瓊州海峽鐵路跨海隧道全壽命風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

王 涵,賀維國(guó),袁 勇

(1.同濟(jì)大學(xué)地下建筑與工程系，上海 200092；2.中鐵隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300131)

0 引言

海南島作為我國(guó)第2大島，具有豐富的農(nóng)業(yè)、礦產(chǎn)和旅游資源，且瀕臨資源豐富、戰(zhàn)略位置重要的南海，具有重要的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和軍事戰(zhàn)略地位。由于瓊州海峽的阻隔，海南島只能依靠海上和空中與大陸溝通，嚴(yán)重限制了海南島的發(fā)展。為保證瓊州海峽兩岸交通需求和安全，有必要建立永久性、全天候的瓊州海峽跨海通道。瓊州海峽海域具有水深、風(fēng)大、浪高、海洋災(zāi)害較多的特點(diǎn)，面臨通航條件高、環(huán)境影響敏感的現(xiàn)實(shí)，故需要對(duì)跨海隧道建設(shè)期和運(yùn)營(yíng)期風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，進(jìn)而提出相應(yīng)的工程處置措施，為選擇合適線路和施工工法提供參考。

隧道工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)起源于20世紀(jì)70年代，H.H.Einstein[1]首次闡述了隧道工程風(fēng)險(xiǎn)研究的特點(diǎn)和理念，后續(xù)H.Duddeck[2]和B.Nilsen等[3]對(duì)水下隧道工程進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，并用于指導(dǎo)工程實(shí)踐。21世紀(jì)初，黃宏偉等[4]以上海長(zhǎng)江隧橋工程為依托，在越江跨海隧道風(fēng)險(xiǎn)研究方面取得重大成果。隨著國(guó)內(nèi)海底隧道建設(shè)的興起，眾多研究者[5-8]結(jié)合海底隧道工程地質(zhì)條件，采用數(shù)值分析方法對(duì)廈門翔安海底隧道縱斷面優(yōu)化、大連灣海底隧道線位和施工方法選擇以及港珠澳沉管隧道地層適用性、工期造價(jià)等問題進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策以及方案比選的研究，為海底隧道工程的立項(xiàng)和施工建設(shè)提供了有力支持。近年來，張永剛等[9]和王永紅等[10]分別對(duì)擬建渤海灣海底隧道工程建設(shè)期和運(yùn)營(yíng)期風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了研究，為推動(dòng)渤海灣隧道工程的立項(xiàng)和施工建設(shè)提供了研究依據(jù)，國(guó)內(nèi)海底隧道工程風(fēng)險(xiǎn)管理理論研究也日趨規(guī)范。

目前海底隧道工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)仍主要關(guān)注施工期風(fēng)險(xiǎn)，工程施工階段風(fēng)險(xiǎn)雖然較大，但施工風(fēng)險(xiǎn)來源與工程建設(shè)條件和規(guī)劃設(shè)計(jì)密切相關(guān)，故單單考慮施工期隧道風(fēng)險(xiǎn)是不全面和不系統(tǒng)的[11]。同時(shí)，從工程全壽命周期來看，海底隧道工程使用壽命長(zhǎng)達(dá)100年，運(yùn)營(yíng)階段發(fā)生火災(zāi)、地震等意外事件將對(duì)隧道造成不可估量的損失。故有必要從工程全壽命周期風(fēng)險(xiǎn)出發(fā)，綜合海底隧道工程建設(shè)期和運(yùn)營(yíng)期的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)隧道工程進(jìn)行全面系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，為風(fēng)險(xiǎn)處理和規(guī)避提供參考。

本文考慮海底隧道全壽命風(fēng)險(xiǎn)問題，結(jié)合瓊州海峽鐵路跨海隧道工程，重點(diǎn)從建設(shè)條件、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工程施工和運(yùn)營(yíng)管理4方面對(duì)工程預(yù)研階段推薦路線和工法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果為工程線路和工法選擇提供參考依據(jù)，并針對(duì)全壽命周期高風(fēng)險(xiǎn)問題提出風(fēng)險(xiǎn)控制和規(guī)避處理建議。

