修建隧道应建立安全风险性、可靠性评估体系.ppt

1 修建隧道应建立安全风险性 、可靠性评估体系 中国工程院院士 王梦恕 2 今后就任何一项工程从规划、投 标、勘测设计、施工直到运营等五个 阶段都应进行安全、风险性、可靠性 评估体系的分析，目前在预可性和可 行性研究报告中只进行经济投资风险 的评估，这是很狭义而不全面的。随 着隧道的增多，和水文地质复杂性不 确定性的存在，如何优质、快速、安 全建成而不留隐患进行运营，需进行 全方位、安全风险性、可靠性评估。 3 评估的内容分为四个阶段应考虑的主要问题见附表： 4 一、公路规划中影响、安全、风险的 几个问题 1、为保证隧道内满足行车视距要求，以 及路面超高的变化以利运营安全，中短 隧道内应禁止设置s型反向曲线，长大隧 道必须设置时，在反向曲线间必须设置 一段缓和曲线或直线段，从司机安全操 作出发，一般曲线长度是不宜过短，同 时小偏角、大半径曲线容易使司机产生 直线错觉易出现行车事故，曲线转角应 大于7度为宜。 5 6 7 2、隧道纵坡 一般为不小于0.3%、不大于3%， 对于二、三、四级公路的中短隧道可 适当放宽到5%以下，隧道内的变坡点 不宜过多，要有较大直径的竖曲线以 满足视距要求。 8 3、隧道洞口经常由于设置了缓和曲线进洞， 而引起交通事故不断，所以联络洞口的线路应 为直线，洞口附近不易设置竖曲线，变坡点应 距离洞门有一定距离，凸形曲线上的车辆在接 近变坡点时，由于视距较小，经常出现不安全 事故。所以，在进洞口附近更不宜设置较大的 下坡和小直径的平面曲线进洞。出洞口附近更 不宜设置较小的平面曲线，设计者应考虑壁洞 效应，在进出洞口应考虑司机在生理上、心理 上的变化，这是确保安全、防止风险之本。 9 4、线路与隧道设置 线路与隧道设置原则应遵守在丘陵地 带以中、短隧道群为主，尽量取代半填 半挖式的线路。上挡刷坡很高今后也不 安全、费用高，环境破坏严重，下挡路 基边坡处理也很难保证不下滑、不沉。 沿沟选线采用以桥代路，不破坏环 境为宜。 10 11 12 13 5、公路选线应靠山、不占良田，线路 间距应尽量靠近，中间隔离带，在满足 绿化、安全的前提下应越窄越好，以节 约土地，尤其耕地，2003年仅公路建 设占用耕地达56.6万亩，比2002年增加 40万亩，大手笔的占地设计不可取。 14 15 6、越岭线路的隧道宜长不宜短，尤其 北方应将线路 标高降到冰冷线以下。二 郎山隧道为了缩短隧道长度，靠西藏边 洞口仍在冰冻线以上，造成不能全天侯 运营。秦岭终南山隧道长18km，是世界 第二长公路隧道，缩短线路65km，实现 了全天侯安全运营。 16 17 18 二、隧道勘测、设计阶段在安全风险 上应注意的问题 1、隧道洞口位置、间距的确定原则 （1）从洞口安全、环保出发，应遵守早 进晚出、不刷洞口仰坡，甚至可设置明洞 段进洞，应追求环境效益第一、社会效益 第二、工程本身效益第三的原则，一味追 求短而省钱的理念应予克服。 19 20 21 22 23 24 （2）隧道洞口应选在从山梁上突凸处进 洞，切勿沿沟凹处进洞，造成洞口引线 处在深路堑之间，从水文、地质条件评 价，这都是最不利的断层发育带，给设 计、施工、运营会带来许多长久性的灾 害。 25 26 27 28 （3）洞间距的设计原则为宜近不宜连。 尤其在软弱地层段、城市隧道洞口场地 紧张段等地，更应遵守。连拱隧道从结 构设计、防水，施工难度上均存在很大 的缺点，已被已建好的工程所证实，保 证不了开展和漏水，不是一个好的结构 型式、地铁工程、铁路工程在可能的条 件下均将连拱改为小间距隧道。 