地下工程风险评估教案.doc

地下工程风险评估（教案）主讲老师：翟越 长安大学 地测学院 安全工程系前言1一、本课程的性质和任务1二、本课程的基本要求1三、课程教材及主要参考书1第一章 绪论(6)31.1 风险概述（2）31.1.1 风险的定义31.1.2 风险的特性41.1.3 风险的分类61.1.4 与风险有关的概念111.2 地下工程的概念、发展、类型及特点121.2.1 地下工程的概念121.2.2 地下工程的发展131.2.3 地下工程的类型151.2.4 地下工程的特点161.3 地下工程风险管理及其必要性171.3.1 地下工程风险管理的基本概念171.3.2地下工程风险管理的必要性181.4 本课程的主要内容20第二章 地下工程的施工与环境影响(10)212.1 地下工程的施工方法212.1.1 钻爆法212.1.2 掘进机法262.1.3 明挖法282.1.4 浅埋暗挖法322.1.5 盾构法332.1.6 顶管法362.2 地下工程的环境影响(5)392.2.1 地下工程的环境影响形式392.2.2 地下工程的环境影响机理462.3 地下工程环境影响的系统防治50第三章 地下工程风险识别(4)533.1 风险识别的基本方法（2）533.1.1 风险识别的含义533.1.2 风险识别的基本方法543.2 隧道工程风险类型分析（1）603.3 基坑工程风险类型分析（1）64第四章 地下工程风险估计694.1 风险估计概述69四、工程建设项目风险评估与分析704.2 风险估计方法71第五章 地下工程风险评价785.1 地下工程风险评价概述785.2 地下工程风险评价方法785.3 基坑工程的风险实例分析84第六章 地下工程风险控制896.1 地下工程风险控制概述896.2 地下工程风险控制方法89第七章 地下工程风险管理的实施927.1 风险管理的组织机构927.2 工程建设项目风险管理技术957.2.1风险管理的技术方法957.2.2 风险管理的工作流程如下：102前言一、本课程的性质和任务地下工程风险评估是安全工程专业的一门重要的限定选修课程。它的主要任务是通过本门课程的学习，使学生了解有关地下工程建设和运营期间的安全风险和技术对策，地下工程建设和运营期间的保险内容、事故类别鉴定以及理赔程序等，为毕业后从事安全工程及相关行业打好基础。二、本课程的基本要求1、对能力培养的要求（1）掌握地下工程风险类型和特点；（2）掌握地下工程建设中针对不同施工工艺降低风险的措施和途径；（3）掌握针对风险类别如何进行风险分析、风险评估和风险规避的程序；（4）了解地下工程建设中的保险内容、事故类别鉴定以及理赔程序。2、本课程的重点和难点本课程的重点：城市地下工程建设中的风险类型和特点以及针对不同施工工艺降低风险的措施和途径；难点：对一些风险类别如何进行风险分析、风险评估和风险规避。3、选修课程及基本要求在开设本门课程之前，学生应该修完建筑工程概论、建筑工程事故分析、工程地质学以及相关安全工程的课程。三、课程教材及主要参考书1、教材： 自编教案。2.参考书：城市地下工程建设安全风险及其控制，张顶力编著，2006年6月。第一章 绪论(6)学习要点：地下工程建设项目的实施是一个复杂的过程，风险管理是工程项目的重要内容。本章要重点了解风险的概念、特点、分类；地下工程的基本概念、发展、类型以及特点；地下工程风险管理的基本概念和必要性。1.1 风险概述（2）“风险无处不在，风险无时不有”；“机会与风险并存，机会有多大风险就有多大”1.1.1 风险的定义1、风险：是指不利事件发生的可能性及其发生后所造成的损失。对于某个既定事件，风险包含两个要素：一是该事件发生的可能性，称为风险概率（失事概率）；二是该事件发生所带来的后果（损失）。因此，每个事件的风险可以表示为失事概率和失事后果的函数：即一般来说，当“可能性”与“后果”两个自变量中的任何一个增加时，风险都会增加。如图1.1。图1.1 风险要素影响坐标风险与危险的区别与联系：日常生活中，我们经常提到“危险”。