引水隧洞盾構(gòu)法施工風險源辨識與分析

摘 要：引水隧洞所處地質(zhì)環(huán)境多變，加之盾構(gòu)施工是一個復(fù)雜的施工過程，其風險概率高，風險難以預(yù)測，并且風險帶來的經(jīng)濟損失、人身傷害不可估量。尋找引水隧洞盾構(gòu)施工中可能出現(xiàn)的風險源并進行分析，有助于保障隧洞工程安全施工。針對某引水隧洞，利用ＷＢＳ－ＲＢＳ 法構(gòu)建風險矩陣，進行隧洞盾構(gòu)施工風險源辨識，然后通過層次分析法，確定隧洞各風險因素的權(quán)重，得出各個風險因素對隧洞盾構(gòu)施工進度的影響程度，根據(jù)影響程度制定相應(yīng)的風險控制措施，使隧洞盾構(gòu)施工安全管理從事后補救變?yōu)槭虑邦A(yù)防，降低了風險發(fā)生的概率，提高隧洞盾構(gòu)施工安全管理的水平。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)施工；ＷＢＳ－ＲＢＳ 法；風險源辨識；層次分析法

中圖分類號：ＴＶ５１２ 文獻標志碼：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１０００－１３７９．２０２３．０４．２１

引用格式：李強，李子陽，許林軍，等．引水隧洞盾構(gòu)法施工風險源辨識與分析［Ｊ］．人民黃河，２０２３，４５（４）：１２１－１２５．

近些年來，盾構(gòu)法施工技術(shù)不斷完善，其具有精度高、施工進度快等優(yōu)點，因此在隧洞工程施工中逐步占據(jù)主導(dǎo)地位［１］ 。隧洞工程水文地質(zhì)條件復(fù)雜多變，隧洞結(jié)構(gòu)有著獨特性［２］ ，加之盾構(gòu)法施工難度大，施工過程是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，受到多種不可預(yù)見的風險因素制約，在工程進度和施工人員安全方面具有較大風險［３］ 。針對引水隧洞盾構(gòu)施工期的危險源辨識與分析可幫助管理者有效規(guī)避施工風險，將大部分風險扼殺在搖籃階段。

風險事故并非無端出現(xiàn)，每一風險事故的發(fā)生都存在載體［４］ 。對于隧洞工程項目而言，其基本施工過程就是風險發(fā)生的載體［５］ ，因此可通過工程施工工序識別出危險源。在危險源識別的研究中，周紅波等［６］提出以故障樹分析為基礎(chǔ)結(jié)合ＷＢＳ－ＲＢＳ 法進行風險識別的方法，有效解決了地鐵基坑工程因環(huán)境復(fù)雜、不確定因素多而導(dǎo)致風險分析不全的問題。楊建斌等［７］ 以項目風險分析理論為基礎(chǔ)，結(jié)合ＷＢＳ－ＲＢＳ 法識別風險，對大型工程項目動態(tài)風險管理進行了探討，并有針對性地提出轉(zhuǎn)移或降低風險的技術(shù)對策，對盾構(gòu)法施工有重要意義。在危險源分析的研究中，鐘登華等［８］ 把ＡＨＰ 方法運用于工程項目風險分析，并將風險因素的可控制性和企業(yè)信譽風險也作為風險判斷準則之一，使得風險的評價更合理、更能反映工程實際。賈俊峰等［９］ 將風險評估過程分為工程項目資料調(diào)研、風險辨識、風險衡量和風險度計算４ 個步驟，借助層次分析法為施工安全風險評價提供了一個可行的方法。鄧麗娜［１０］ 運用層次分析法進行隧道工程風險評估，將定性分析與定量分析相結(jié)合，彌補了專家調(diào)查法的不足。本文采用ＷＢＳ－ＲＢＳ 和ＡＨＰ 相結(jié)合的方法對某隧洞盾構(gòu)施工風險源進行辨識和分析。首先根據(jù)ＷＢＳ－ＲＢＳ 構(gòu)建風險矩陣，通過風險耦合分析找出隧洞可能發(fā)生的風險事件；然后采用ＡＨＰ 法建立施工風險指標體系，通過計算分析得到各個風險因素對隧洞盾構(gòu)施工進度的影響程度。

