第一部分 城市隧道施工风险管理基本理论

第1章 城市隧道施工风险概述

1.1 引言

1.1.1 问题的提出

随着我国经济社会的快速发展和城市化进程的不断加快，越来越多的人口涌向城市。人口向城市聚集在促进经济发展的同时，也带来了众多的负面效应，如人口密度增加、城市规模扩大、基础设施疲软、交通拥堵等，已成为各大城市的发展瓶颈。因此，发展快速交通是城市集约发展的要求。加强交通等基础设施建设的要求与城市市区可供利用的土地资源紧缺之间的矛盾，使地下空间的开发利用成为扩大城市容量与功能的有效途径。近年来，世界各国大力开发城市地下空间，兴建地下人防、地下停车场、地下商场、地下交通线路等工程。国际上提出“21世纪为人类开发利用地下空间的年代”[1]，岛国日本更是提出了“充分利用地下空间，把国土面积扩大数倍”的设想。“十一五”期间我国兴建了大量城市地下交通线路，目前，北京、上海、广州、南京、青岛、杭州等23座城市正在建设或规划城市地铁等城市交通项目，至2015年规划线路总长度2400km，总投资达7000亿元人民币[2-3]。同时，随着厦门翔安海底隧道、青岛胶州湾隧道的顺利贯通，大连—烟台跨渤海湾海底隧道，上海—宁波杭州湾海底隧道，连接香港、澳门的伶仃洋跨海工程，广东—海南的琼州湾工程以及胶州湾第二隧道均在规划建设中。目前，我国已成为世界上隧道工程建设总里程最长、发展最快的国家。

与一般工程结构相比，隧道工程具有高度多维不确定性，这些不确定性影响隧道工程建设的各个环节，引发工程建设中地层变形过大、沉陷、坍塌、涌水和流砂等多种恶性工程事故。近年来，较为典型的隧道工程事故如图1-1～图1-7所示。城市隧道工程因跨度大、埋深浅、地质条件复杂、地下管网密布、地面建筑密集等特点，施工难度更大。近十年来，国内外城市隧道工程建设中发生的重大事故如表1-1所示[4-6]。

综合分析上述城市隧道工程事故，主要原因有以下几点。

（1）对隧道近接施工处理不当。城市近接隧道施工稳定性受上部建筑物及地面活动的影响，如果对邻近建筑物及地面活动处理不当，容易导致工程失稳乃至灾难性事故的发生。

（2）对围岩类别统计不全。隧道工程开工前，工程地质勘查不可能对施工场区内的土层状况完全了解，如因土层的变异性，潜在的地质破碎带等不良地质状况导致的透水、涌水、坍塌等都可能引发工程事故。

（3）对施工过程中致险因子考虑不足或处置不当。例如，施工过程中突降罕见的暴雨或者输水管道破裂，从而引起上覆土体强度劣化，导致变形加大，引发工程事故。

（4）对地面动荷载的处理不当。城市隧道施工地面活动多而复杂，产生的冲击应力对浅埋大跨隧道施工安全影响较大。

综上所述，城市地下隧道工程地上建筑密集，地下管线密布，地质条件复杂，围岩环境多变，施工变形控制严格，无论从工程设计角度还是从现场施工管理角度来看，都存在很大的风险。如何处理潜在的风险因素，如何减少或规避风险，是该类工程建设值得研究的关键问题。本书正是紧跟国际地下空间发展的前沿，围绕亟待解决的关键问题，突出研究的区域性，探讨模型的通用性，以《城市隧道施工风险分析与控制技术研究》为题，系统研究青岛胶州湾隧道青岛端接线工程、青岛地铁施工过程以及济南拟建地铁工程等典型城市隧道工程施工过程中的各风险管理环节，提出具有针对性的、科学合理的施工风险处置预案和具有通用性价值的理论体系。

1.1.2 研究意义

地下工程项目风险管理研究在我国起步较晚，目前在这方面理论研究较多，应用研究较少。而传统的风险管理，分散、鼓励的研究方法很难适应城市隧道施工风险这样的复杂系统风险分析。在实际生产过程中，技术人员缺乏风险意识，对工程施工过程中存在的风险识别以及风险处置等缺乏系统观念，加之现代大型项目风险的多层次性、非线性以及非可逆性等[7-12]使得这类工程风险管理难度更大，无从下手。在当前情况下，研究适用于城市地下工程建设的风险分析、评估和管理的理论和方法已迫在眉睫。在此背景下，选择城市隧道施工风险分析与控制技术研究为题，具有重要的理论价值和重大的现实意义。

（1）调研分析城市浅埋暗挖大跨隧道施工风险源，深层次挖掘潜在的诱险因素，并对其进行分类和评估，重点研究高频风险导致的工程失稳规律，并给出控制措施，保障施工安全。

（2）分析城市隧道工程施工风险因素，研究避险措施，及时规避或弱化风险，用最经济的方法处理风险。

（3）研究城市隧道施工风险接受准则，提炼出具有针对性的标准和通用性的模型，为城市大跨隧道施工风险分配、风险承担提供决策依据。

（4）结合工程实践经验和监测数据反演相应模型及参数，为信息化施工规范的设计和相关安全法规制度的制定提供理论支撑和实践支持。