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 两洞间距已不受2.5倍3倍 洞径的规定，当时规范是按松散 特沙基原理确定的，该理论已不 符合目前施工技术不断提高的要 求，目前一些隧道设计已取消了 这个规定，这是一大进步。 39 40 41 （4）从运营通风角度考虑，防止上下行 洞口污着空气短路，（既从上行排出洞 口的废气，又被下行洞口的进风带进去 ）。因此，上下洞口之间应设置高挡墙 ，或建筑小品，或将上下行的洞口在里 程上错开30m左右，不要设在一个横断 面上。 42 43 44 2、支护结构衬砌形式必须采用复合式衬砌，这对防 水、防裂、运营通风都有好处。一次支护设计荷载应考 虑全部土压力和部分水压水，当变位稳定后可施作二次 衬砌。二次衬砌实质上是安全储备，但由于复合衬砌按 连杆法计算，属于超静定结构，多次实验量测证明，当 二次模筑衬砌做好后，荷 载会自动将一次支护反受荷 载的30%转移到二次衬砌上，这正是超静定结构的特点 ，但决不应理解为一次支护应按70%荷载进行设计，这 种误解经常导致一次支护太弱，造成施工过程中的塌方 、变位过大，所以应重视一次支护的设计，以调整适应 不同围岩的受力，而不是用二次衬砌厚度来调整。 45 46 3、从环保出发，从保护水资源出发，尤 其不能因施工降低了地下水位而影响人 居和农田时，必须采用“以堵为主，限排 为辅”的防水设计原则，二次衬砌应按折 减后的水压力进行设计。在岩溶、石灰 岩地区的隧道更应重视这个问题。取消 中心水沟的设计构思。设计两边水沟， 水沟深应低于路面以下20cm左右，是正 确的。 47 4、洞口段及洞门要考虑地震的影响 ，可设计不受力的斜洞门或不设洞 门。洞口段一般在30m50m处设 一条减震变形缝，全洞不得变形缝 。 48 5、隧道设计从安全出发不应设计上 下行共用一个隧道的做法，上下行应 分洞设置，两洞之间的联络通道，尤 其车辆通道应适当加密，以利防灾和 调头，通道两端畅通，不设防风门、 该门对通风作用不大，反而影响防灾 。 49 50 51 52 53 54 55 56 6、结构设计的首要任务是做好方案设计：结构 设计包含方案设计（概念设计、结构创作、构 思、选型）和结构分析或核算两个内容，目前 重分析、轻方案的做法很传统，许多设计人员 把结构设计看成是规范加计算，很少重视结构 创新，在设计中采用低安全度带来的节约仅能 是工程造价降低12%，而引入的风险可能贻 患无穷，如一次支护安全度设计相当低，是造 成塌方的主要原因之一。所以，把精力集中到 方案设计、概念设计上来，跳出因方案陈旧又 使材料消耗指标过高、结构安全度过低的设计 误区。 57 7、走信息化设计的道路 隧道和岩土工程紧密相关，勘测在初步设 计阶段仅是宏观的水文地质，而不是施工中的 水文地质，这个设计应叫“预设计”，设计人员 必须结合工程所揭示的水文地质、岩土特性验 证和修改自己的设计参数。否则，会造成重大 灾害，在实践中增长经验和判断能力。信息化 设计的重要手段是用先进的量测仪器进行及时 量测、及时反馈、及时研究、及时修正，要重 视时空效应所带来的灾害。 58 三、施工阶段安全风险评估应 重视的几个问题 1、必须将地质超前预报做为工序配设备、配 人员有费用。 工程的风险、安全离不开超前预报，尤其 在岩溶地区，若不明确前方是否存在含泥砂 、水的岩溶，将会造成大的人身伤亡。我国 有近三分之二的岩溶地区，必须重视。 其预报手段必须采用几种方法同时进行 检测的综合性预报。 59 2、必须进行信息化施工 量测是安全、优质建成隧道工程的 重要手段，通过量测可及时检查施工方 法是否妥当、设计参数是否合理，各施 工工序是否正确。目前应用先进的无尺 量测仪器和软件是非常必要的。