浅谈水下隧道安全风险管理

来源:用户上传      作者: 杨小勇

　　 【摘要】 随着社会的发展需要，大量的水下隧道开始修建，随之而来的安全风险管理问题引起了参与者的密切关注，文章对水下隧道的风险特点进行分析，并简要阐述了不同工法安全风险特点和项目管理不同阶段的风险管理，尝试为水下隧道的不同参与者提供一些安全风险管理思路。
　　【关键词】 水下 隧道 风险 管理
　　
　　人类在进行聚居之初，选择了依水而建的原则，几千年的人类文明历史同时也是人类不断征服江河湖海的历史。江河湖海在为人类带来便利的同时，也限制了人类活动的空间，特别是飞速发展的当今社会，消除江河湖海阻碍成为必然需求，水下隧道的应用已逐渐成为地下工程领域的一个重要发展方向。
　　
　　一、水下隧道的发展概况
　　
　　人类对于从地下穿越江河的探索一直没有停顿过，在公元前2180-前2160年古巴比伦修建了一条穿越幼发拉底河长约 900米的人行隧道。1807年英国在伦敦动工修建连接泰晤士河两岸的人行隧道，开挖时因无法克服泥水涌入隧道而被迫停工，直到1825年初次采用盾构法施工，才于1843年建成第一条泰晤士河水底隧道。在国外比较具有代表性隧道有英法海峡隧道（英法）、青函隧道（日本）等。中国从1960年起修建上海黄浦江的三条隧道开始，也陆续修建很多水下隧道，比较具有代表性隧道有甬江隧道、珠江隧道、黄浦江地铁隧道等；在建的水下隧道有厦门翔安隧道、青岛胶州湾隧道、长江隧道等。从近代第一条水下隧道采用原始盾构法开始，水下隧道施工的历史已历经160多年，期间随着社会的不断进步，新材料、新工艺的不断涌现，水下隧道施工工法也日益呈现出多样性，目前已为工程界所应用的主要工法有钻爆法、盾构法、沉管法、围堰明挖法、冻结法、铣挖法等，近年来又提出了水下悬浮隧道概念。
　　
　　二、风险分析
　　
　　地下水环境是非常复杂的。一方面，在地质勘探技术尚存在一些局限性，对地质情况难以准确掌握，存在一定的不确定性；另一方面，在应对地下水方面我们尚未完全掌握可靠成熟的施工手段，特别是对地下水处理施工完成后的效果判断，还需要进一步的工程探索。
　　1、认知风险
　　现在对于地下工程领域的探索和认知仍然停留在较低的水平，工程地质、水文地质、风险定量分析等方面研究不足以完全揭示水下隧道所面临的所有工程风险。目前的一些工程理论尚停留在假说的基础上，定性分析多于定量分析，目前采用的一些定量分析手段处于起步阶段，其准确性往往与工程实际存在一定差异，存在一些不确定性和不准确性。
　　2、决策风险
　　工程项目的决策都是建立于一定的客观环境和主观环境中，如果这些因素不能统筹考虑，而是过于追求某些期望值，那么势必会造成工程措施的不平衡性，成为工程风险的诱因。例如建设单位不顾及工程地质情况，不能根据地质情况选择事宜的水下隧道施工工法，而是片面要求设计、施工单位采用高、新、尖的措施和设备，而在实际过程中又追求低投资，随意压低工程造价，使得工程施工管理存在很大困难，在主观上人为增大了工程的风险性。
　　3、管理风险
　　水下隧道进入工程阶段面临的管理风险简单的可以分为两类：一类是由于参建单位管理不到位，造成设定的工程措施没有施作或者完全施作，降低了风险防御能力，增大风险或者直接引发工程事故；另一类是施工过程中，出现某些与地质勘查不符或者施工造成的异常情况，形成工程风险，而由于某些因素的存在，没有及时解决出现的问题，造成施工现场情况不断恶化，加大工程风险。
　　4、地质风险