1 工程概況

擬建設(shè)的瓊州海峽鐵路跨海隧道，北與湛江至海安鐵路、南與海南東西環(huán)鐵路相連，是客貨兼顧的快速跨海通道，設(shè)計(jì)使用年限為120年，設(shè)計(jì)車速中客運(yùn)為200 km/h(預(yù)留250 km/h)、貨運(yùn)為120 km/h，兼駝背運(yùn)輸隧道模式。預(yù)研階段選擇東、中、西3種不同的軸線方案(見圖1)，中線海域隧道長(zhǎng)21.1 km，最大水深近90 m；西線海域隧道長(zhǎng)32 km，最大水深近43 m，考慮到西線線位隧道長(zhǎng)度過大，擬在瓊州海峽海域合理區(qū)域建設(shè)人工島，便于西線隧道工程設(shè)計(jì)施工；東線方案因?yàn)椴粷M足預(yù)研階段的城市路網(wǎng)規(guī)劃和環(huán)保要求，故在本文中不予以風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和討論。

擬建隧道陸域主要為第四紀(jì)地層夾有玄武巖，海域除表部分布有少量第四紀(jì)軟土和松散砂層外，主要為第三紀(jì)可塑—硬塑黏性土夾密實(shí)砂類土。海底地形差異較大，存在中央深水槽侵蝕區(qū)、侵蝕盆地區(qū)和地形強(qiáng)烈起伏淺灘區(qū)等地貌，部分砂層與海水有直接或較強(qiáng)水力聯(lián)系。中線方案附近發(fā)現(xiàn)10個(gè)疑似斷點(diǎn)，隧道建設(shè)區(qū)抗震設(shè)防等級(jí)為Ⅶ—Ⅷ級(jí)。過往瓊州海峽船舶每年約15萬艘，200 t以上船舶約9萬艘，通航條件復(fù)雜；海域內(nèi)天氣復(fù)雜多變、不良天氣頻繁，熱帶氣旋影響時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)工程施工運(yùn)營(yíng)有一定影響。

圖1 瓊州海峽鐵路跨海隧道方案Fig.1 Scheme of Qiongzhou Strait railway tunnel

建設(shè)區(qū)域主要為砂土層，無法滿足鉆爆法施工條件；中線線路最大水深近90 m，沉管法施工難度極大；故本文對(duì)中線盾構(gòu)、西線盾構(gòu)和西線沉管3種方案進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和方案比選進(jìn)行研究。盾構(gòu)法方案采用雙洞加服務(wù)隧道方案，隧道內(nèi)徑9.4 m、外徑11.1 m，為保證瓊州海峽鐵路跨海隧道在高地震烈度和高水壓條件下隧道襯砌結(jié)構(gòu)安全和襯砌結(jié)構(gòu)的防水可靠，擬采用雙層襯砌結(jié)構(gòu)，中、西線盾構(gòu)法隧道軌面最低設(shè)計(jì)標(biāo)高分別為-121.4 m和- 85.1 m；沉管法方案采用矩形框架結(jié)構(gòu)，橫斷面寬20.58 m、高12.71 m，外墻、頂板和底板厚度均為1.3 m，西線隧道軌面最低設(shè)計(jì)標(biāo)高為- 68.9 m。中、西線隧道方案縱斷面如圖2所示。

(a) 中線

(b) 西線

2 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估首先進(jìn)行的工作，全面準(zhǔn)確的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別才能保證科學(xué)的風(fēng)險(xiǎn)分析。風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別包括風(fēng)險(xiǎn)源查找以及風(fēng)險(xiǎn)源向風(fēng)險(xiǎn)事故轉(zhuǎn)化條件2方面內(nèi)容，本文根據(jù)相關(guān)規(guī)范[12-13]要求和工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合瓊州海峽鐵路跨海隧道工程特點(diǎn)，從全壽命周期角度進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別。通過專家調(diào)查表法進(jìn)行瓊州海峽鐵路跨海隧道方案風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，如表1所示。

表1 瓊州海峽鐵路跨海隧道方案風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別Table 1 Risk identification of Qiongzhou Strait railway tunnel scheme

3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

本文利用專家調(diào)查表法對(duì)瓊州海峽鐵路跨海隧道方案進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)打分，通過處理分析專家評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)3種隧道方案進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)。風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查結(jié)果來源于42位隧道行業(yè)專家學(xué)者(有效問卷41份)，為了保證風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的全面性，選擇不同工作崗位專家發(fā)放調(diào)查問卷，有效問卷中管理部門專家6位、設(shè)計(jì)單位專家17位、施工部門專家7位、科研單位專家11位?？紤]到瓊州海峽鐵路跨海隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估屬于多層次、多因素的復(fù)雜問題，模糊層次綜合評(píng)估法(FAHP)可以較好處理上述復(fù)雜問題[14]，故采用該方法對(duì)隧道工程全壽命風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估以及進(jìn)一步的方案比選。

