水底隧道建設(shè)運營風(fēng)險現(xiàn)狀

1、近 20 年來，水下隧道得到了長足發(fā)展。和建橋相比，越江跨海隧道可以不受大霧、臺風(fēng)等氣候變化的影響，具有穩(wěn)定的運行能力和較強的抗地震能力；還可一洞多用；與大橋相比，還有少拆遷、結(jié)構(gòu)維護費低、設(shè)計承載能力大、不影響航運等優(yōu)點。水底隧道己引起世界各國越來越多的關(guān)注。日本于 1942年建成的關(guān)門海底隧道拉開了修建水底隧道的序幕，?1994年建成的英法海峽隧道，世界知名。挪威從 1982年以來，共完成 24 條水下隧道，共計 100 多公里，同時還有兩條在建，多條正處在規(guī)劃中。另外，丹麥、瑞典、冰島也在建和籌劃建設(shè)多條水底隧道。相比于歐美國家，中國起步較晚，但發(fā)展很快。2005年 4 月在廈門修建的

2、5.95km的廈門翔安隧道是中國大陸的第一條水底隧道，而青島膠州灣海底隧道的開工標(biāo)明了中國水底隧道已經(jīng)邁開了步伐。上海已建 8 條水底隧道，上海崇明越江工程采用了“南隧北橋 ”方案，是目前世界上最大的橋隧工程。長沙己建或正建的有沿江路瀏陽河水下隧道、湘雅路水下湘江隧道、勞動路湘江水下隧和德雅路瀏陽河水下隧道。在最近的 2030年，中國正考慮建造5 條跨海隧道，它們是：潮海灣隧道（煙臺到大連）、杭州海灣隧道（上海到寧波）、伶仃洋跨海隧道（連接香港、澳門、廣州、深圳和珠海）、瓊州海峽隧道（廣東到海南）、臺灣海峽隧道（福建到臺灣）。然而，水下隧道工程建設(shè)具有投資大、施工周期長、施工項目多、施工技術(shù)復(fù)

3、雜、不可預(yù)見風(fēng)險因素多和對社會環(huán)境影響大等特點，是一項高風(fēng)險建設(shè)工程。在水底隧道給我們的交通帶來便利的同時，一系列水底隧道工程事故的發(fā)生也給我們敲響了警鐘。如：青函海底隧道自動工以來，有33 名工人喪生， 1300 人傷殘。隧道先后發(fā)生四次涌水，兩度被海水淹沒，導(dǎo)致工程的長期延誤，相應(yīng)的建設(shè)費用也比原計劃翻番，僅建設(shè)費用就達到了50 億美元。挪威奧斯陸海灣開挖一條7.2km長的海底隧道時，因在海灣底部遇到一條15m寬的松散冰漬沉積帶，導(dǎo)致涌水而被迫停工，后通過凍結(jié)法通過此段。1996年 11 月 18 日，英法海底隧道發(fā)生火災(zāi)， 雖未造成人員傷亡， 但隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)物遭到嚴(yán)重破壞，隧道半年時間不

4、能正常運營。恩林索伊 (Ellingsoy)隧道：坍塌工作面上部巖石覆蓋厚度約45m，水深70m，處在斷層帶內(nèi)。在斷層內(nèi)的膨脹粘土和裂隙承壓水的作用下，隧道頂部6 個小時內(nèi)塌落了89m 。由于斷層內(nèi)巖體過于破碎，無法進行超前錨桿支護，因此先利用約700m3的混凝土把塌落區(qū)回填密實，然后在凝結(jié)后的混凝土內(nèi)開挖，隧道才安全通過。比約盧隧道：當(dāng)隧道掘進到大約700m的地方，遭遇斷層，此處海水深為72m ，上部巖石覆蓋層厚度大約30m 。在施工中進行常規(guī)超前探孔，孔深達到810m時，探孔中出現(xiàn)涌砂、涌泥現(xiàn)象，且海水以200L/min的速度從 51mm鉆孔中流出。通過綜合分析，最終采用物理和化學(xué)注漿加固