做到及 时修正、决策，不及时，必带来灾难。 60 3、施工方法正确选择 硬岩采用全断面开挖法或超前导洞后 部扩大法，无轨运输、无轨装碴；软弱地 层必须采用正台阶法，台阶不分长、中短 ，一律一倍洞高，过长会引起大变形、塌 方，过短会引起工作面失稳。半断面禁止 使用。当正台阶法满足不了地层的稳定， 可采用cd法、crd法和双侧臂导洞法等 。 61 62 63 64 65 66 4、辅助工法应正确选用 长管棚是公路爱采用的进洞方法，但洞内 是不适宜，应以小导管为主。特殊情况下才在 洞内采用长管棚，该方法造价高，严重影响工 期，扰动地层严重，采用深孔注浆以取代洞内 长管棚。管棚直径不宜过大，目前地铁有向大 直接发展的不好趋势，通过计算和工程实践， 当管棚直径超过 125mm时，对仰止变形已不 明显，反而浪费。 67 68 5、正常设计、正常施工是确保安全、风 险最小的良药。 当前政绩工程必须禁止，要有科学发 展观，合理的设计周期能全面优化方案设 计和结构设计，过短的设计周期和不合理 的施工工期是违背科学的，赶工期、低造 价是严重影响安全，可靠性的大忌，风险 大、质量低、百年寿命都不能实现。 69 6、建立工地实验室严把材料关：材料是 占工程费用的大头，对钢筋、水泥、砂 、石大宗料必须有严格的投招标优选制 度，甲方提供甚至监理方规定都是可以 的，但必须规范自己的制度和行为，从 爱护工程出发，爱护各级干部出发，公 开、透明、严格检验签字负责是搞好工 程的先决条件，今天做为技术条件必须 提出来。 70 四、公路隧道运营的风险 1、隧道内的设计速度可以是80km/h但 真正运营速度不宜过高，一般不易超过 60km/h，也就是1km长的隧道1分钟穿 过去比用0.75分钟穿过要安全，仅少了 0.25分，有什么意义。因此，运营期间 限制运营速度是安全行驶的前提，条件 较差的隧道可以限制到40km/h也不会影 响高速的效果。 71 2、应分期、分批、安装通风设备 一般一公里以下的隧道不设通风和 照明，用自然风、活 风、反光石是能 实现节约运营的要求，经济风险可化成 零风险。 72 73 对中、长隧道，根据车流量、根据隧道上坡 、下坡的特点可分洞、分阶段设置，co和可见 度这两个指标通过射流通风机和清扫路面能实现 3km隧道不通风的要求，加强管理可实现经济风 险的化解。对于大于3km以上的长隧道，应改善 通风的计算方法，通过实测，以确定合理的通风 方式，竖井采用分半进风和抽风的设计是不好的 ，隔板受力复杂，适用寿命不易保证，大型风机 耗电严重，都需认真研究，一般6km长的隧道， 目前装机容量达到5000kw左右，其运营经济风 险是较大的。 74 3、建立简易的报警、救灾、监视措施。 手机报警、报警电话应优先考虑， 往往比火灾传感器报警要快，要省费用 ，要准确，应坚持可靠、适用而不要追 求先进。在谈到风险安全时，设计投入 的仪器设备很多，在今后的运营中多被 闲置、放坏，应求真务实的调查研究。 75 总之，随着公路隧道的大量出现， 尤其超过3km以上的中长隧道的出现，修 得起、用不起的呼声越来越大，从减少 运营灾害出发，又要装许多寿命不长的 各种设备和仪器，又要耗不少电能，这 种运行模式对我国贫困地区更形成反差 ，这是阻碍各等级公路隧道大量发展， 而耗大量土地用路堑取代隧道并用展线 降低线路运营条件。因此，开展无动力 照明、通风、设置流动救灾设备是今后 研究的重点。 76 建议和意见 1.每项工程必须建立强有力的项目经理部。 项目经理部是确定安全、质量、环保、工期、 进度、效益五大指标的执行者。