盾构水中接收风险评估与控制措施研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 26 日 作者简介：陈嘉西（1992），女，汉族，重庆人，研究生，工程师，研究方向为项目管理。-1-盾构水中接收风险评估与控制措施研究 陈嘉西 上海建科工程咨询有限公司，上海 200032 摘要：摘要：本文以上海轨道交通市域线机场联络线梅富路华泾站工作井为案例，运用文献调查法、专家调查法和模糊层次分析法，全面评估了该项目盾构水中接收的风险。研究得出，项目水中接收风险等级为三级，其中人员、机械设备和环境为关键影响因素，需要采取风险减轻措施。依据评估结果，本文针对性提出风险控制措施，为类似工程提供了建议和经验。关键词：关键词：盾构工程；水中接收；风险评估；控制策略；模糊层次分析法 中图分类号：中图分类号：U455.1 0 引言 随着城市地下空间的迅速开发和扩展，盾构技术在地下工程中的应用日益广泛。盾构的接收作为盾构工程的关键技术节点，涉及多种工法选择。对于盾构水中接收工法，尽管其在平衡土压、成本节约等方面具有优势，却也伴随着严峻的风险挑战。然而，国内学者对于盾构水下风险的研究主要集中在工法技术和措施分析，风险评估研究相对不足。因此，本文旨在系统性评估盾构水下接收风险，分析各类风险因素发生的概率与后果严重程度，并提出有效的控制策略，以确保盾构水下接收的可靠性和安全性，推动其在城市建设中的持续应用。1 工程概况 上海轨道交通市域线机场联络线梅富路华泾站工作井区间总长度 2183.641m，盾构由梅富路工作井东端头始发，向东掘进，在华泾站西端头接收。盾构机采用 14m 级泥水气平衡盾构机，总长约 98m，主机长度约 14m，满足隧道最小水平曲线半径 450mm 掘进施工。接收段周边主要建筑物包含已运营的15号线地铁隧道、华泾西站和一座在建桥梁，周边主要管线包括电信光缆、电力和雨水管等。接收段隧道顶覆土25.2m26.9m，穿越断面地质为1 粉质黏土、1 粉质黏土、1 粉砂夹粉质黏土。盾构接收过程中易产生流砂、突涌现象。该项目原计划将水中接收工法作为应急预案，但经专家论证，接收范围内地质条件较为薄弱，决定直接采取水中接收工法进行盾构接收。2 盾构水中接收风险因素辨识 2.1 风险识别方法 本文结合上述工程项目的方案、实际情况和以往工程经验，通过文献调查法和专家调查法得到盾构水中接收风险因素，并进一步进行筛选和分类，辨识出对盾构水中接收影响较大的主要风险因素指标。2.2 风险因素辨识 通过上述方法及进一步筛选分类，本文将盾构水中接收风险归为人员、管理、机械设备、材料、方案措施和环境 6 个类别共 22 项细分风险因素指标，如表1 所示。3 盾构水中接收风险评估 3.1 风险评估方法及流程 首先，根据上述风险因素指标体系分别建立各级风险因素集，确定风险评价标准和风险评价集，并建立隶属度函数；其次，通过专家调查法，采用模糊层次分析法的九标度法收集各级风险因素指标的重要性对比数据，并收集每项二级风险因素指标的发生可能性和后果估值，用于计算风险估值；再次，对收集到的专家数据进行处理，通过模糊层次分析法建立判别矩阵，检验其一致性，并计算各级风险因素的重要性权重；最后，代入已处理数据，分别进行二级、一级模糊综合评价，根据最大隶属度原则，得出各风险因素所对应的风险等级。整体评价方法及流程如图1所示。中国科技期刊数据库 工业 A-2-表 1 盾构水中接收风险因素指标 目标层 一级指标 二级指标 说明 盾构水中接收风险（R）人员风险（R1）工作人员经验、技术能力和应急处置能力不足（R11）操作错误或失误，导致事故发生，可能造成人员伤亡和设备损坏。工作人员风险认知和防护意识不足（R12）无法准确判断风险状况，可能导致安全措施不当或不及时，增加事故发生的概率。团队协作和沟通不畅（R13）信息传递不畅或协调不当，可能导致工作执行不一致或重复工作，影响施工进度和质量。