严格的讲，风险和危险在含义上还是有区别的，是两个不同的概念。危险是事物所处的一种不安全状态和程度，在这种状态下，可能导致某种事故或损害的发生，是事物客观的属性，是风险的一种前提表征，没有危险当然也就没有风险。而风险不仅意味着不安全状态的存在，更意味着这种不安全状态转化为事故的渠道和可能性。如人类要应用核能，就有受辐射的危险，这种危险是客观存在的，但如果人类绝对地与之相隔，尽管仍有受辐射的危险，但由于无发生的渠道，所以就没有受辐射的风险。所以我们可以做到危险性很大，但实际承受的风险很小。2、工程建设项目的风险：对于工程建设项目管理而言，决策、实施和使用过程都存在着这种损失的不确定性，从而给实现工程项目建设目标造成不利影响，因此工程建设项目的风险就是指可能出现的影响项目目标实现的那些不确定性因素。1.1.2 风险的特性风险一般具有以下几种属性：1、客观性在项目建设中，无论是自然界的风暴、地震、滑坡，还是与人们活动紧密相关的施工技术、施工方案等不当造成的风险损失，都是不以人们的意志为转移的客观现实。它们的存在与发生就总体而言是一种必然现象。从认识论角度看，自然界的物体运动及人类社会的运动规律都是客观存在的，这也表明项目风险的发生是客观必然的。风险的客观必然性表明它的存在独立于人们的主观意识之外，项目风险的发生，无论其范围、程度、频率，还是形式、时间都可能表现各异，但它总会以各自独特的方式表现其存在，是一种必然会出现的事件。随着人们对项目风险认识的深入，各种项目风险在经过无数次的分析考察后，就会发现或接近发现各种项目自身的运动规律性。项目风险存在的客观性与必然性是从全面地、长期地以大量项目风险事件为总体来进行考察的观点而言的。工程建设项目的风险是不以人的意志为转移并超越人们的主观意识的客观实在，而且在工程建设项目的全寿命周期内，无处不在、无时没有。我们不可能完全消除风险，而只能在有限的空间和时间内改变风险的存在和发生的条件，降低其发生的频率，减少其造成损失的程度。2、不确定性项目风险事件发生和导致的后果往往是以偶然的和不确定的形式出现的。项目风险何时、何处、发生何种风险及程度是不确定的。前者是指风险事件有可能发生也有可能不发生，它反映了风险存在的趋向性。后者指一方面项目风险事件存在的不确定性是由于项目风险事件受各种不确定风险因素的支配，在一定的条件下，虽然存在，但不一定发生；另一方面，同性质的项目风险事件在不同的事件、地点发生所造成的损失规模及后果也是不确定的。某一具体风险发生的偶然性和大量风险发生的必然性，因此通过对大量风险事故资料的观察和统计分析，可发现其呈明显的运动规律。一般可以用概率统计的方法及其他现代风险分析方法去计算风险的概率和损失程度；3、主观性风险的主观性是指风险可以通过人们对其进行识别进而采取有效措施进行控制的。所谓识别，是指识别风险产生的原因和存在的条件以及风险事件发生后的后果及影响，目的是找出风险之所在和引起风险的主要因素。所谓控制，是指通过适当的技术来回避风险，或控制风险发生导致不利影响的程度。现代管理科学为风险识别与风险控制提供了理论、技术和方法。风险管理人员可以采用科学的方法，对可能产生的风险及风险发生的时间、范围、程度进行预测和把握，并改变风险发生的环境条件，从而有效的进行风险控制，减少风险事件的发生或降低风险事件发生后造成的损失。风险的主观性还表现在风险具有行为相关性。行为相关性是指决策者面临的风险与其决策行为是紧密关联的。不同的决策者对同一风险事件会有不同的决策行为，具体反映在其采取的不同策略和不同的管理方法，也因此会面临不同的风险结果。实质上任何一种风险都是由决策行为与风险状态结合而成的，风险状态是客观的，但其结果会因不同的决策行为而不同，因此，也表现为一定的主观性。4、相对性风险总是相对于项目主体而言，同样的风险对于不同的主体有不同的影响。人们对于风险事故都有一定的承受能力，但这种能力因活动、人和时间而异。5、利益相关性所谓利益相关性，是指凡风险皆与行为人的某种利益有关联。风险皆有其明确的行为主体，且必被置于某一目标明确的行动中。风险的发生将影响行为人的权益。