并且应严格按安全 、质量、环保是第一，工期进度是第二的次序安排 建设，最后要落实到设计、施工单位应有经济效益 可得，甲方也能在限额内圆满得到一个很好的精品 工程，五项指称的次序是符合科学发展观的。施工 单位首先要选好懂业务，品德好，能团结一批人， 艰苦奋斗的项目经理，后开工之日起，就要建立质 量成本目标管理，仔细斟酌投入。 77 严格照章办事，严格管理、严格纪律、 严格工艺。防止为争名誉，抢工期而不 顾质量，而不计成本地上设备、拼人力 ，投资金、搞粗放型管理，尤其对喜欢 搞政绩工程、突击性工程，会产生许多 不良后果。工程管理，从甲方、施工方 、监理方都应“强化质量意识，严格成本 控制，创立市场信誉”。 78 2.必须健全、提高工程管理层的品德素质 和业务水平 工程实践证明，只要有一个素质好、 业务精的甲方，尊重合同，求真务实，平 等待人的甲方，必定可以干出好的精品工 程，也能有科研成果和人才出现。 曝光1：借工程之名搞不正之风、搞 腐败，导致搞豆腐渣工程的教训是深刻的 ； 79 曝光2：不遵守合同，以权代管，以权 压人，不尊重科学，乱压价、包死材料涨 价视而不见，追求不合理工期不管施工单 位的盈利和死活，将利润空间压缩到了干 的越多，亏的越多，不及时验工计价，拖 欠施工款相当严重，这是造成拖欠农民打 工款的主要原因之一，国家重点青藏铁路 工程也有类似发生，实感不该，甲方个别 人的人性、理性已到了不可容忍的地步， 试想这叫什么管理，根本谈不上管理，可 称为霸权管理。 80 曝光3：不懂fidic条款，严重违背 fdic条款。施工中优化设计、修改设计是 正常的，这种修改有利于工程的质量和合理 性。对于不讲理、低水平的甲方，不准修改 合约总价，不尊重bq单，这在国内外是少 有的，但大陆这种甲方是存在的。三通一平 应是甲方的事，自己失约，影响工期，影响 成本的事处处皆是，让施工单位承担责任和 损失，这叫不负责任的管理！ 81 曝光4：地铁工程的拆迁本应由建设甲方 承担，但有些甲方将风险和难题交给施工方 ，人生地不熟的施工单位受当地被拆迁户的 高价敲诈，比合同费用高出千万元，逼得施 工单位退场不干，这种管理可称为无赖管理 。 曝光5：没钱甲方，谁修谁垫资，建成后 挑毛病不验收，使垫资单位资金白白损失， 或变成呆帐。迫势企业跨台，这种甲方称为 骗子，这种管理称骗子管理。 82 曝光6：施工单位搞你死我活的压价竞争，搞 亏损投标，如某施工单位可以用2.8万元/米盾构区 间中标，又以3万/米的价格转包别人干，每米明亏 2000元，美其名为取得一个盾构资质。这种领导 实属光辉自己，实质在透析企生命，作为甲方也让 中标，这也叫工程管理！实属名利管理。 曝光7：不规范投标，不透明投标；中介人从 中牵线投标；带条件投称；只看商务标追求最低价 中标，不看技术标和施工单位的真实能力和资质； 感情中标；领导干涉中标；地方保护中标；行业保 护中标；获私利中标，如此种种的不规范中标、投 标都是影响工程质量、安全，土木工程不能百年大 计的大敌，是工程管理界的最大混乱。 83 曝光8：世界银行贷款追求没有标底不合理低价 中价，中标额低于概预算一倍左右，美其名和国际 接轨，不知世界银行是否懂工程建设之大忌是什么 ？可谓之盲目低造价工程管理。 曝光9：发达国家向不发达国家贷款，不是在帮 助而是在变相卖高价设备，是有条件的贷款是剥夺 式的贷款。 如此种种在我们工程界，在我们工程管理界面 前暴露的非常突出，难道不应该进行回味暴光、总 结吗？人民的血汗钱、税收钱该如何管理好、用好 是需要认真思考，是需要认真对建设甲方进行投标 ，竞选单位和人选。优则上，劣则下。 84 3. 每个工程应确定合理的建设周期，因为很多 安全措施的实施是需要时间的！ 4.工程造价应合理，要实事求是，不赞成工程 的限额设计，这样很难保证安全措施的落实到 位。