【工程论文】大型岩土工程施工安全风险分析与评估方法研究
论文作者:草根论文网 论文来源:www.lw360.net 发布时间:2018年07月16日

我国的风险理论研究是从美国引入的。风险管理研究起步很晚,开始主要是翻译国外著作为主。随着社会主义市场经济体制的完善,风险不再由国家承担,对风险管理的研究开始在工程项目、国际工程、金融、房地产等领域逐步开展应用研究,取得了较为明显的效果。二十世纪90年代,同济大学、天津大学等以国内一些大型地下工程项目为依托,对风险管理理论及应用等方面进行了探索性研究,迈出了国内土木工程风险管理的第一步。90年代中后期,国内学者将结构可靠度分析方法引入地下工程中,充实了工程风险管理内容,进一步补充与完善了风险管理理论。二十一世纪初,风险管理理论逐步细化,在风险评估模式,预测预警与控制决策等几个方面得到快速发展。随着风险管理理论的不断完善,大型岩土工程风险管理的重心逐步向全局管理和动态管理方面过渡。2010年以来,针对基坑工程、盾构//TBM隧道工程、深长隧道、边坡工程等,多位学者开展更为深入的风险分析,提出适用性更强的风险评估方法或模型。

1 风险管理理论与方法    

近年来,静态与动态相结合的风险管理方法得到促进和发展,李忠等}6]考虑多种风险分析方法,把静态风险管理和动态风险管理有效结合,提出更为全面、合理并贴近大断面城市隧道工程实际的风险界定、辨识、估计、评价和控制的静动态风险管理过程架构;周宗青等}7]针对隧道塌方风险,利用模糊层次评价方法开展基于孕险环境的静态风险评估,汲取大气降水、开挖支护措施及监控量测等施工信息,进行隧道施工过程中的动态风险评估,基于动态评估结果提出了风险动态规避方法;苏洁等针对地铁隧道穿越既有桥梁安全开展风险评估及控制研究,建立包含工前检测、工前评估、工中动态控制、工后评估及恢复等四个方面的既有桥梁安全风险评估及控制体系,即识别可能存在的风险,提出地铁施工过程中既有桥梁施工中的控制指标及控制标准,利用信息化手段实现既有桥梁在全过程中的安全性几通过对施工结束后施工数据的分析,对既有桥梁结构进行必要性评估及恢复。上述文献通过动态更新地质、环境等评价指标、增加施工监控量测等施工信息实现动态风险管理,但是对于施工行为的风险评价方法涉及不多,需要开展进一步的研究。    

定性评估方法中主观因素影响太大,由于相关统计数据有限,定量评估方法发展基础明显不足,定性定量相结合的方法成为目前采用的主要风险评估方法。杜修力等将网络分析法应用到地下工程风险评估中,利用专家调查法对地下工程中出现的风险因素进行识别,运用MATLAB对各风险因素的比较判断矩阵及加权超矩阵进行分析和运算;刘保国等通过建立集德尔菲法、模糊综合评判和网络分析法于一体的模糊网络分析法,将其应用于公路山岭隧道施工风险分析,在公路山岭隧道施工全过程分析基础上,建立公路山岭隧道施工风险评价指标体系。汪涛等}川采用贝叶斯网络方法建立风险事件、风险因素之间的关系模型,结合风险贝叶斯网络评估风险事件的发生概率。

2 深长隧道施工风险分析与评估    

近年大量的高风险深长隧道工程正在或即将在地形地质条件极端复杂的岩溶地区或西部山区修建,建设过程中极易遭遇突水突泥、岩爆等重大灾害,针对隧道突水、岩爆、大变形等单个风险事件开展的研究日益增多。李术才、李利平等通过案例统计分析,遴选出突涌水的影响因子,分析了各影响因素与突涌水发生概率和发生次数之间的隶属函数或表征关系,建立岩溶隧道突涌水风险模糊层次评价模型。郝以庆、卢浩等利用概率理论对突水评价指标值的不确定性进行了表征,引入了属性测度扰动区间,推导了单指标属性测度的计算公式以及多指标综合属性测度矩阵的计算方法。董鑫、卢浩等提出基于嫡的风险评估和决策模型,综合考虑了危险性和不确定性因素;并针对隧道突水,基于断裂力学理论,推导出了裂隙压剪破坏与裂隙拉剪破坏的临界水压力值,分析了各影响因素对临界水压力的影响。吴世勇等通过微震实时监测和数值分析等手段,开展TBM施工速度、导洞施工等TBM开挖方案对岩爆风险的影响研究。肖亚勋,冯夏庭等在锦屏II水电站3#引水隧洞极强岩爆段实施了”先半导洞+TBM联合掘进”实验,结合微震实时监测信息对TBM半导洞掘进的岩爆风险开展了研究。温森等针对洞室变形引起的双护盾TBM施工事故开展风险分析,根据后果等级结合发生的概率提出TBM施工变形风险评价矩阵。    