　　水下隧道地质情况的复杂性和不确定性是安全风险的根源所在，不同的工法对于不同地质条件的敏感性是不同的，对于工程地质和水文地质环境要求差异很大，例如钻爆法适用于围岩透水性差、完整性好，岩石较为坚硬的地质条件；盾构法除对硬质围岩和软弱不均地质条件存在一定工程难度外，具有较广泛的适用性；沉管法则对工程地质条件不甚敏感，而更关注于建成后影响工程主体稳定一些水文地质和水文条件，如流速、管段底部填充物液化问题等。
　　5、运营风险
　　由于地下工程施工技术或者到时设计理念存在的局限性，水下隧道投入运营状态后，由于运营荷载、地质条件变化、突发灾害性事件等情况的出现，引起水下隧道主体工程状态发生变化，进而诱发安全风险。例如运营荷载对隧道施工缝处防水结构的持续作用，加速其老化或者破损，造成隧道内渗漏水严重，降低水下隧道使用功能；又如隧道内发生爆炸、火灾等突发性事件，对隧道局部结构造成破坏，由于缺乏救援通道等设计，通风不能有效进行、积水不能排除、人员不能及时撤入安全区域，扩大了人员伤亡，甚至导致工程主体报废。
　　
　　三、不同工法的风险特点
　　
　　1、钻爆法
　　钻爆法面临的主要风险有涌水、突水、围岩坍塌以及主体结构渗漏水等，既有客观因素引起的，如透水岩层、断裂带、风化带等；也有主观因素诱发的，如超前勘探不及时、施工质量粗劣等。
　　2、盾构法
　　盾构法面临的主要风险有高水压、盾构不适应围岩条件、设备坏损被困、以及主体结构渗漏水等，施工的安全风险更多的体现在管理方面，对区域地质条件的准确判释、合理掘进参数的选择、良好的设备保养维护以及优良的工程质量等，都是有效化解水下隧道安全风险的必选，缺一不可。
　　3、沉管法
　　沉管法面临的主要风险有涉水作业风险、防水结构失效、岸上段维护结构等。
　　4、围堰明挖法
　　围堰明挖法面临的主要风险有基础处理、维护结构、防水结构失效等，围堰明挖法风险控制的显著特征是该工法更为注重主体工程外围地质条件的改变，其要求通过改变外围地质条件的各种工程措施后，为主体工程施工提供一个安全的作业环境。围堰明挖法风险更多的集中在工程措施方面，如基底的加固处理、维护支撑结构的稳定性等。
　　5、冻结法
　　冻结法最为显著特征是通过低温冷冻技术冻结水下隧道通过区域的地层，为主体工程施工提供一个安全的作业环境。这一特点决定了冻结法最大风险为冻结失效或局部失效，起因可能是设备故障、冷却参数设置不合理、施工工艺控制有误或者局部地层不适用冷却法等因素。
　　6、铣挖法
　　铣挖法实际就是传统意义上的局部掘进机开挖法，和TBM法、盾构法都属于机械开挖方式，但是没有防护盾壳，其施工安全风险与钻爆法基本相同。
　　7、悬浮法
　　悬浮法隧道是一个建造水下隧道的新理论，目前尚处于理论探索阶段，悬浮法隧道能否成功的关键在于能否解决工程材料问题和隧道姿态控制问题，其最大工程风险也在于此。
　　
　　四、全面风险管理
　　
　　1、风险管理体系
　　水下隧道安全风险体系的建立、运行、调整贯穿于项目管理的各个阶段，风险管理体系建设是所有参建单位都必须予以高度重视的一项基础工作，是水下隧道风险管理的基石。由于水下隧道风险管理体系与一般工程并无不同之处，本文不再赘述。
　　2、决策阶段
　　水下隧道最大的安全风险始于决策阶段，原因很简单，在这个阶段风险分析、风险评估、预防措施和管理模式、施工图纸等都将基本确定，一旦某个环节出现决策失误，将会对这个工程建设产生严重影响，成为安全风险的诱因。决策阶段的风险管理应注意以下几个问题。
　　（1）避免“先入为主”的思想。在没有进行详细、准确的地质勘探和专家论证前，建设单位不应对水下隧道应选用的工法考虑过多，更不能明示或暗示勘查、设计和专家组应优先选用某种工法。这种做法会干扰有关人员、单位对水下隧道的建设做出全面、客观的判断和分析，无形中增加了工程风险。