施工、设计变更费用及时到位。 5.施工阶段应以施工单位为主体，施工方案由 施工单位确定，甲方牵头，设计、监理进行完 善，做到及时修改、及时实施。 6.今后在工程可行性研究阶段增加安全风险 评估专章，安全评估可一票否决，设置专项 经费保证安全措施的到位！ 85 工程给后代留下遗产，不要留下遗憾 我国有名的都江堰水利工程历经苍桑敬仰，作为精 品遗产，为后人造福数千年，被后人所歌颂。回首当今 世界土木工程给人类带来了幸福，也带来了许多遗憾， 由于匆忙上项目，不遵守真正行业专家的意见，不重视 、违背了环境效益第一，社会效益第二，工程本身投资 效益是第三的次序和关系，追求新奇、独特，世界第一 而出现许多让后人感到遗憾的工程，如国家大剧院追求 独特，建成后与周围不协调，很难看，维护运行费很高 ，平均每天要投入100万元，文娱演出的设备，人工最 低票价不能低于500元/每票，再加演出费老百姓能看得 起吗？这叫贵族大剧院更确切，真不知当初修建的初衷 是什么？ 86 许多大楼盖的起用不起，上海金茂大厦一天的 运营费也要50万元；北京市在听取人大代表 和院士建议后，开始对奥运赛馆工程进行瘦身 审查，取消了五棵松篮球场和需耗资2.8亿美 元，破坏环境30m高100多米长的大屏幕，并 对外形象个烂柿子的奥运主馆，将能活动自重 达1.8万吨的开闭式顶棚取消的做法是很正确 的、明智的。我看这些由外国人建筑师设计的 建筑早晚将会成建筑垃圾，而被后人取掉，真 是举不胜举。（见照片） 87 几个典型工程实例。 88 屋顶带开启装置的奥运主会场 89 90 91 水立方游泳馆 92 水立方内景 93 水立方与鸟巢交映辉映 94 建成的国家大剧院 95 96 上 海 金 茂 大 厦 97 98 99 粤海铁路通道轮渡 100 旅客轮渡 101 台 风 影 响 轮 渡 通 航 102 地面油罐 103 104 105 北京地铁修建过程安全、风险 技术平台和管理的措施 106 一、建立城市地铁建设安全风险咨询 管理工作的必要性、迫切性 国务院办公厅200381号文关 于加强城市快速轨道交通建设管理的 通知中指出：要高度重视城市轨道 交通建设、运营的安全问题，牢固树 立“安全第一，预防为主”的思想，把 确保轨道交通建设和运营安全作为头 等大事切实抓好。 107 轨道交通项目是由几十个不同专业组合 而成的大系统工程，具有投资大、技术复杂， 工期紧张，建筑安装量大，项目涉及面广等特 点。因此，在规划、设计和施工、运营四个环 节上，必须严格执行国家颁布的强制性标准， 确保安全设施同步规划、设计和建设。在项目 的立项、可行性研究阶段要认真进行安全、周 边环境和地质灾害的评估，防止各种灾害的发 生。每个城市都要设置保证安全资金的投入， 建立处理突发事件的应急机制，提高城市轨道 交通灾害防御和应急救助能力。 108 作为2008年奥运会重点项目 的北京城市轨道交通建设要同时修 建总长近百公里地铁5、4、10号 线及奥运专线，机场专线工程也将 开工建设，工程规模之大、工期之 紧、条件之复杂以及难度之大在世 界地铁修建史上都是罕见的。 109 例如10号线是北京轨道交通路网中一条由西北至 东南的半环线，连通了北京市目前重点发展的三个地 区中关村、奥运村、cbd。也是联通奥运支线与 既有线网的唯一线路（线路起自海淀区的蓝靛厂，终 于丰台区宋家庄）。全长32.9公里，其中地下线32.05 公里（路堑及地面线0.85公里）。第一期工程长 24.585公里，车站22座，同时在安定路引出一条奥运 支线，长5.91公里，设车站4座，全部为地下线。