3.1 模糊層次綜合評(píng)價(jià)法

模糊層次綜合評(píng)價(jià)法(FAHP)是一種將模糊綜合評(píng)價(jià)法(FCE)和層次分析法(AHP)相結(jié)合的評(píng)價(jià)方法，在體系評(píng)價(jià)、系統(tǒng)優(yōu)化等方面有著廣泛的應(yīng)用，是一種定性與定量相結(jié)合的評(píng)價(jià)模型。模糊層次綜合評(píng)價(jià)法使用層次分析法建立指標(biāo)體系和確定指標(biāo)權(quán)重，利用模糊綜合評(píng)價(jià)法確定因素集、評(píng)價(jià)集模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣，在模糊變換后進(jìn)行變換結(jié)果評(píng)價(jià)。模糊層次綜合評(píng)價(jià)流程如圖3所示。

圖3 模糊層次綜合評(píng)價(jià)流程Fig.3 Flowchart of FAHP

3.2 風(fēng)險(xiǎn)模糊層次綜合評(píng)價(jià)流程

本文以瓊州海峽鐵路跨海隧道工程中線盾構(gòu)方案為例，說明模糊層次綜合評(píng)價(jià)法的具體評(píng)價(jià)步驟。

1)指標(biāo)體系建立。建立多層次評(píng)價(jià)模型是層次分析法的關(guān)鍵步驟，通過將目標(biāo)層分為m個(gè)指標(biāo)，得到一級(jí)指標(biāo)層，繼續(xù)劃分可以得到n個(gè)次級(jí)指標(biāo)，從而得到多層次風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系，具體如表1所示。通過建立上述各次級(jí)指標(biāo)層(如海域水文評(píng)價(jià)指標(biāo)中包含潮汐、流速、波浪等次級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo))，有效兼顧到評(píng)價(jià)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性和獨(dú)立性，保證了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)過程和結(jié)果的科學(xué)性。

對(duì)風(fēng)險(xiǎn)概率估計(jì)時(shí)，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源中每個(gè)因素進(jìn)行分析是難以實(shí)現(xiàn)的，為保證對(duì)隧道全壽命周期進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，本文一級(jí)因素集選擇建設(shè)條件、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工程施工和運(yùn)營(yíng)管理4個(gè)影響因素，建立因素集

U=(u1,u2,u3,u4)。

(1)

由于上述每個(gè)影響因素包含多個(gè)次級(jí)因素，為簡(jiǎn)化分析需要建立多級(jí)模糊評(píng)價(jià)集反映各級(jí)因素間相互關(guān)系，將次級(jí)因素統(tǒng)一到主因素集中。

2)評(píng)價(jià)集建立。用模糊語(yǔ)言對(duì)中線盾構(gòu)法隧道方案風(fēng)險(xiǎn)概率進(jìn)行分類表述，建立評(píng)價(jià)集

V=(v1,v2,v3,v4)。

(2)

式中：v1為低風(fēng)險(xiǎn)；v2為中風(fēng)險(xiǎn)；v3為嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)；v4為極嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)需與規(guī)范[12-13]要求保持一致。本文中各風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的評(píng)價(jià)等級(jí)由專家調(diào)查結(jié)果決定，同一風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)以大多數(shù)專家的評(píng)價(jià)結(jié)果為評(píng)價(jià)集結(jié)果。

3)根據(jù)隸屬度建立模糊評(píng)價(jià)矩陣。隸屬度的確定在模糊綜合評(píng)價(jià)中占有重要的地位，決定著評(píng)價(jià)結(jié)果的有效性，通過隸屬度關(guān)系建立模糊評(píng)價(jià)矩陣R，反映各因素指標(biāo)和評(píng)語(yǔ)集的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

(3)

在工程領(lǐng)域，最基本層的指標(biāo)因素往往無法量化[15]，本文通過專家調(diào)查法確定模糊評(píng)價(jià)矩陣。

4)因素權(quán)重確定。在因素集中，每個(gè)因素對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響程度不同，為了反映各因素的重要程度，對(duì)各因素賦予相應(yīng)權(quán)重。瓊州海峽隧道工程全壽命風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)因素權(quán)重采用專家調(diào)查表中層次分析法計(jì)算得到，其中一級(jí)指標(biāo)綜合權(quán)重向量

A=(a1,a2,a3,a4)。

(4)