5、技術(shù)，同時對滲漏海水進行疏導(dǎo)才得以順利通過。通過對國內(nèi)外水底隧道的事故分析發(fā)現(xiàn)，水下隧道施工易引發(fā)突發(fā)性塌方和突水涌水，甚至引發(fā)泥石流，海底隧道事故一旦發(fā)生，所帶來的后果非常嚴(yán)重，輕則導(dǎo)致工期延誤、費用劇增，重則可能導(dǎo)致滅頂之災(zāi)。與一般的山嶺隧道相比，海底隧道有其自身的特點，這就使得其在施工和運營期間風(fēng)險更大。因而對水下隧道工程進行風(fēng)險評估，釆取科學(xué)合理的規(guī)避措施就十分必要而且迫切。本文正是基于此展開對穿黃隧道規(guī)劃階段、設(shè)計階段、施工階段的建設(shè)期全過程安全風(fēng)險進行研究，旨在從理論上提出一套具有實際應(yīng)用價值的風(fēng)險管理體系和方法，并通過實踐加以印證，以期能為中國的水底隧道建設(shè)提供一定的指導(dǎo)。1.2

6、? 水底隧道風(fēng)險的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀風(fēng)險一詞源于法文，后被引入英文和中文。風(fēng)險管理的思想首先是由法國人引入企業(yè)管理領(lǐng)域。直到20 世紀(jì) 40 50 年代，風(fēng)險管理的思想在美國的保險行業(yè)廣泛應(yīng)用，隨之風(fēng)險管理作為一門學(xué)科出現(xiàn)了雛形。1950年 Mowbray等人在 Insurance一書中，較為系統(tǒng)地闡述了風(fēng)險管理的概念。1960年，美國保險管理協(xié)會 (ASIM) 紐約分社和亞普沙那大學(xué)合作開設(shè)了風(fēng)險管理課程。1975年 ASIM 改名為風(fēng)險與保險管理協(xié)會(RIMS) ，這標(biāo)志著風(fēng)險管理學(xué)科的逐步成熟。1986年，在新加坡召開風(fēng)險管理國際學(xué)術(shù)研討會，這表明風(fēng)險管理己走向全球，已在全世界范圍內(nèi)開始掀起

7、。20 世紀(jì) 80 年代以來，風(fēng)險管理的理論研究和應(yīng)用的發(fā)展較快。目前，風(fēng)險管理研究和應(yīng)用在國內(nèi)外廣泛掀起。在工程建設(shè)領(lǐng)域，工程項目的可行性研究、工程設(shè)計、工程投標(biāo)經(jīng)營、工程施工組織和方案選擇等場合中風(fēng)險管理理論的應(yīng)用已比較普遍?，F(xiàn)代數(shù)學(xué)，特別是計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，為工程項目風(fēng)險管理技術(shù)的發(fā)展提供了極大的推動，促進了風(fēng)險管理理論研究的深入和應(yīng)用的普及。風(fēng)險管理作為一門學(xué)科也被應(yīng)用到地下與隧道工程中，尤其是水下隧道，而且越來越受到重視。1.2.1? 國外水下隧道工程風(fēng)險研究現(xiàn)狀水下隧道建設(shè)的風(fēng)險研究始于1825年建成的世界上第一條水底隧道 泰晤士河水底人行隧道，并成功應(yīng)用于1983年建成的日本

8、青函海底隧道，取得了標(biāo)志性成果。青函隧道全長 53.85km，海底部分長 23.3km，經(jīng)過七年海底考察， 12 年艱苦施工，最終得以通車。在建設(shè)過程中，隧道專家做了全面的風(fēng)險研究，制定了合理的風(fēng)險控制措施。國外隧道工程風(fēng)險研究的代表人物是美國的EinsteinH·H ，曾撰寫多篇有價值的文獻，主要貢獻是指出了隧道工程風(fēng)險研究的特點和應(yīng)遵循的理念。B.Ni1Sen等的論文對復(fù)雜地層條件地區(qū)的海底隧道的風(fēng)險進行相對深入地研究(B.Nilsen， 1992) 。國際隧協(xié)委員Heinz ·D 在其淪文中 (Heinz·D，1996) 對穿越海峽的隧道、穿越阿爾卑斯山的隧

9、道如何進行風(fēng)險評估進行了探討。國際隧協(xié)在2002年 10 月由 Soren Degn Eskes-en和 PerTengborg等撰寫了 “ Guidelines for Tunnel- ling Risk Mangement，”為隧道工程（以巖石隧道為主） ?的風(fēng)險管理提供了一整套參照標(biāo)準(zhǔn)和方法。挪威因為國內(nèi)獨特的地理環(huán)境，其在過去的30 年里修建了 40 條海底隧道，積累了大量的經(jīng)驗，形成了 “挪威海底隧道概念 ”的一整套技術(shù)，其在風(fēng)險分析中指出風(fēng)險主要來自兩個方面：地質(zhì)條件和施工表現(xiàn)。1994年，英吉利海峽海底隧道建成通車，將水下隧道的建設(shè)帶到了一個新的高度。隧道長度 50km ，海底部