否则，即使有地震、海啸等事件的发生，也不能称之为风险。6、潜在性尽管风险是一种客观存在，但它的不确定性决定了它的一种特定出现只是一种可能，这种可能要变成现实还有一段距离，还有赖于其它相关条件，这一特性可称为是风险的潜在性。风险的潜在性使人类可以利用科学的方法，正确鉴别风险，改变风险发生的环境条件，从而减小风险，控制风险的负面结果。7、可变性可变性是指风险在一定的条件下可转变的特性。这里的条件指活动涉及的一切风险因素。当这些条件发生变化时，必然会引起风险的变化。风险的可变性表现为风险性质的变化、风险后果的变化以及出现新的风险。如随着人们辨识风险、认识风险、抗御风险的能力增强，就能在一定程度上降低风险所造成的损失范围和程度及项目风险的不确定性程度，增强了对风险的控制能力，这就是风险后果的变化。随着项目的进行，有些风险会得到控制，而有些风险则会发生扩大化，同时在项目的每一阶段都可能产生新的风险。8、可预测性不确定性是风险的本质.，但这种不确定性并不是指对客观事物变化全然不知，人们可以根据以往发生的一系列类似事件的统计资料以及对风险源的辨识，经过分析，对风险发生的频率及其造成的经济损失程度做出统计分析和主观判断，从而对可能发生的风险进行预测与衡量。9、风险的多样性和多层次性。项目周期长、规模大、涉及范围广、风险因素众多、种类繁杂致使项目在全寿命周期内面临的风险多种多样，而且大量风险之间的内在关系错综复杂、各风险因素之间与外界因素交叉影响使风险显示出多层次性。在对风险特征充分认识的基础上，识别项目潜在的风险和引起风险的具体因素，是解释项目风险，进行风险评估，确定风险损失程度和发生可能性的基础，也是制定项目风险对策的重要前提。1.1.3 风险的分类将风险进行分类的目的，是为了便于对风险进行估计、评价，有利于对不同类别的风险采取对应的处理措施。分类可以从不同角度、根据不同的标准进行分类。一、一般风险分类1、按风险后果性质分类（1）纯粹风险纯粹风险是只有损失机会而无获利可能的风险。这种风险事件只能导致两种可能结果，造成损失和不造成损失，如火灾、暴雨、车祸、地震等。纯粹风险造成的损失是绝对的，即无论对于个人、团体或整个社会而言，都是一种损失，没有人从中获得利益。一般而言，纯粹风险事件会重复出现，通常其发生的概率服从大数定律，因而较有可能对之进行预测。（2）投机风险投机风险是既有损失可能又有获利机会的风险。如股票投资、购买期货、经营房地产等的风险。投机风险有三种可能的结果：造成损失、不造成损失和或得利益。投机风险可能使活动主体蒙受损失，但全社会不一定蒙受损失。相反，其他人可能因此而获得利益。如股票投资，炒股票者损失了，而经营股票者可能就受益了。一般投机风险较为多变和不规则，大数定律常常对它不适用。显然，纯粹风险是非常有害的，总是和损失、不幸相联系的，而投机风险则具有诱人的特性。2、按风险形态分类（1）静态风险静态风险是指社会经济正常情况下，由于自然力的不规则作用和人们的错误判断、错误行为等而导致的风险。例如雷电、地震、洪水等由于自然原因发生的风险；火灾、伤害等由于疏忽发生的风险；以及欺诈等由于不道德造成的风险。对当事人而言，静态风险有的可以回避，有的则不可以回避。而且在静态风险面前，人们常常处于较为被动的地位。（2）动态风险动态风险主要是指以社会或经济结构变动为直接原因的风险。如生产方式、生产技术、股市行情、产业结构等因素变化带来的风险。动态风险一般是可以回避的，人们在这类风险面前住住处在较为主动的地位，因为他们通常有选择的余地。例如，投资者可以避开高风险投资项目而将资金投入低风险企业。动态风险和静态风险的特征有明显的差异。两者的区别可以归纳为：动态风险的不确定性结果表现为是否创造利益，而静态风险的不确定性结果表现为是否造成损害。因此，静态风险一般是纯粹风险，而动态风险一般是投机风险。企业和项目经营在一定程度上承担动态风险对社会能发挥积极作用，若让他们无偿承担静态风险，则对社会毫无益处。3、按风险来源分类（1）自然风险自然风险是由自然界存在的可能危及人类生命财产和安全的危险因素所引发的风险。