１ 工程概況

案例隧洞全長２．８５ ｋｍ，其中隧洞段長２．６４６ ｋｍ。隧洞洞身下穿堤防，隧洞洞身段建筑物級別為１ 級，進、出口閘及兩端連接建筑物級別為３ 級。

該隧洞圍巖地層主要為第四系粉土、黏土、砂層，地質(zhì)條件復(fù)雜，場地類別為Ⅱ類，圍巖工程地質(zhì)分類為Ｖ 類，主要存在洞室圍巖穩(wěn)定性差、砂土液化、大變形、擾動變形等問題。同時，場區(qū)地下水位較高，且穿越沁河河床及漫灘，隧洞全線位于地下水位以下。地下水對隧洞施工安全將帶來很大的影響，地下水位下降會引起地層固結(jié)沉降，影響既有堤防、建筑物基礎(chǔ)及地下管線管道，導(dǎo)致堤防、周邊建筑物、地下管線等發(fā)生不均勻沉降甚至破壞。因此，該隧洞施工環(huán)境復(fù)雜，有諸多不確定因素干擾，欲將ＷＢＳ－ＲＢＳ 法和ＡＨＰ 法相結(jié)合對該隧洞施工風險源進行辨識和分析。

２ ＷＢＳ－ＲＢＳ 法風險源辨識

ＷＢＳ－ ＲＢＳ 法原理是將工作分解結(jié)構(gòu)法ＷＢＳ（Ｗｏｒｋ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ） 和風險分解結(jié)構(gòu)法ＲＢＳ（Ｒｉｓｋ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）進行有機結(jié)合，構(gòu)建耦合矩陣進行風險識別。

２．１ ＷＢＳ 法

ＷＢＳ 法是把一個項目按照一定的原則進行分解，將項目層層分解至具有操作性的獨立的單元［５］ 。本文將盾構(gòu)法施工工序分為盾構(gòu)始發(fā)段、盾構(gòu)正常掘進施工段、盾構(gòu)接收段３ 個，形成隧洞盾構(gòu)施工ＷＢＳ 結(jié)構(gòu)，具體分解樹如圖１ 所示

２．２ ＲＢＳ 法

ＲＢＳ 法是定義潛在風險源的層級結(jié)構(gòu)，將風險因素進行細化和分解，直至分解到最基本的風險因素［１１］ 。本文按照內(nèi)部風險和外部風險形成隧洞盾構(gòu)施工ＲＢＳ 結(jié)構(gòu)，具體分解樹如圖２ 所示。

２．３ ＷＢＳ－ＲＢＳ 耦合矩陣

對案例隧洞盾構(gòu)施工進行ＷＢＳ 和ＲＢＳ 分解后，結(jié)合專家經(jīng)驗，將各項元素兩兩耦合，得到ＷＢＳ－ＲＢＳ耦合矩陣（見表１，其中１ 表示耦合結(jié)果可能發(fā)生風險，０ 表示耦合結(jié)果不可能發(fā)生風險）。

通過對耦合結(jié)果為“１”的風險單元進行分析，確定該單元所代表的風險。這些風險為人員受傷、返工、撤換施工人員、撤換管理人員、臨時修改方案、刀盤磨損、盾構(gòu)機機尾密封失效、盾構(gòu)機油缸系統(tǒng)故障、運輸設(shè)備故障、通風系統(tǒng)故障、管片質(zhì)量不達標、管片供應(yīng)不及時、管片搬運損壞、地層變形、地面隆起、土體涌入工作井、支護不及時、涌水涌砂、地面沉降、塌方、姿態(tài)偏差、卡護盾、卡刀盤。

３ 隧洞盾構(gòu)施工風險分析

層次分析法（Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ Ｈｉｅｒａｒｃｈｙ Ｐｒｏｃｅｓｓ，ＡＨＰ）是２０ 世紀７０ 年代由美國運籌學家Ｓａａｔｙ 提出的［１２］ ，是將復(fù)雜問題的有關(guān)因素分解為相互聯(lián)系的有序?qū)哟?，形成具有遞進關(guān)系的多層次結(jié)構(gòu)模型，然后建立各層次中的全部判斷矩陣，并計算驗證判斷矩陣的一致性，最后根據(jù)判斷矩陣得出相對重要度排序結(jié)論［１３］ 。３．１ 建立施工風險指標體系層次分析法需要建立評價指標體系，該評價指標體系主要考慮目標層、準則層、風險層３ 個層次，其中目標層為隧洞盾構(gòu)施工風險評價，準則層包括環(huán)境風險、材料風險、施工技術(shù)風險、人為風險、設(shè)備風險，指標層為ＷＢＳ－ＲＢＳ 法危險源辨識結(jié)果。隧洞盾構(gòu)施工風險評價指標體系見表２。

３．２ 隧洞盾構(gòu)施工風險評價

采用１～９ 標度法［１４］ 進行準則層和各個指標的重要度判斷，通過收集專家意見，根據(jù)專家給出的各指標間風險程度的比較值，建立判段矩陣并計算出最大特征值，然后進行一致性檢驗，結(jié)果見表３～ 表９（其中：λｍａｘ為最大特征值；ＣＩ 為一致性指標；ＲＩ 為一致性期望值；ＣＲ 為一致性比率）。

