高速鐵路隧道施工風險管理技術探索

李 明,王占龍

(中鐵十六局集團有限公司,北京 100018)

1 概述及工程概況

隧道工程風險管理是一種復雜的、動態的、開放的系統,影響該系統的因素眾多,且各種風險因素所引起的后果嚴重程度迥異。系統的復雜性主要體現在系統因素確定性和不確定性并存的雙重性,比如對工程地質體的描述:巖體節理發育程度、圍巖級別、巖體質量指標、巖體完整性系數、巖體物理力學參數等,都具有隨機的不確定性;系統的動態性體現在與時間維、空間維的關系,風險隨著時間、地點的變化而發生變化,比如,工程巖體開挖后,其穩定性和強度隨時間的增長而降低。系統的開放性主要體現在同外界環境交換信息、能源、材料等。

蘭渝鐵路設計時速 200km,是國家《中長期鐵路網規劃》中西北至西南的區際新通道,是我國鐵路網的重要組成部分。線路途徑甘、陜、川、渝 3省 1市。其中 LYS-2標段位于甘肅省渭源、漳縣境內,線路全長69.96km,隧道 49.25km/13座,約占線路總長的71%。本標段地處黃土高原南部秦嶺高中山區,高程多在1000～3400m,相對高差 600～1200m,總體地形北低南高,北面起伏較小,南面起伏大,溝壑交織。地層巖性變化較大,并與構造作用密切相關。隧道穿越地層主要有黃土、泥巖、砂巖、頁巖、礫巖、灰巖等。區域內分布的特殊巖土主要有濕陷性黃土、松軟土、膨脹(巖)土;不良地質類型主要有淺埋、滑坡、危巖、巖堆等。依據《鐵路隧道風險評估與管理暫行規定》,結合本標段的特點,確定淺埋偏壓、高地應力軟弱圍巖大變形、塌方、瓦斯、突泥涌水及長大斷層等為隧道施工風險的控制性因素。

2 隧道工程風險管理的意義

隧道工程具有建設周期長、不確定因素多、高風險性強和災害損失大等特點。隧道工程風險管理是決定隧道工程項目能否順利完成的關鍵性因素,是提高對投資、工期控制精度和質量控制水平的主動措施,也是建設市場運行機制發揮作用的重要保證。

由于隧道工程涉及到眾多的風險因素,決定了其在施工過程中可能發生的潛在人為或非人為因素導致的工程事故,進而造成巨大的經濟損失和人員傷亡。此類事故如何發生?概率多大?能否預先了解此類事故發生的可能性?如何在事發前客觀評估事故所造成的后果及損失程度?采取什么措施才能減少工程事故及事故發生后的損失程度?這些問題歸根結底是風險管理的核心內容,或者說風險管理是解決這些問題的最佳有效途徑。

隧道工程項目風險管理是項目管理的重要組成部分,但它不同于其他的管理功能。開展隧道工程風險管理對于實現隧道工程系統總體效益最佳有著非常重要的意義,具體表現在:

(1)有利于進一步明確工程目標、任務及工程風險,增強項目各參與方的風險意識及合作精神;

(2)有利于決策科學化,通過風險管理企業決策者能夠更準確地評估工程工期及成本,為進一步優化施工方案奠定基礎;

(3)有利于工程施工過程中的風險分配,真正做到“人人講安全、事事保安全”;

(4)有利于提高項目各參與方的風險管理意識和風險管理能力,從而達到控制風險,減少損失的目的。

3 隧道工程風險管理體制的建立

建立隧道工程風險管理體系是對隧道工程項目可能出現的風險進行的主動控制和管理,其目標是實現投資、工期、質量和安全控制。

隨著經濟發展和科技的進步,隧道工程風險程度愈來愈大,隧道工程風險管理作為工程項目管理的關鍵因素而受到越來越廣泛的重視。現階段我國缺少專業的隧道工程風險管理中介公司,現有的保險公司在隧道工程風險管理中“險種”單一,且其只是風險處理一種方式,在此基礎上,如何建立一套具有系統性、可操作性的隧道風險管理體系對于項目各參與方尤為重要,蘭渝鐵路 LYS-2標隧道施工過程中風險管理體制的建立主要體現在以下幾方面。

