引水隧洞盾構法施工風險源辨識與分析

摘 要：引水隧洞所處地質環境多變，加之盾構施工是一個復雜的施工過程，其風險概率高，風險難以預測，并且風險帶來的經濟損失、人身傷害不可估量。尋找引水隧洞盾構施工中可能出現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 法構建風險矩陣，進行隧洞盾構施工風險源辨識，然后通過層次分析法，確定隧洞各風險因素的權重，得出各個風險因素對隧洞盾構施工進度的影響程度，根據影響程度制定相應的風險控制措施，使隧洞盾構施工安全管理從事后補救變為事前預防，降低了風險發生的概率，提高隧洞盾構施工安全管理的水平。

關鍵詞：盾構施工；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，盾構法施工技術不斷完善，其具有精度高、施工進度快等優點，因此在隧洞工程施工中逐步占據主導地位［１］ 。隧洞工程水文地質條件復雜多變，隧洞結構有著獨特性［２］ ，加之盾構法施工難度大，施工過程是一個復雜的系統，受到多種不可預見的風險因素制約，在工程進度和施工人員安全方面具有較大風險［３］ 。針對引水隧洞盾構施工期的危險源辨識與分析可幫助管理者有效規避施工風險，將大部分風險扼殺在搖籃階段。

風險事故并非無端出現，每一風險事故的發生都存在載體［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結合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境復雜、不確定因素多而導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，結合ＷＢＳ－ＲＢＳ 法識別風險，對大型工程項目動態風險管理進行了探討，并有針對性地提出轉移或降低風險的技術對策，對盾構法施工有重要意義。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合，彌補了專家調查法的不足。本文采用ＷＢＳ－ＲＢＳ 和ＡＨＰ 相結合的方法對某隧洞盾構施工風險源進行辨識和分析。首先根據ＷＢＳ－ＲＢＳ 構建風險矩陣，通過風險耦合分析找出隧洞可能發生的風險事件；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，地質條件復雜，場地類別為Ⅱ類，圍巖工程地質分類為Ｖ 類，主要存在洞室圍巖穩定性差、砂土液化、大變形、擾動變形等問題。同時，場區地下水位較高，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沉降，影響既有堤防、建筑物基礎及地下管線管道，導致堤防、周邊建筑物、地下管線等發生不均勻沉降甚至破壞。因此，該隧洞施工環境復雜，有諸多不確定因素干擾，欲將ＷＢＳ－ＲＢＳ 法和ＡＨＰ 法相結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構法ＷＢＳ（Ｗｏｒｋ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ） 和風險分解結構法ＲＢＳ（Ｒｉｓｋ Ｂｒｅａｋｄｏｗｎ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）進行有機結合，構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］ 。本文將盾構法施工工序分為盾構始發段、盾構正常掘進施工段、盾構接收段３ 個，形成隧洞盾構施工ＷＢＳ 結構，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構，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］ 。本文按照內部風險和外部風險形成隧洞盾構施工ＲＢＳ 結構，具體分解樹如圖２ 所示。

２．３ ＷＢＳ－ＲＢＳ 耦合矩陣

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

通過對耦合結果為“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、盾構機機尾密封失效、盾構機油缸系統故障、運輸設備故障、通風系統故障、管片質量不達標、管片供應不及時、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、姿態偏差、卡護盾、卡刀盤。

３ 隧洞盾構施工風險分析

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］ ，是將復雜問題的有關因素分解為相互聯系的有序層次，形成具有遞進關系的多層次結構模型，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，最后根據判斷矩陣得出相對重要度排序結論［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施工風險評價，準則層包括環境風險、材料風險、施工技術風險、人為風險、設備風險，指標層為ＷＢＳ－ＲＢＳ 法危險源辨識結果。隧洞盾構施工風險評價指標體系見表２。

３．２ 隧洞盾構施工風險評價

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）。

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

４ 風險應對措施

根據風險因素的評估結果，對案例隧洞盾構施工有針對性地提出應對措施。

４．１ 設備管理措施

（１）嚴格控制進場設備質量。針對大型裝配設備，選派專業人員把控設備生產過程中每個環節的質量；制定設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、檢查內容和指標要求。

（２）針對盾構機，需要定期檢查按需保養，據實記錄檢查結果。實時監測盾構機施工的相關參數，對重要部件的故障進行記錄分析，找出其中的磨損規律，由此判斷設備即將出現的非正常損壞，及時預防或維修，避免盾構機出現故障導致工期拖延。

（３）專業技術人員需要依據盾構機使用情況制訂檢修計劃，有效降低設備風險發生的可能。

４．２ 組織管理措施

（１）根據施工組織方案及隧洞周邊地質環境勘探成果，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，根據施工工藝、施工進度和施工工序對施工風險因素進行排查，并根據現場施工情況不斷補充和完善隱患排查治理表。

（２）對隧洞盾構施工現場工作人員執行嚴格登記制度，對于技術不足的施工人員及時組織培訓。

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

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

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

（６）組織技術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）對于環境風險，應遵循“預報在先，綜合處理，安全為主”的原則，盡可能對盾構施工做到超前地質風險預報預防，制定相應的風險應對方案。比如，盾構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，導致洞頂地面沉降，情況嚴重可能導致塌方，建議采用地質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，根據勘探情況，發現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加固，注漿采用雙液漿。

（２）基座框架結構的強度和剛度要滿足施工要求，盾構基座底面與始發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，盾構機及時靠上土體，避免暴露時間過長導致洞門水土流失。

（４）正確操作盾構機，定時對設備進行保養；始發前根據施工測量結論，確保始發軸線符合設計方案，在刀盤抵達掌子面開始推進后，合理控制盾構掘進相關參數，如泥水倉壓力、推力、推進速度、刀盤扭矩、刀盤轉速、出土量、同步注漿壓力及注漿量等。

（５）根據工程實際情況，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 語

隧洞盾構施工有諸多不確定性因素導致存在較大風險，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生的風險因素，在此基礎上，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防提供參考。

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【責任編輯 張華巖】