工作人员疏忽大意（R14）忽略安全操作规程，增加事故和操作错误的风险。管理风险（R2）安全管理体系不健全，缺乏完善的安全培训和教育计划（R21）无法提供必要的安全知识和技能培训，增加事故发生的风险。物资和预算等资源配备不足以支持方案或风险控制措施的实施（R22）缺乏必要的物资和资源可能导致控制措施的不完善或无法执行，增加风险。施工组织和协调不当（R23）缺乏合理的组织和协调可能导致施工进程混乱，增加事故发生的概率。机械设备风险（R3）设备维护和保养不到位或不及时（R31）设备故障发生频率增加，可能导致推进困难、停工或机械损坏。机械部件磨损或损坏（R32）影响机械设备的稳定性和可靠性，可能导致设备故障、推进困难或停工。机械与复杂地质条件的适应性和稳定性不足（R33）可能导致机械设备无法应对复杂地质环境，增加推进困难和事故的风险。材料风险（R4）材料质量不合格（R41）影响工程质量和施工安全，可能导致防水材料失效或封堵材料破裂，增加洞门漏水的风险。材料储存和运输不当导致损坏（R42）影响施工进度和质量，可能导致如管片、防水、水泥、回灌水源、焊接材料等材料供应不足或无法正常使用。材料连接或焊接质量不合格（R43）可能导致材料连接部位，如冻结管连接、管片螺栓连接、封堵钢板出现裂缝或断裂，增加洞门漏水的风险。方案措施风险（R5）勘察报告和设计方案不完善（R51）缺乏准确的地质和管线信息，可能导致施工过程中遇到未预料的问题，增加推进困难和事故的风险。技术方案、工作流程和标准操作规程不完善（R52）可能导致施工操作不当或不准确，增加事故和质量问题的风险。流砂、突涌等突发情况的应急预案无针对性和可操作性（R53）缺乏应对突发情况的有效措施，增加事故发生后果的严重性。环境风险（R6）地下水和地表水风险因素（R61）承压水可能导致洞门区域的水文条件不稳定，增加洞门漏水的风险。地质条件因素（R62）不良地质条件增加水中接收风险，如粉砂层遇水的流动性大,一日发生渗漏水,粉砂会随水流出而产生涌水、涌砂现象。暴雨、台风、高温等恶劣天气因素（R63）可能导致施工条件恶劣，增加洞门封堵时间和风险，增加施工困难和事故发生的概率。施工区域或附近使用中建/构筑物因素（R64）水中接收过程中可能对周边建/构筑物产生振动或稳定性影响，增加事故发生和影响周边建筑物安全的风险。施工区域或附近各类管线因素（R65）可能导致管线破裂、故障或影响服务正常运行，增加事故和施工难度的风险。施工过程可能对周边自然和社会环境产生负面影响（R66）可能引发土壤污染、噪音污染、空气污染等环境问题，增加社会责任和法律风险。中国科技期刊数据库 工业 A-3-风险因素辨识建立风险因素集确定风险评价标准建立风险评价集文献调查法、专家调查法结合实际案例收集各级风险因素重要性对比数据收集各风险因素发生可能性和后果估值确定隶属度函数二级模糊综合评价一级模糊综合评价确定各级风险因素的风险等级专家调查法模糊层次分析法模糊层次分析法 图 1 盾构水中接收风险评估流程 3.2 建立风险因素集 根据本文 2.2 节已辨识的风险因素建立风险因素集。目标层为盾构水中接收风险 R，一级指标为 6 大类风险因素，记为：R=R1,R2,R3,R4,R5,R6=人员风险 R1,管理风险R2,机械设备风险R3,材料风险R4,方案措施风险 R5,环境风险 R6。以上为一级指标风险因素级。人员风险 R1包含 4 个细分风险因素，记为R1=R11,R12,R13,R14=工作人员经验、技术能力和应急处置能力不足R11,工作人员风险认知和防护意识不足R12,团队协作和沟通不畅 R13,工作人员疏忽大意 R14。以此类推：R2=R21,R22,R23；R3=R31,R32,R33；R4=R41,R42,R43；R5=R51,R52,R53；R6=R61,R62,R63,R64,R65,R66。