10、分 39km 。施工過程中，采用的技術(shù)幾乎全部是經(jīng)過試驗的成熟技術(shù)，這也大大降低了使用新技術(shù)帶來的風(fēng)險。丹麥在19901997年間，建成了 8km長的海峽隧道，修建過程中也采用了風(fēng)險管理與控制技術(shù)；韓國也計劃修建連接日本的超長海底隧道。目前，各國紛紛修建水下隧道，其風(fēng)險研究也必將得到較大發(fā)展。1.2.2? 國內(nèi)水底隧道工程風(fēng)險研究現(xiàn)狀我國風(fēng)險管理的思想引入比較晚，因而對隧道與地下工程的風(fēng)險管理與控制技術(shù)研究也較晚。并且我國的隧道施工風(fēng)險評價多應(yīng)用于地鐵盾構(gòu)和山嶺隧道。王夢恕對廈門海底隧道設(shè)計、施工、運營安全風(fēng)險進行了分析，重點研究了以下幾個方面：頂板厚度的確定和工程對比；水壓力值的確定設(shè)計理念

11、和施工理念；襯砌結(jié)構(gòu)斷面優(yōu)化和結(jié)構(gòu)防排水方案；海底穿越不良地質(zhì)段斷層和溶槽的措施；淺灘不良地質(zhì)段的穿越措施；隧道運營通風(fēng)方式的選擇；服務(wù)隧道設(shè)置的必要性和防災(zāi)性。郭陜云在關(guān)于我國海底隧道建設(shè)若干工程技術(shù)問題的思考中提出我國水底隧道采用風(fēng)險管理的建議，強調(diào)要樹立正確的工程建設(shè)理念，指出海底隧道工程風(fēng)險主要來自于兩個方面：地層、地質(zhì)條件和設(shè)計、施工表現(xiàn)。孫鈞在海底隧道工程設(shè)計施工若干關(guān)鍵技術(shù)的商榷中對影響海底隧道最小覆蓋層厚度 隧道最小埋置深度進行討論，并就施工探水與治水、隧洞圍巖防塌險情預(yù)報與預(yù)警一圍巖穩(wěn)定性評價，以及施工期對隧道襯護原設(shè)計參數(shù)的調(diào)整與修正等問題作分析與探討。范益群在隧道及地下工

12、程設(shè)計系統(tǒng)的風(fēng)險管理中將隧道及地下工程設(shè)計系統(tǒng)的風(fēng)險管理工作分為預(yù)可行性研究、 工程可行性研究、 方案優(yōu)化研究、初步設(shè)計、施工圖設(shè)計、運營組織維護設(shè)計6 道 “管理門 (SS Gate) ”。通過為每道管理門設(shè)置相應(yīng)的風(fēng)險管理任務(wù)和分配風(fēng)險管理工作內(nèi)容， 建立了 “隧道及地下工程設(shè)計系統(tǒng)的風(fēng)險管理體系(ss GateSystem) ”。王學(xué)斌對廈門翔安隧道五通端陸域全強風(fēng)化層施工的風(fēng)險進行了分析。李鋒撰寫的碩士論文翔安隧道強風(fēng)化層施工的風(fēng)險管理介紹了翔安隧道強風(fēng)化層施工的地質(zhì)條件、主要施工措施、工程特點等情況，接著分析了進行風(fēng)險管理的必要性和強風(fēng)化地層施工風(fēng)險的產(chǎn)生機理， 隨后闡述了風(fēng)險管理的

13、主要內(nèi)容: 風(fēng)險識別、 風(fēng)險估計、風(fēng)險評價、風(fēng)險應(yīng)對、風(fēng)險監(jiān)控。顧雷雨在對某擬建海底隧道運營期的風(fēng)險評估中根據(jù)隧道工程風(fēng)險評估的一般流程，對某擬建海底隧道工程在其運營期的風(fēng)險進行了評估。王燕在海底隧道施工風(fēng)險辨識及其控制針對海底隧道的特點，借鑒挪威、日本等國家海底隧道建設(shè)經(jīng)驗和相關(guān)資料，基于風(fēng)險管理和隧道施工的基本理論對海底隧道施工過程中的基本風(fēng)險因素進行辮識，并針對重要風(fēng)險因素給出了相應(yīng)的控制措施。門玉茹在大連灣海底隧道鉆爆法施工風(fēng)險評估研究以擬采用鉆爆法施工的大連灣海底隧道為背景，在預(yù)工可階段，針對推薦軸線2 種方案的施工風(fēng)險進行了辨識、分析，并采用基于信心指數(shù)的專家調(diào)查法對風(fēng)險進行評價，