3.1 建立完善的內部風險管理職能部門

(1)各級項目部設安全總監、安全質量部,架子隊設安全室,分別負責各級風險管理。

(2)該部門由一批既懂工程技術又懂管理、經濟、法律以及保險知識的復合型管理人才擔任,力求實現學科的交叉、合作與交流。

(3)該部門負責執行各項風險管理制度,并不斷探索新方法和新機制,切實加強技術風險控制。

3.2 主動爭取外部單位在風險管理方面的檢查和協助

認真貫徹“走出去、請進來”的原則,定期到風險管理先進模范單位觀摩、學習,取人之長,補給之短;根據施工實際邀請風險管理各方面的專家、學者深入現場分析問題、解決問題;

3.3 定期、不定期召開風險評估例會

針對隧道施工的各項風險因素,定期開展風險評估例會,對于高風險因素或突發風險積極邀請資深行業專家深入一線進行風險分析評估,制定切實可行的風險對策。

3.4 制定專項安全施工方案

針對重大危險源單獨編寫專項安全施工方案,專項方案力求具有一定的針對性、經濟性和可操作性。

3.5 建立完善的風險管理外部網絡

主動與項目各參與方、地方政府、行業協會、公安、消防、環保、保險公司、醫院等建立良好的溝通渠道,創建固定的網絡交流平臺,營造良好的外部施工環境。

4 隧道風險管理流程

風險貫穿于隧道工程的籌劃、勘察設計、施工、運營及維修的各個階段,因此風險管理也應該貫穿于工程實施的各個階段,而且是一個包括風險辨識、風險分析評價、風險決策和風險監控的重復的循環過程,如圖1所示。

4.1 風險管理準則

全過程風險管理是隧道風險管理的基本準則,全過程風險管理是在施工風險因素分析的基礎上,針對存在的風險因素進行科學合理的評估,為風險決策提供依據,最后達到避免、減少或者轉移風險的目的。

在風險管理中,各參與方共同創造一個良好的合作環境是進行全過程風險管理的有力保障。為了達到這個目的,伙伴關系是有價值的工具。在合作過程中,項目各方之間應進行良好的溝通與交流,制定以降低業主成本和提高承包商的利潤、減少工期延遲等的風險管理共贏原則。

4.2 風險管理目標

圖1 隧道風險管理流程

在工程實施的初期階段對存在的風險進行判斷是非常必要的,通過對各種類型的風險規定特殊的目標來進行,隧道施工風險目標在施工階段的確定主要有以下幾種方式:

(1)危險源的鑒定;

(2)減小和緩解風險措施的鑒定;

(3)在經濟上可行或根據特殊的風險目標或者相關法規允許的情況下,執行減小和緩解風險措施。

施工風險管理目標的確定應重點放在通過減少有嚴重后果事件的可能性來減小整體風險上,同時,由于隧道風險管理系統的動態性,也決定了隧道風險管理目標的動態性,應根據工程環境的變化、工程的推進及時進行修正、登記及監測檢查,定期反饋,隨時與相關單位溝通。

4.3 風險辨識

風險辨識是找出潛在的可能產生風險的位置及產生風險的因素,并對其進行確認和分類。它是風險管理的基礎。在隧道施工中,常見的施工風險有不良地質、地質災害、有害氣體及高溫、慣性事故等。不良地質有淺埋、滑坡、危巖、落石等;地質災害很多,常遇到的有巖爆、巖溶、突泥涌水等;常見的有害氣體多為可以燃燒和爆炸的瓦斯和天然氣,以及有毒的硫化氫氣體等;隧道高溫則是因隧道較長、埋深較深所產生的高地溫;慣性事故多出于隧道坍塌、爆破作業、施工用電以及爆破后危石傷人等。