一致性檢驗結(jié)果均符合要求。根據(jù)表３ 可知，設(shè)備風險和環(huán)境風險對盾構(gòu)施工影響較大，人為風險和施工技術(shù)風險其次，材料風險對盾構(gòu)施工影響最小。根據(jù)表９ 可知，風險因素組合權(quán)重較高的有塌方（０．１５２）、刀盤磨損（０．１３２）、盾構(gòu)機機尾密封失效（０．１２２）、地面沉降（０．０７９）、盾構(gòu)機油缸系統(tǒng)故障（０．０７５）、地層變形（０．０５６）、涌水涌砂（０．０５２），其余風險因素的組合權(quán)重均低于０．０５０，相對重要度較低。

４ 風險應(yīng)對措施

根據(jù)風險因素的評估結(jié)果，對案例隧洞盾構(gòu)施工有針對性地提出應(yīng)對措施。

４．１ 設(shè)備管理措施

（１）嚴格控制進場設(shè)備質(zhì)量。針對大型裝配設(shè)備，選派專業(yè)人員把控設(shè)備生產(chǎn)過程中每個環(huán)節(jié)的質(zhì)量；制定設(shè)備出廠驗收管理辦法，在辦法中明確流程、職責分工、驗收范圍、檢查依據(jù)、檢查內(nèi)容和指標要求。

（２）針對盾構(gòu)機，需要定期檢查按需保養(yǎng)，據(jù)實記錄檢查結(jié)果。實時監(jiān)測盾構(gòu)機施工的相關(guān)參數(shù)，對重要部件的故障進行記錄分析，找出其中的磨損規(guī)律，由此判斷設(shè)備即將出現(xiàn)的非正常損壞，及時預(yù)防或維修，避免盾構(gòu)機出現(xiàn)故障導(dǎo)致工期拖延。

（３）專業(yè)技術(shù)人員需要依據(jù)盾構(gòu)機使用情況制訂檢修計劃，有效降低設(shè)備風險發(fā)生的可能。

４．２ 組織管理措施

（１）根據(jù)施工組織方案及隧洞周邊地質(zhì)環(huán)境勘探成果，對辨識的風險進行逐項核實和分析，編制隱患排查治理表。在施工期間，根據(jù)施工工藝、施工進度和施工工序?qū)κ┕わL險因素進行排查，并根據(jù)現(xiàn)場施工情況不斷補充和完善隱患排查治理表。

（２）對隧洞盾構(gòu)施工現(xiàn)場工作人員執(zhí)行嚴格登記制度，對于技術(shù)不足的施工人員及時組織培訓(xùn)。

（３）對相關(guān)作業(yè)層人員開展風險交底，做好新進場人員及工作調(diào)換、交接風險交底工作。

（４）建立全面風險防控組織機構(gòu)，分為項目管理層、安全風險管理層及現(xiàn)場作業(yè)層，各層明確自身職責和風險防控任務(wù)，做到一級對一級負責，防控工作不缺項、不漏項、有監(jiān)督。

（５）對施工現(xiàn)場認真進行安全生產(chǎn)策劃，組織編制安全生產(chǎn)保證計劃，在確定安全生產(chǎn)目標的基礎(chǔ)上，采取分項保證措施。

（６）組織技術(shù)人員針對重要的風險因素編制可操作性強的專項施工方案。

４．３ 其他措施

（１）對于環(huán)境風險，應(yīng)遵循“預(yù)報在先，綜合處理，安全為主”的原則，盡可能對盾構(gòu)施工做到超前地質(zhì)風險預(yù)報預(yù)防，制定相應(yīng)的風險應(yīng)對方案。比如，盾構(gòu)掘進過程中穿越村落時若存在廢棄暗井和空洞，則可能因泥水倉突然泄壓而引起附近土層變形，導(dǎo)致洞頂?shù)孛娉两担闆r嚴重可能導(dǎo)致塌方，建議采用地質(zhì)雷達對尚未到達的下穿地段是否存在暗井或空洞進行勘探，根據(jù)勘探情況，發(fā)現(xiàn)暗井或空洞時進行回填封堵，沿隧洞軸線對洞頂每隔１０ ｍ 左右進行地面袖閥管注漿預(yù)加固，注漿采用雙液漿。