　　（2）做好地质勘查工作。地勘资料的准确性对于水下隧道的决策起着至关重要的作用，因此必须对地勘单位的监察予以高度重视，可以通过设置地勘监理、第三方补充勘查等措施来确保地勘资料的准确性。
　　（3）做好专家评审工作。专家的选择应本着多样性、代表性原则进行，地质、结构、水文、材料、环保、灾害等方面的专家都应有所邀请，专家评审会应当成与会专家提供一个充分思考、畅所欲言的平台。应根据项目的进展情况召开不同深度的专家评审会，对于不同阶段的工程风险进行充分、详细的分析论证。
　　（4）合理的投资控制。鉴于水下隧道的高风险性，作为建设单位应当有合理的投资控制行为，不能片面追求低投入，应留有充足的应对重大风险的措施费用。对于涉及隧道水处理、不良地质处理等方面的特殊工程措施应可以灵活处理，对施工单位经济利益的适当保护，可以提高其采取安全措施的积极性和主动性，从而降低建设单位管理风险。
　　（5）必要的冗余设计理念。鉴于水下隧道的高风险性和难以重复性，建议在进行水下隧道设计时采用冗余设计理念，对于一些关键措施应备有一定冗余量；对于一些关键部位应有一定的冗余措施，从而提高隧道的抗风险能力。
　　3、施工阶段
　　（1）地质复勘的问题。考虑到每个单位的施工水平、施工能力、施工习惯等存在一定的差异性，而这些差异可能会体现出施工单位对地质条件的不同适应性，因此笔者建议在工程进行施工前，根据施工单位的具体情况和工程地质勘探的情况，有针对性的适当安排地质复勘或者补充地质勘测。
　　（2）反应迅速的动态管理。水下隧道处于水底的环境，出现特殊工况后，必须迅速应对处理，否则一旦贻误处理时机，可能会酿成严重后果。需要建立参建各方参与的工程应急管理机构，做到分工明确，责任清晰。
　　4、运营阶段
　　（1）工程状态监测。主要包括外部环境监测、工程本体的状态监测和工程运营状况监测三个方面。外部环境监测是对隧道本体所在区域环境条件进行监测的过程；本体状态监测应在渗漏水情况、实体耐久性、工况环境等方面设置必要的手段进行监测；运营状况监测则应在隧道内通行情况、空气质量等方面进行实时监测。工程状态监测应安排常设机构和专职人员负责。
　　（2）应急机制的建立。成立专门的应急机构，专门负责水下隧道突发事件的处理。根据水下隧道在运营阶段可能出现的风险，制定各类具有针对性的应急预案，方案应经过必要的专家评审过程。
　　（3）应急人员、设备、物资的准备。根据应急预案进行必要的人员、设备、物资准备工作，特别是应对有关应急人员定期开展应急训练，确保发生突发事件时，能够迅速投入使用，将事件控制在初发阶段，最大限度减少灾害损失。
　　
　　五、结束语
　　
　　因为长期从事安全质量工作的关系，对于安全风险管理，笔者经常用一句话提醒自己“安全事故发于偶然，源于必然”。偶然因素往往是不可控的，而必然因素是我们可以探知、可以预防的。因此，只要做好必要的控制工作，水下隧道的安全风险是完全可控的。日臻成熟的安全风险管理手段将为水下隧道广阔前景奠定坚实的基石。
　　
　　【参考文献】
　　[1] 关宝树：隧道工程施工要点集[M].人民交通出版社，2003.
　　[2] 陈韶章：沉管隧道设计与施工[M].科学出版社，2002.
　　[3] 余建星：工程项目风险管理[M].天津大学出版社，2006.

转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-448427.htm