風險辨識工作應以動態風險識別為主線,以靜態風險識別為手段進行,在隧道建設進行的每個階段都應根據本階段所獲得的信息對風險進行連續的,不斷深入的識別。風險辨識常見的方法主要有專家調查法、核對表法、頭腦風暴法和層次分析法等,幾種方法也可以結合使用。專家分析法是通過對大量的行業專家進行問卷調查,從而能得到一些符合現場實際的經驗數據。隧道施工風險辨識在施工階段的確定主要有以下幾種途徑:

(1)加強與業主方、設計方人員溝通,詳細了解本工程地質方面的存在的潛在危險源;

(2)詳細、全面地研讀設計文件,確定不良地質、特殊巖土、塌方、淺埋偏壓、長大斷層、突泥涌水等高風險段落;

(3)認真進行現場走訪調研,對地方水文、地質、氣候條件以及工程影響范圍內的建(構)筑物、公路、地下管線、居民生產生活用水等周邊環境進行全面核查,并形成正式報告;

(4)風險辨識的動態辨識是風險管理系統動態性的具體體現,隨著隧道掘進長度的不斷增加,風險管理的時間維、空間維均發生變化,超前地質預報、監控量測數據是隧道洞內施工風險辨識的動態基礎,危險源的不斷更新是風險管理動態監控的具體體現。

4.4 風險評估

風險評估就是對危險發生的概率及其破壞性后果做出量化分析的一個過程,它是風險管理的基礎和重要工作內容。鐵路隧道風險評估應主要對造成人員傷亡、環境破壞、財產損失、工程經濟損失、工期延誤等風險事件進行評估。風險評估所使用的主要方法有:概率分布法、概率樹、外推法等。

風險估計和評價是風險評估的重點,風險評價中最關鍵的是風險因素概率和后果等級的取值。在進行概率和后果等級的取值時,一般有兩條途徑,一是通過對足夠的已知數據的分析來找出風險發生的分布規律,從而預測出其發生概率和后果大小;二是在缺少足夠數據的情況下,由評估人員或專家根據隧道實際情況對風險等級進行綜合判斷。

根據我集團公司以往長大隧道施工經驗分析,隧道工程項目施工期間所發生的事故率高達 55%,占整個隧道工程壽命期內事故的近 3/5,當然,不同的施工方法、不同的地質條件發生的概率也不盡相同,甚至在同一地質條件下的同一隧道的不同部位,不同時間事故發生的概率也相差很大。蘭渝鐵路隧道事故概率根據事件發生時間及部位統計如圖2、圖3所示。

圖2 隧道工程事故發生時間概率

圖3 隧道工程事故易發部位概率

根據蘭渝鐵路 LYS-Z標段隧道實際情況以及各種潛在危險源的影響程度,集團公司風險評估專家組提出該標段隧道施工風險分析的主線是洞口巖堆、黃土隧道淺埋偏壓、塌方、高地應力軟弱圍巖大變形、高瓦斯、突泥涌水、長大斷層等,并最終確定隧道施工重大危險源如表1所示。

4.5 風險決策

風險決策是對存在的風險如何處理的問題。一個項目的風險并不是越小越好,風險越小意味著使風險減少的投入越大,因此在風險分析的基礎上,要根據項目總體目標,盡可能地降低項目風險的潛在損失和提高對項目風險的控制能力。風險處理的方法有風險轉移、風險自留、風險緩和以及風險規避。

風險轉移是在法律規定允許的框架內,將潛在的自身無法有效地承擔的施工風險轉嫁到能夠承擔該項風險的機構,常見的工程風險轉移方式有保險轉移、專業合法分包等;風險自留是在自身可以接受的基礎上,針對潛在的常規的施工風險因素進行自身承擔風險損失的一種決策方式,常見的自留風險其潛在的破壞程度往往較小;風險緩和是指減少風險發生的概率或控制風險的損失,或者增加風險承擔者,將風險各個部分分配給不同的參與方。風險規避是由于項目風險在常規狀態下發生的概率很高,采取放棄原有行動計劃或改變目標的方法,在時間、空間或狀態中消除可能發生施工風險的可能性,施工現場常見的有夜間施工、冬防施工等等。

