13991/j.cnki.jem.2016.01.020