式中a1—a4分別代表一級(jí)模糊評(píng)價(jià)中的建設(shè)條件、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工程施工和運(yùn)營(yíng)管理權(quán)重值。各次級(jí)因素權(quán)重系數(shù)可以通過同樣方法得到。

5)多層次綜合評(píng)價(jià)。針對(duì)多層次風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型的特點(diǎn)，通過建立多重因素集、評(píng)價(jià)集和模糊評(píng)價(jià)矩陣，逐層向上計(jì)算至最終確定目標(biāo)層的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果。

以二級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)集Bi為例，可以根據(jù)二級(jí)指標(biāo)權(quán)重Ai和對(duì)應(yīng)的隸屬度矩陣Ri得到。

Bi=Ai°Ri。

(5)

式中“° ”為模糊運(yùn)算符。

在工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中常采用主因素決定型M(∧,∨)和加權(quán)平均型M(?,+)進(jìn)行模糊綜合處理，其中加權(quán)平均型較為精確，適用于兼顧考慮整體因素的綜合評(píng)價(jià)[16]。為綜合評(píng)價(jià)瓊州海峽鐵路跨海隧道整體風(fēng)險(xiǎn)，本文采用加權(quán)平均型進(jìn)行模糊變換。故

Bi=Ai°Ri，

(6)

根據(jù)二級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)集Bi可得到一級(jí)指標(biāo)隸屬度矩陣

(7)

同理，考慮到一級(jí)指標(biāo)權(quán)重A和一級(jí)指標(biāo)隸屬度矩陣，一級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)集

B=A°R。

(8)

6)風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。綜合評(píng)價(jià)的目的是為了選出優(yōu)勝對(duì)象，在得到一級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)集B后需要將其轉(zhuǎn)換為綜合分值P。在瓊州海峽鐵路跨海隧道工程中，為最大程度利用信息和反映所有評(píng)價(jià)指標(biāo)貢獻(xiàn)[17]，采用平均隸屬度法將風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)與其概率加權(quán)平均后得到的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)作為最后的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)P。

模糊變換結(jié)果B(b1,b2,b3,b4)中bi代表Ⅰ—Ⅳ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)的概率，對(duì)bi有如下關(guān)系：

(9)

考慮到不同等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)在全壽命風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的重要性不同，建立不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)權(quán)重系數(shù)，如表2所示。

表2 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)權(quán)重系數(shù)Table 2 Weight coefficients of risk grades

模糊變換綜合風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)

(10)

式中：i為風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；Wi為風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)所對(duì)應(yīng)的權(quán)重；bi為式(9)中各級(jí)風(fēng)險(xiǎn)概率。

4 方案比選

根據(jù)模糊層次綜合評(píng)價(jià)法的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，可以得到3種隧道方案的整體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果，如表3所示。可知：中線盾構(gòu)法方案風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)P為2.21，西線盾構(gòu)法方案風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)P為1.92，西線沉管法方案風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)P為2.44。

表3 鐵路跨海隧道方案風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)及評(píng)價(jià)結(jié)果Table 3 Risk coefficients and evaluation results of Qiongzhou Strait railway tunnel schemes

從上述風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)概率和綜合評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，在瓊州海峽鐵路跨海隧道工程的工法選擇上，盾構(gòu)法方案較沉管法方案的風(fēng)險(xiǎn)綜合等級(jí)更低。其中，沉管法方案中Ⅳ級(jí)(不可接受風(fēng)險(xiǎn)等級(jí))風(fēng)險(xiǎn)概率較盾構(gòu)法方案大，導(dǎo)致沉管法方案整體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果偏高。

在隧道工程的方案線位選擇上，工程建設(shè)條件中西線方案水深較中線方案小，隧道工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)和施工條件較好；但西線方案隧道長(zhǎng)度較中線長(zhǎng)約10 km，隧道工程建設(shè)周期長(zhǎng)，同時(shí)需建設(shè)人工島嶼，在一定程度上增大了西線方案的整體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，故綜合隧道長(zhǎng)度和建設(shè)條件進(jìn)行簡(jiǎn)單分析時(shí)，中線和西線線位盾構(gòu)法方案的整體風(fēng)險(xiǎn)差距不大，與模糊綜合層次評(píng)價(jià)結(jié)果較為吻合。

除隧道方案的綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)外，當(dāng)次級(jí)因素風(fēng)險(xiǎn)偏大時(shí)仍會(huì)影響隧道的最終建設(shè)，故對(duì)次級(jí)因素進(jìn)行分析是必要的，3種隧道方案風(fēng)險(xiǎn)情況的專家調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表4所示。