深长隧道中地质因素不确定性大,影响机理复杂,目前风险评估主要侧重于研究地质、施工等因素与风险事件的相关关系,建立初步的风险评价模型,对于多种因素综合影响风险的机理和综合评估模型,还需要进一步的研究。

3 城市地下空间施工风险分析与评估    

随着我国地铁、城市地下空间建设蓬勃发展,围绕深基坑、盾构隧道、过江隧道、地铁穿越建筑物等工程施工开展了风险分析。张驰针对基于模糊数学理论深基坑施工对周边环境影响开展风险分析与评估,提出了风险损失评价指标、风险等级划分以及风险损失计算公式。郑刚等开展盾构机掘进参数对地表沉降影响敏感度的风险分析,分析盾构掘进参数与掘进速度的关系,分析对周围地层沉降的影响规律,以盾构掘进过程中的关键掘进参数为底事件建立风险故障树并进行定量的风险评估。吴世明对泥水盾构穿越堤防的风险源进行系统分析,阐述风险产生的原因、造成的危害及规避和处理措施,并结合杭州庆春路过江隧道泥水盾构穿越钱塘江南岸大堤的工程实例,验证所述风险控制措施的合理性及可行性。王浩开展浅埋大跨隧道下穿建筑物群的施工期安全风险管理,采用数值模拟方法,对施工开挖、支护进行精细化模拟,得出关键施工步序的变形量几结合类似工程经验和规范,制定安全监测的控制标准,以指导监测和施工。石钮锋针对超浅覆大断面暗挖隧道下穿富水河道施工开展风险分析及控制研究,在对可能采用的预加固手段及开挖方案进行初步比选后,采用三维数值模拟手段进一步量化比选。张永刚等针对渤海湾海底隧道工程开展施工风险评估与控制分析,考虑超前地质预报风险、施工工序风险、支护施工风险、防排水风险、超欠挖风险、海域段隧道施工风险、施工对环境影响、洞内环境对人员健康及施工影响8种类型。    

相比深长隧道,城市地铁、地下空间地质环境信息更加完备,目前研究主要侧重于施工因素对于风险事件的影响,为施工动态风险评估和控制提供了依据。

4 盐岩地下储备库施工风险分析与评估    

随着我国对能源储存库的需求增大,盐岩地下储备库风险分析也逐渐展开。井文君,杨春和}29-31 ]基于国外盐岩地下油气储备库曾发生过的重大事故的统计资料,采用风险矩阵法、故障树、专家调查法对盐岩储备库在建设和运营过程中的存在的重大风险进行了评价,并利用可靠度分析法计算各参数为正态随机分布时腔体收缩各级风险的发生概率,分析地应力与腔体内压差值与各级风险发生概率之间的变化规律。张宁建立地表沉降、盐岩片帮风险功能函数表达式,最后采用基于随机变量的蒙特卡洛方法、可靠度理论计算获得盐腔体积收缩引起的地表沉降风险、储气库片帮风险失效概率。在力学机理分析和计算的基础上建立风险功能函数,进而利用可靠度理论可实现定量风险评价,然而风险评价指标概率分布的确定比较困难,需要相关的数据统计样本的支撑。

5 地面岩土工程风险分析与评估    

张超综合考虑水文、水力及填筑土石料力学参数的不确定性,开展高土石不过水围堰边坡失稳风险分析,构建基于安全系数的高土石不过水围堰边坡失稳风险数学模型,利用拟合优度指标确定最优概率分布。李典庆提出了基于子集模拟的边坡风险评估的高效随机有限元法(RFEM,推导了基于子集模拟的边坡失效概率和失效风险的计算公式,并给出了基于高效RFEM的边坡可靠度分析和风险评估流程图。王浩针对边坡规划设计、施工建造和运营服务三阶段,提出开展边坡风险评价与效益分析、风险调控方案比选及控制规划、风险调控对策实施及监测、校核与修正的技术流程与实施要点,并讨论了风险容许标准的确定原则和提高风险评估精度及可靠性的思路。总体来看,静态与动态相结合已成为目前风险管理的主流理念,定性定量相结合是目前主要评估方法,定量评估方法在盐岩地下储备库以及地面岩土工程风险得到初步发展和应用。

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