如地震、洪水、台风、海啸、恶劣的气候、病毒、病菌等等自然灾害造成的损失。（2）社会风险社会风险指社会结构中存在的不稳定因素所带来的风险。如法律、政策、社会背景、宗教信仰、风俗习惯以及跨文化的人际关系等造成的不利影响以及所带来的损失。（3）政治风险政治风险是指因政局变化、政治动乱、战争等政治原因等引起社会动荡而造成财产损失以及人员伤亡的风险。（4）经济风险经济风险是指在从事经济活动中，由于社会供求关系发生变化、市场竞争、经营决策失误、管理不善、价格波动、通货膨胀等因素所导致的经济损失的风险。（5）行为风险行为风险是指由于个人或团体的过失、疏忽、侥幸、恶意等不当行为造成的财产损失、人员伤亡的风险。（6）技术风险技术风险包括两层含义：一是指随着先进科学技术的发展所带来的风险，如化工厂、核电站、原子弹、生化武器、人造物质等等对人类生命安全、生存方式以及伦理道德观念带来的风险；二是由于缺乏有关技术知识所带来的风险。如施工过程中，由于缺乏施工技术，从而导致工程失事等。（7）组织和管理风险组织和管理风险是指由于项目有关各方关系不协调、管理不善以及其他不确定因素而引起的风险。如有关组织内部的不同部门由于对项目的理解、态度和行动不一致，意见分歧很大，长时间处于消极、躲避状态，严重影响了项目的准备和进展。4、按潜在损失的特性分类根据风险事件发生所导致损失的性质，风险可以分为以下三类：（1）财产风险财产风险指导致财产发生毁损、灭失或贬值的风险，如厂房、住宅、电器、车辆等不动产或物资由于自然灾害或意外事故而遭受的损失。（2）人身风险人身风险是指由于人的疾病、伤残、死亡所造成损失的风险。这种风险不仅会给个人和家庭带来损失，而且也会给经济单位带来损失。（3）责任风险责任风险是指个人或团体由于违背法律或道义准则，给他人造成财产损失或人身伤害时应负的法律赔偿等责任。如如因施工对第三方造成人身伤害，或者由于无法履行合同而使对方遭受财务损失等的行为主体都要承担这种风险。5、按风险损失承担者分类按损失承担者风险可分为：个人风险、家庭风险、企业风险（如投资单位、设计单位、施工单位、监理单位、保险公司等）、政府风险（政府信任危机、政府丑闻、政府垮台等）、社会风险（指整个社会所面临的各种风险，如环境污染、水土流失、生态环境恶化等）等。以上的分类属于对风险所进行的基本分类。根据不同的标准，还可以对风险有其它的分类方法。如分为可管理风险和不可管理风险、分为可接受风险和不可接受风险、分为宏观风险和微观风险、分为基本风险和特殊风险等等。即使是同一类型的风险也可以进行再分类。如经济风险又可分为投资风险、生产风险和销售风险。对风险的分类，不必拘泥于固定的方式，完全可以视具体情况和管理目标的需要而定。二、工程建设项目的风险类型针对工程建设项目的特点，根据不同的需要，从不同的角度，按不同的标准，可以将工程建设项目的风险进行不同的分类：1、组织风险（1） 项目策划和决策人的素质；（2） 设计人和工程监理工程师的素质；（3） 承包商管理人和一般技工的素质；（4） 施工机械操作人的素质；（5） 损失控制和安全管理人的素质等。这里的素质对人员而言包括：个性、能力、熟练、经验、信任、合作；对组织而言：资质，组织与管理能力，经验，信誉，团队精神等等。2、经济与管理风险（1） 工程资金供应条件，包括成本、开支、收入及其时间、财政的可靠性等；（2） 合同风险，如合同缺陷，索赔条款等；（3） 现场与公用防火措施的可靠性及其数量；（4） 事故防范措施和计划；（5） 人身安全控制计划；（6） 信息安全控制计划等。3、工程环境风险（1） 自然灾害，如洪水、地震、冰雹等等；（2） 岩土地质条件和水文地质条件，如地下墓穴、地下水位；（3） 气象条件，如暴雨、大风、沙尘暴、超高温、超低温；（4） 引起火灾和爆炸的因素等。4、技术风险（1） 工程设计文件，如设计缺陷、设计变更、设计深度；（2） 工程施工方案，施工组织和技术方案的合理性；（3） 工程物资供应，材料的质量、供应时间、供应数量；（4） 工程机械设备，机械可靠性、操作性、安全性、效率。