從表4統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出：西線沉管法方案中Ⅳ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)數(shù)量為7項(xiàng)，遠(yuǎn)高于盾構(gòu)法方案；盾構(gòu)法方案的中、西線風(fēng)險(xiǎn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果相近。上述統(tǒng)計(jì)結(jié)果和綜合評(píng)價(jià)結(jié)果相近，說明了綜合評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性。

從上述風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以得到以下結(jié)論：

1)建設(shè)條件中，盾構(gòu)法方案中不良地質(zhì)是唯一的Ⅲ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)；而海域水文氣象條件較差，沉管法隧道方案中波浪和水流流速為Ⅳ級(jí)不可接受風(fēng)險(xiǎn)，沉管管段運(yùn)輸和對(duì)接難度大，導(dǎo)致沉管方案技術(shù)、經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)較大。

2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，盾構(gòu)法和沉管法隧道結(jié)構(gòu)形式存在較大差異，但風(fēng)險(xiǎn)均在可接受范圍，需要注意盾構(gòu)法聯(lián)絡(luò)通道的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

3)隧道工程施工是全壽命周期中風(fēng)險(xiǎn)最大的階段，Ⅳ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)數(shù)量最多、比例最大。盾構(gòu)法方案存在3項(xiàng)Ⅳ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，隧道長(zhǎng)距離掘進(jìn)、高水壓條件使得盾尾密封、刀具磨損更換和橫通道開挖風(fēng)險(xiǎn)極大；沉管法方案存在5項(xiàng)Ⅳ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，惡劣的海域水文條件使得沉管法隧道基槽施工的邊坡穩(wěn)定、回淤控制、基礎(chǔ)施工以及水下對(duì)接定位和壓力控制難度大。

4)運(yùn)營(yíng)管理階段風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是隧道全壽命風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的重要部分，斷層移動(dòng)給隧道長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)管理帶來挑戰(zhàn)，地震、火災(zāi)等意外事件對(duì)盾構(gòu)法方案隧道運(yùn)營(yíng)管理影響較大，而海域內(nèi)海床沖刷對(duì)沉管法隧道運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)影響較大。

通過上述方案綜合比選分析可知，瓊州海峽鐵路跨海隧道沉管法方案整體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果和Ⅳ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)數(shù)量和比例高于盾構(gòu)法方案，應(yīng)優(yōu)先選擇盾構(gòu)法方案。在線位選擇上，中線和西線盾構(gòu)法方案風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果接近，風(fēng)險(xiǎn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果較類似，單從工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方面看西線盾構(gòu)方案略優(yōu)，但西線方案海底隧道長(zhǎng)度約為中線方案的1.5倍，工程投資和建設(shè)周期相應(yīng)增長(zhǎng)，具體線路比選還需考慮工程投資等因素進(jìn)一步研究。

5 重大風(fēng)險(xiǎn)分析及控制

在工程實(shí)踐中，風(fēng)險(xiǎn)的存在不可避免，將風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)按風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和性質(zhì)進(jìn)行區(qū)別處理，對(duì)重大風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)進(jìn)行重點(diǎn)控制，有助于降低隧道工程的整體風(fēng)險(xiǎn)水平，保證工程的安全和可靠。風(fēng)險(xiǎn)控制的思路主要有2方面：一是減小風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率，一般為事先采取控制措施；二是減小風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后損失的大小，包括事先控制和事后補(bǔ)救[18]。根據(jù)瓊州海峽鐵路跨海隧道工程特點(diǎn)，結(jié)合專家調(diào)查表中建議以及工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，匯總整理出以下瓊州海峽鐵路隧道盾構(gòu)法方案中Ⅳ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)和部分Ⅲ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)的控制規(guī)避措施。

1)不良地質(zhì)條件(Ⅲ級(jí)風(fēng)險(xiǎn))控制措施。海底隧道處于海水包圍中，相對(duì)陸域隧道勘查難度大，采用先進(jìn)的勘查方法和多種勘查手段相結(jié)合進(jìn)行全面地質(zhì)調(diào)查至關(guān)重要。隧道掘進(jìn)中需完善地質(zhì)勘查信息，采取合理地層加固措施和應(yīng)急方案確保隧道掘進(jìn)安全。

2)盾尾密封(Ⅳ級(jí)風(fēng)險(xiǎn))控制措施。中線隧道方案水深近90 m，盾構(gòu)掘進(jìn)面臨高水壓施工問題，盾尾密封和密封裝置更換風(fēng)險(xiǎn)大。為保證盾尾密封質(zhì)量和壽命，需采用多道密封和合理監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，良好的盾構(gòu)姿態(tài)控制可大幅度提升盾尾密封壽命，盾尾密封更換需采取有效的地層加固措施和選擇合理的更換時(shí)間。