（２）基座框架結(jié)構(gòu)的強度和剛度要滿足施工要求，盾構(gòu)基座底面與始發(fā)井底板之間要墊平鋪實，保證接觸面積滿足要求。

（３）鑿除洞門后，盾構(gòu)機及時靠上土體，避免暴露時間過長導(dǎo)致洞門水土流失。

（４）正確操作盾構(gòu)機，定時對設(shè)備進行保養(yǎng)；始發(fā)前根據(jù)施工測量結(jié)論，確保始發(fā)軸線符合設(shè)計方案，在刀盤抵達掌子面開始推進后，合理控制盾構(gòu)掘進相關(guān)參數(shù)，如泥水倉壓力、推力、推進速度、刀盤扭矩、刀盤轉(zhuǎn)速、出土量、同步注漿壓力及注漿量等。

（５）根據(jù)工程實際情況，制定科學合理的封門拆除工藝，拆除封門前做好各項進出洞的準備工作。

５ 結(jié) 語

隧洞盾構(gòu)施工有諸多不確定性因素導(dǎo)致存在較大風險，本文采用ＷＢＳ－ＲＢＳ 法對案例隧洞進行風險源識別，建立了ＷＢＳ－ＲＢＳ 風險耦合矩陣，在繁瑣的因素中整理出了施工過程中可能發(fā)生的風險因素，在此基礎(chǔ)上，通過層次分析法對風險因素進行科學評估，并針對影響程度較大的風險因素提出針對性的措施，可為案例隧洞的施工管理和風險預(yù)防提供參考。

參考文獻：

［１］ 陸岸典，肖惠，沈翔，等．獅子洋輸水隧洞泥水盾構(gòu)設(shè)計及施工技術(shù)分析［Ｊ］．現(xiàn)代隧道技術(shù)，２０２０，５７（５）：２２６－２３１．

［２］ 楊繼華，齊三紅，楊風威，等．ＣＣＳ 水電站輸水隧洞工程地質(zhì)條件分析與處理［Ｊ］． 人民黃河，２０１９，４１（６）：９４ －９８，１０６．

［３］ 汪倫焰，王若騰，趙榮生．水工盾構(gòu)隧道施工安全風險綜合評價與判定［Ｊ］．人民黃河，２０２１，４３（５）：１４２－１４８．

［４］ 于鑫．基于ＷＢＳ－ＲＢＳ 法的城市軌道交通設(shè)備系統(tǒng)建設(shè)風險識別及對策［Ｊ］．鐵路計算機應(yīng)用，２０１３，２２（９）：１－４．

［５］ 余群舟，廖志強，周誠，等．基于ＷＢＳ－ＲＢＳ 的地鐵盾構(gòu)始發(fā)安全風險巡視內(nèi)容研究［Ｊ］．工程管理學報，２０１８，３２（４）：６４－６９．

［６］ 周紅波，高文杰，蔡來炳，等．基于ＷＢＳ－ＲＢＳ 的地鐵基坑故障樹風險識別與分析［Ｊ］．巖土力學，２００９，３０（９）：２７０３－２７０７，２７２６．

［７］ 楊建斌，張慧．基于ＷＢＳ 和ＲＢＳ 的項目動態(tài)風險分析［Ｊ］．科學技術(shù)與工程，２００９，９（１４）：４０８６－４０８９．

［８］ 鐘登華，張建設(shè)，曹廣晶．基于ＡＨＰ 的工程項目風險分析方法［Ｊ］．天津大學學報（自然科學與工程技術(shù)版），２００２，３５（２）：１６２－１６６．

［９］ 賈俊峰，梁青槐．ＷＢＳ－ＲＢＳ 與ＡＨＰ 方法在土建工程施工安全風險評估中的應(yīng)用［Ｊ］．中國安全科學學報，２００５（７）：１０１－１０３，１０７．

［１０］ 鄧麗娜．層次分析法在隧道工程風險評估中的應(yīng)用［Ｊ］．四川建筑，２００５，２５（１）：１４２－１４３．

［１１］ 王，劉保國，亓軼．基于ＷＢＳ－ＲＢＳ 與故障樹耦合的地鐵施工風險與評價［Ｊ］．地下空間與工程學報，２０１５，１１（增刊２）：７７２－７７９．

［１２］ 王迎超，李亞博，喬偉，等．基于層次分析法的隧道塌方影響因素的定量評估研究［Ｊ］．科技通報，２０１６，３２（５）：１８０－１８６．

［１３］ 王公忠，劉星魁，李鳳琴．層次分析法的海底隧道盾構(gòu)施工風險評價［Ｊ］．遼寧工程技術(shù)大學學報（自然科學版），２０１５，３４（１１）：１２４０－１２４３．

［１４］ 曾斌，楊木易，邵長杰，等．基于層次分析法的杭長高速巖溶塌陷易發(fā)性評價［Ｊ］．安全與環(huán)境工程，２０１８，２５（１）：２９－３８．

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