以上为二级指标风险因素级。3.3 建立风险评价标准及风险评价集 国际隧道协会发表的隧道工程风险管理指导方针将 风 险 水 平 划 分 为 四 个 等 级，即 风 险 评 价 集V=V1,V2,V3,V4=一级风险,二级风险,三级风险,四级风险。上述风险的接受准则如表 2 所示。表 2 风险接受准则 风险等级 风险接受准则 四级风险 不可接受的风险，发生概率较大且后果严重。必须采取措施将风险降低到至少三级水平。三级风险 不愿接受的风险。当风险减轻措施的成本不高于风险发生的损失时，应当采取措施降低风险水平。二级风险 可接受的风险。只需风险进行管理，不需考虑采取风险减轻措施。一级风险 可忽略的风险。不需要考虑风险及其危害。依据 GB50562-2011城市轨道交通地下工程建设风险管理规范，将风险估值 R 用风险发生的可能性估值 P 与风险后果估值 C 的乘积表式，即 R=PC，结合上述风险等级划分，形成风险评价打分及等级划分标准，如表 3 所示。表 3 风险等级划分表 后果 C 估值 可能性 P 估值 灾难性（5）极其严重（4）严重（3）值得考虑（2）可以忽略（1）非常可能（5）四级风险 四级风险 四级风险 三级风险 三级风险 可能（4）四级风险 四级风险 三级风险 三级风险 二级风险 偶尔（3）四级风险 三级风险 三级风险 二级风险 二级风险 不太可能（2）三级风险 三级风险 二级风险 二级风险 一级风险 几乎不可能（1）三级风险 二级风险 二级风险 一级风险 一级风险 3.4 确定隶属度函数 根据前人研究成果，本文采用的盾构法隧道风险评估隶属度函数如表 4 所示。3.5 基于模糊层次分析法的风险评估 本文共收集 7 位从事盾构相关工作的专家提供的数据。按照 3.1 节评估方法及流程进行数据处理和计算，得出权重及风险等级计算结果如表 5 所示。中国科技期刊数据库 工业 A-4-表 4 隶属度函数表达式 风险水平 隶属函数 一级风险 二级风险 三级风险 四级风险 根据计算得出的评估数据可得，22 项二级指标基本均处于二级和三级风险水平，其中共包含 13 项三级风险，对盾构水中接收影响较大，需要考虑风险减轻措施。4 盾构水中接收重要风险控制措施 4.1 人员风险控制措施 在处理人员风险，尤其是与团队沟通协作和人员疏忽有关的风险时，事前控制显得尤为关键。在进行盾构水中接收作业之前，管理人员应对现场作业班组进行严格的安全技术培训，建立安全意识，安排巡视监督并进行详细记录。为了有效沟通，特别是对于关键事项，推荐采用可追溯的书面沟通方式。盾构机进入接收段后需24小时不间断地连续施工，项目部应为作业班组制定值班、交接班和碰头会等制度，并应在施工现场张贴各管理部门、设备维修单位、材料供应商、施工管理人员和其他相关人员的联系方式，便于及时沟通和应急管理。4.2 机械设备风险控制措施 盾构法施工中，各类机械设备至关重要，设备损 表 5 盾构水中接收一级、二级风险因素权重及风险等级评价表 目标层 目标层 风险等级 一级指标 一级指标权重 一级指标 风险等级 二级指标 二级指标权重 二级指标 风险等级 R 三级 R1 17.90%三级 R11 24.52%二级 R12 25.95%二级 R13 23.45%三级 R14 26.07%三级 R2 17.48%二级 R21 35.48%二级 R22 31.90%三级 R23 32.62%二级 R3 16.14%三级 R31 33.33%三级 R32 34.29%三级 R33 32.38%三级 R4 15.67%二级 R41 37.62%二级 R42 27.86%二级 R43 34.52%三级 R5 16.71%二级 R51 31.67%二级 R52 34.52%二级 R53 33.81%三级 R6 16.10%三级 R61 17.00%三级 R62 16.95%三级 R63 15.29%二级 R64 17.38%三级 R65 17.05%三级 R66 16.33%三级 203232011xxxxri82086286555454313222xxxxxxxxxxxri或15401512315128186266565443xxxxxxxxxxxri或1202515115123124xxxxri中国科技期刊数据库 工业 A-5-坏、修复保养不及时等风险因素易对施工质量和进度产生的影响较大。