沿线 地下管线密集；区间多次穿越河流、建筑物基础、立 交桥基础；有12个换乘站，区间多处设有站端折返线 、联络线、停车线等，断面复杂，变化多样；再加上 北京复杂的地质条件及三层地下水的影响，使10号线 成为工期最紧、工程难度最大的轨道交通工程，其安 全风险也成了众人关注的焦点。 110 在以往的地铁建设工程中，建设、设 计、施工等单位对工程安全都给予了足 够的重视，但是运用传统的经验管理方 法，已不能适应当前状况对事故发生的 预测和防控能力的需要。 因此，建立一个能够科学、全面、 及时地掌握反映建设过程安全情况和具 有分析预测、防止灾害能力措施的专家 委员会和管理系统的平台迫在眉睫。 111 二、安全风险管理工作的目标 由于安全风险的存在不是独立的， 因此必须由一个安全风险管理咨询组织 ，用全面、系统的实施手段以达到能在 第一时间了解、掌握工程进展不同阶段 的第一手资料，以提高事故发生预测和 防控能力，避免重大事故发生，使安全 风险降到最低。 112 要达到这个总目标需要作到： 1、在全面了解勘测资料、设计文件及其 它相关资料的前提下，提出地铁各条线的安全 风险管理实施办法，明确重点、难点及需采取 的特殊措施。 2、建立并完善设计及周边环境资料数据 库和风险管理信息系统。 3、根据施工单位及第三方监测建立并完 善全线工程变位、变形、内力量测监测网。 113 4、逐步完善并确定不同建筑物、管线安 全风险监测的指标体系及相应条件下的控制 标准和原则，并制定预警值。 5、建立及时发布预警通道，并提供处理 方案。预警必须在十二小时内提出，超过警 戒值时用黄单，超过行动值时用红单，紧急 情况特殊处理报警必须在八小时内提出。 6、审核、修改、完善事故预防、事故处 理的补救措施和预案。 114 7、建立信息中心，及时收集、传输、分析 检测数据平台，及时向指挥工程建设的各级组 织提供直观、全面、形象、动态的反映工程现 况和安全风险管理的有关数据。执行每日有分 析，每月提送监测报告。监测报告包括基础土 壤和岩体的稳定性；结构物和支撑系统的稳定 性；领近结构沉陷及倾斜分析；土压力、水压 力及地下水位分布，地表及地中沉陷等变化情 况；安全风险评估意见；设计修改和施工方法 及步骤调整等6部分。 115 三、安全风险技术管理内容 安全风险管理包括设计安全审查、安全 咨询服务；标准与规范的制定；检测系统和 安全风险管理系统的建立等。为了有效地开 展工作，应明确政府管理部门、建设管理机 构和安全风险管理咨询公司的职责范围，并 赋予相应的权利和职能。 针对工程建设中岩土及地下结构问题， 从设计到施工进行系统的安全监测和咨询， 包括对工程建设风险的分析、评估、审核以 及建议等。 116 1、设计阶段的安全风险管理 （1）制定设计方案的安全审查内容和程序 （2）审核地质、水文勘察资料；地下管线资 料；相邻建筑物的资料。 （3）审查与岩土和地下结构工程相关的设计 。 （4）审核与岩土及地下结构工程相关的施工 方法、辅助工法、施工规范和特殊条款。 （5）审核施工安全措施和方法。 117 （6）审查施工单位监测系统的配置原则， 建立并完善全线工程监测网。建立并完善资 料数据库和风险管理信息系统，建立信息中 心。 （7）出席相关的设计审查会议，并对相关 的设计文件进行审核。 （8）提出设计阶段的安全风险管理咨询报 告。 118 2、施工阶段的安全风险管理 （1）协助建设管理部门对各施工单位的施工方 案及施工组织、安全措施进行审查。 （2）分析和评估各车站、区间施工中可能发生 的安全风险。 （3）确定现场监测的对象、项目内容、范围以 及监测频率，并实施监测。 （4）监督、检验及分析施工单位的监测数据， 出现差异时分析、上报并协调处理。 （5）审查