在隧道施工風險決策過程中,應充分利用科技手段、成熟的工法、先進的設備、可靠的經驗,盡可能的控制和避免安全事故的發生,有效降低隧道施工的工程成本。

4.6 風險監控

(1)建立風險監控臺帳

隧道工程開工伊始,各級風險管理職能部門均應建立完善的風險監控臺帳,風險管理系統的動態性決定了風險監控臺帳的動態性和不確定性,隨著工程的進展,監控臺帳中的風險控制因素應不斷更新、完善。

為了更好地進行風險控制,各隧道均建立獨立的風險監控臺帳,監控臺帳中應明確潛在危險源的部位、風險危害程度、預控措施、各級負責人、更新記錄等相關信息,針對重大危險源應附注風險評估紀要、專項安全施工方案,并對全體參建員工進行公示。

(2)嚴格執行各項風險管理制度

能否嚴格執行各項管理制度是風險監控成功與否的決定性因素。各級風險管理制度的制定,必須經過嚴格的審查,其內容覆蓋層面、涉及深度必須適合所管理的施工項目,其實踐操作性應力求適合施工現場實際。

風險管理制度一經審查頒布,必須保證其執行的嚴肅性。任何制度的頒布均代表著一定的進步性,但同時也會給固有的制度模式帶來一定的沖擊,甚至破壞局部個體的既有利益,但是應該清醒地認識到風險的衍生是隨著社會的進步而不斷更新的,社會經濟高速發展的風險是與日俱增、千變萬化的。只有不斷更新機制、探索新方法,且嚴格執行風險管理制度,才能切實加強風險控制,才能給隧道施工風險管理帶來完美的運行軌道,為企業、為社會創造最佳經濟效益。

(3)隧道施工風險監控要點

①完善的安全管理體系是確保隧道風險管理可控的制度和組織保障。

②制定科學合理的施工技術方案,不斷優化施工資源配置,并采用先進的施工管理技術與之配套。

③制定完備的安全技術措施和專項安全施工方案,并監督落實到位。

④加強各種環境下的巖土力學分析,對同類型地質體的穩定性做出科學合理的判斷。

⑤針對不同級別的圍巖,合理控制掌子面、仰拱、二襯施工步距,力求在確保施工作業空間的前提下,盡量縮短施工步距。

⑥科學分析超前地質預報和監控量測數據,充分將信息化管理納入風險管理的范疇。

⑦根據突發風險事件可能造成的社會影響性、危害程度、緊急程度、發展態勢和可控性等情況,對可能發生的突發風險事件進行預警分級。

⑧及時進行施工現場識別風險的公示,其內容包括風險描述、監測方案、應急預案、責任人等。

⑨根據實時監測數據、工況、環境巡視和作業面異常狀態等,確定預警級別,對可能發生重大突發風險事件的預警狀態,立即啟動相關預案,組織處理。

⑩運用系統論的觀點,不斷提高隧道施工風險控制過程的系統思維能力,綜合分析與決策能力,在繁雜的現象中,緊緊把握住系統的整體性、動態性行為,使得復雜地質條件下隧道施工的各階段、各工序均有序推進,確保風險管理目標達到預期目的。

5 結語

通過對風險管理在蘭渝鐵路隧道施工實踐中的研究總結,進一步說明全過程風險管理在高速鐵路隧道建設中的重要意義,同時形成了一套具有系統性、完整性和可操作性的隧道風險管理模式。由于現階段我國缺少專業的隧道施工風險管理中介公司,本文可以為項目各參與方質量監督行為及監督模式的轉變提供一定的參考依據,進而能更好地控制風險源,確保隧道施工安全處于受控狀態。

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