因此，对各重要设备进行例行检查，及时发现问题并排除故障对盾构施工的质量、安全和进度尤为重要。对于盾构水中接收所使用的机械设备，尤其是超大型泥水平衡盾构机，在进入接收段前应对刀盘刀具、盾体、泥水处理和输送系统、掘进管理系统、电气系统及仪表盘等各个部件和系统进行全面检查，以确保机械能够正常使用。此外，盾构水中接收过程中，机械设备的损坏或故障可能导致盾尾或洞门渗漏，因此应提前确认盾构设备的密封性，并备好封堵材料。盾构设备还需做好日常和周常的维护保养工作。日常检查维护项目应包含注浆泵、机头各系统与拼装机系统、空压机和排水泵等；每周检查维护应包含管片行车、高压水枪、管片运输机、轨道行车、接管行车、接管器、空压机、车架行车、拼装机和注浆泵等。机械维护保养和维修人员必须持证上岗，严格按操作规程进行正确操作。4.3 环境风险控制措施 对于地质和水文等自然环境产生的风险因素，应在开工前对水文地质条件进行详勘，探明接收段的地层和地下水情况，对于容易发生涌水坍塌的地质情况，应提前考虑对接收段进行冻结法加固等措施。对于接收区域或附近存在的建筑物、构筑物和地下管线等产生的风险因素，应在开工前做好物探和管线探测工作，对处于使用状态的建筑物、构筑物和地下管线采取相应的保护措施，避免其被破坏产生经济损失和社会影响。对于接收区域及附近的自然和社会环境，项目部也应提前考虑保护措施，包括建立健全的信访处理制度、扬尘防治制度，及时采取噪音减轻措施等。4.4 其他风险控制措施 在管理方面，对于风险保障或控制措施无法得到充足资源支持的情况，应首先确保风险造成的损失大于措施所需成本，并做好资金和物资进场使用计划，预留足够的资源。在材料方面，对于连接或焊接质量产生的风险，应当在施工过程中严格进行材料连接质量控制，并在事后做好验收工作。此外，对于材料连接质量不合格可能造成的裂缝、漏水等问题，现场应准备充足的应急物资，如油脂、水泥等。在方案措施方面，对于流沙、突涌等紧急情况的应急措施，应当在盾构接收前，安排专业人员结合地质水文详勘报告和现场实际情况，进行加固等措施比选，选择与实际情况相匹配的应急处理方案。5 结论及建议 结合实际项目情况，本文运用专家调查法和模糊层次分析法对盾构水中接收的风险进行了全面识别和评估。结果表明，在该项目中，人员、机械设备以及环境相关因素所引起的风险对接收过程有着显著影响，需要特别关注并实施相应的风险减轻措施。由于不同盾构项目所处的水文地质环境和采用的机械设备各异，本文所使用的方法和模型可能不具备普适性。因此，本文的风险分析及仅供参考。期望本研究对未来超大直径盾构机接收风险的研究提供一定的借鉴和启示。参考文献 1徐泽水.模糊互补判断矩阵排序的一种算法J.系统工程学报,2001(04):2陈华友,赵佳宝.模糊判断矩阵的相容性研究J.运筹与管理,2004(01):3姚浩,周红波,蔡来炳等.软土地区土压盾构隧道掘进施工风险模糊评估J.岩土力学,2007(08):1753-1756.4朱明明.基于模糊层次分析法的工程项目风险评估J.科技管理研究,2010,30(20).5杨科,崔强强.模糊层次分析法在建设工程项目风险管理中的应用研究J.四川水泥,2018,(03).6杨国松,王海林,张兆远等.超大直径泥水盾构水下接收关键技术J.天津建设科技,2022,32(04).7李江,王海林,张兆远.超大直径泥水平衡盾构水下到达控制技术及稳定性分析J.交通世界,2022(Z2).