3)刀具磨損和更換(Ⅳ級(jí)風(fēng)險(xiǎn))控制措施。除面臨高水壓外，該工程還存在長(zhǎng)距離掘進(jìn)難點(diǎn)，為減少刀具磨損和更換次數(shù)需選擇耐磨材料和備用刀具設(shè)計(jì)，盾構(gòu)選型需考慮帶壓換刀和常壓換刀，選擇合理加固措施進(jìn)行刀具甚至刀盤更換。

4)橫通道開挖(Ⅳ級(jí)風(fēng)險(xiǎn))控制措施。橫通道開挖風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和概率極大，中線線位水深條件下的橫通道開挖工程尚無先例。橫通道設(shè)計(jì)時(shí)需優(yōu)化隧道內(nèi)部設(shè)計(jì)甚至突破規(guī)范要求減少橫通道數(shù)量；對(duì)橫通道開挖過程中的地層加固措施進(jìn)行深入研究，保證施工組織管理和監(jiān)測(cè)質(zhì)量，避免重大風(fēng)險(xiǎn)事故發(fā)生。

5)斷層活動(dòng)(Ⅲ級(jí)風(fēng)險(xiǎn))控制措施。在隧道長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)中，斷層活動(dòng)將導(dǎo)致隧道縱向變形差異，地震作用下易發(fā)生襯砌結(jié)構(gòu)破壞。在地質(zhì)勘查確定斷層活動(dòng)特點(diǎn)后，斷層附近通過采用柔性設(shè)計(jì)和設(shè)置減震層等措施，減小不一致變形和地震動(dòng)力響應(yīng)對(duì)隧道長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)可靠性的影響。

6 結(jié)論與建議

1)通過隧道全壽命風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和評(píng)價(jià)可以看出，隧道施工階段風(fēng)險(xiǎn)與建設(shè)條件、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)系密切，同時(shí)運(yùn)營(yíng)管理期也存在風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高的風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)，綜合全壽命風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)有助于提高風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的整體性和全面性。

2)采用模糊層次綜合評(píng)價(jià)法，從全壽命周期角度對(duì)瓊州海峽鐵路跨海隧道預(yù)研階段的3種方案進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，綜合評(píng)價(jià)結(jié)果和風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)統(tǒng)計(jì)可知盾構(gòu)法方案優(yōu)于沉管法方案，中線和西線盾構(gòu)法方案評(píng)價(jià)結(jié)果相近，需要綜合工程投資等進(jìn)一步研究。

3)針對(duì)瓊州海峽鐵路跨海隧道盾構(gòu)法方案，結(jié)合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果和專家建議提出了高風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)控制措施以降低工程整體風(fēng)險(xiǎn)。瓊州海峽鐵路跨海隧道工程面臨長(zhǎng)距離、高水壓等工程特點(diǎn)，需要對(duì)不良地質(zhì)勘查、盾尾密封、刀具磨損更換和運(yùn)營(yíng)管理中的斷層移動(dòng)、地震等風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)進(jìn)行深入分析和研究。

對(duì)隧道全壽命過程各階段進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，針對(duì)各階段中較大風(fēng)險(xiǎn)因素采取相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)控制措施，對(duì)降低工程風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義。同時(shí)工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和管理是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程，需要在工程項(xiàng)目全壽命周期不同階段進(jìn)行合理的信息和評(píng)價(jià)模型更新，比如隧道施工過程中將施工周期長(zhǎng)短作為一重要風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，從而更準(zhǔn)確評(píng)價(jià)工程風(fēng)險(xiǎn)、提出合理處置措施。文中工程措施均為風(fēng)險(xiǎn)控制的一般性措施，后續(xù)還需要針對(duì)瓊州海峽跨海鐵路隧道的全壽命風(fēng)險(xiǎn)作進(jìn)一步深入研究，故本文暫不涉及風(fēng)險(xiǎn)控制措施后的殘余風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和相關(guān)的對(duì)比研究。

7 致謝

譚忠盛、傅鶴林等多位行業(yè)專家以及相關(guān)單位對(duì)本文風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)控制措施提出給予了指導(dǎo)和支持，而且譚忠盛教授還提供了寶貴的工程建設(shè)條件資料，在此一并致以衷心的感謝！