14、根據(jù)評估的結(jié)果，提出了風(fēng)險控制措施以及相應(yīng)的結(jié)論和建議。2007年由北京交通大學(xué)和廈門路橋有限公司聯(lián)合舉辦的海底隧道修建技術(shù)國際研討會在廈門召開，來自國內(nèi)外的兩百多名專家和學(xué)者針對目前海底隧道修建過程中的關(guān)鍵問題和難點進行了熱烈的討論和交流，對我國今后海底隧道的修建具有良好的指導(dǎo)意義。2007年鐵道部頒布了鐵路隧道風(fēng)險評估與管理暫行規(guī)定，這表明我國已開始重視隧道工程風(fēng)險管理。 2007年，在上海召開的第三屆國際隧道工程研討會邀請了許多地下工程的專家，而它的主題就是“地下工程安全風(fēng)險管理 ”。這標(biāo)志著地下工程風(fēng)險管理研究在我國已進入了一個快速發(fā)展時期，帶動了水下隧道風(fēng)險研究的快速發(fā)展。隨著我國水

15、下隨道建設(shè)規(guī)模越來越大，遇到的風(fēng)險也越來越多，水下隧道風(fēng)險管理研究也必將受到更多的重視。1.3 全過程風(fēng)險研究現(xiàn)狀早期的項目風(fēng)險管理體系一般將風(fēng)險分析和管理分成幾個相對獨立的工作單元，并按照一定的順序連接形成一個系統(tǒng)。這一風(fēng)險管理思想的缺點在于將項目的發(fā)展人為地劃分為 “現(xiàn)在 ”和 “將來 ”兩個獨立的狀態(tài)，在 “現(xiàn)在 ”進行風(fēng)險分析， “將來 ”對其進行管理。這種靜態(tài)的風(fēng)險管理觀念存在問題，也引起了不少學(xué)者的關(guān)注和探索。在這些動態(tài)模型中，將風(fēng)險識別與評價貫穿于項目的整個生命期當(dāng)中，這無疑是風(fēng)險管理觀念上的一個大的飛躍。當(dāng)然，具體到風(fēng)險管理的每個環(huán)節(jié)和步驟，要在實際當(dāng)中體現(xiàn)動態(tài)的、面向整個生命

16、期的特點，就必須有相應(yīng)的技術(shù)方法和手段來實現(xiàn)。但是，在上述已經(jīng)提出的方法和觀念中，并沒有給出具體的、可供實際操作適用的技術(shù)手段和方法，這顯然會大大阻礙動態(tài)風(fēng)險管理觀念的發(fā)展和應(yīng)用。因此，有必要對具體的風(fēng)險管理和分析手段及方法進行深入的研究和探討，使得“動態(tài)的、面向項目過程的”思想得以真正的實現(xiàn)。國內(nèi)學(xué)者近些年來也相繼發(fā)表關(guān)于工程項目風(fēng)險過程控制方面的文節(jié)，張建設(shè)撰寫的博士論文面向過程的工程項目風(fēng)險動態(tài)管理方法研究(2002)提出的動態(tài)、 面向過程的主題思想，提出了一個將風(fēng)險管理與項目全壽命相結(jié)合的風(fēng)險管理框架體系。金德民撰寫的博士論文 工程項目全壽命期風(fēng)險管理系統(tǒng)理論及集成研究（ 2004 ）提出了工程項目全壽命風(fēng)險管理集成系統(tǒng)(LRMS) 的概念，闡述了風(fēng)險集成化管理的意義和重要性，并提出了基于 DSS( 決策支持系統(tǒng) ) 的風(fēng)險管理系統(tǒng)集成的設(shè)計方法，建立了風(fēng)險管理集成系統(tǒng)的信息模型，定義了相關(guān)的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和類型，提出了系統(tǒng)的基本功能和界面管理要求。錢鴻生撰寫的博士論文 基于風(fēng)險管理的軟件生命周期模型研究(2006)對國際上軟件生命周期模型研究中不同的建模思路和方法進行了論述，并從軟件生命周期模型一般過程的分析中，提出了分階段進