5、政治经济方面（1） 政治或国际因素，对整个经济建设的影响；（2） 战争，动乱，法律政策的变化；（3） 社会经济稳定性，外汇政策，保护主义，税收歧视。1.1.4 与风险有关的概念1、风险因素风险因素是指能产生或增加损失频率、损失程度的主、客观条件或要素，包括触发条件和转化件，它是风险事故发生的潜在原因。如果消除了所有风险因素，则损失或损害就不会发生。地下工程建设中，如地质条件较差、勘察资料不准确、设计方案有误、施工队伍水平不行等等，都是风险因素。2、风险事件和风险事故风险事件是指风险因素可能诱发的各种不确定性事件。这里要注意风险事件的发生并不等同于风险已经发生，风险事件发生后是否产生风险取决于风险事件是否会造成损失。风险事件是产生风险的必要条件，但不是充分条件。就是说，风险事件发生可能产生风险，也可能不产生风险。风险事故是指直接造成损失或损害的风险事件。3、风险损失风险损失是指由风险事件引起的、非故意的、非计划的和非预期的经济价值的减少，损失可分为直接损失和间接损失两种。风险因素、风险事件和风险损失三者的关系可以表示为下图。即：风险因素引起风险事件的发生，风险事件导致风险损失，最终形成风险。图1.2 风险的形成机理4、风险分析和风险管理风险分析是对存在的各种风险进行风险识别、风险估计以及风险评价的过程。通俗的讲，就是研究风险发生的可能性和它所产生的后果。风险分析类似于我们分析某产品的质量为什么好或为什么不好，更偏重于原因、过程。风险管理是对存在的各种风险进行风险识别、风险估计以及风险评价，并在此基础上采用各种风险控制技术，作出风险处理与决策。风险管理的目的就是期望用最小的代价将风险损失控制到最小或或得最大的安全保障。风险管理可以分为两个阶段，即风险分析阶段和风险控制阶段。风险管理的内容可以用下图表示。图1.3风险管理的内容1.2 地下工程的概念、发展、类型及特点1.2.1 地下工程的概念地下工程是从事研究城市各种地下工程的规划、勘查、设计、施工和维护的一门综合性应用科学与工程技术，是土木工程的一个分支。在地面以下土层或岩体中修建的各种类型的地下建筑物或构筑物的工程，均称为地下工程。按其工程的几何形状，主要可划分为隧道工程和硐室工程。隧道工程是指结构长度尺寸远大于断面尺寸的结构，通常包括铁路隧道、公路隧道、煤炭运输巷道等等；硐室工程一般是指长跨比较接近（一般小于10）的地下结构，如地铁车站、地下商场、水电站地下厂房、地下停车场等等。1.2.2 地下工程的发展1、地下工程的发展历史人类对地下空间的利用经历了一个从自发到自觉的漫长过程。可以概括为五个时期：（1）远古时期（人类出现公元前3000年）这个时期是人类利用天然洞穴或利用兽骨等工具开挖洞穴进行防御自然威胁的穴居时代。如在北京周口店发现的北京猿人头骨和使用火的遗迹，说明据今50余万年前的原始人类曾居住在自然条件比较好的天然洞穴，成为人类防寒、避雨、躲避野兽的处所。（2）古代时期（公元前3000前公元5世纪）这个时期，人类进入铜器和铁器时代，劳动工具的进步和生产关系的改变，导致生产力有很大的发展，出现了古埃及、古希腊、古罗马及古代中国的高度文明。这时地下空间的利用也摆脱了单纯的居住要求，而进入更广泛的领域。这个期间遗留至今或有历史考究的大型地下工程很多，如埃及建造的金字塔，罗马的隧道工程，我国秦汉时期的陵墓和地下粮仓，以及已发掘的兵马俑坑群等等。（3）中世纪时代（公元5世纪14世纪）这个时期是欧洲文明的低潮期，地下空间的开发利用处于停滞状态。中国在该时期地下空间的开发多用于建造陵墓和满足宗教建筑的一些特殊要求。如在南北朝时期，兴建了大量佛教建筑，铁别是建造石窟寺庙遍及各地，相继建成的较著名的有云冈石窟、龙门石窟、敦煌莫高窟等。（4）近代时期从十五世纪开始的近代时期，欧洲出现文艺复兴，产业革命科学技术开始走在世界的前列，17世纪炸药的使用和18世纪蒸汽机的应用，使地下工程的发展进入了新的时期。1613英国年建成伦敦地下下水道；1681年修建了地中海比斯开湾长170m的连接隧道。19世纪以后建成的隧道就更多，1863年英国在伦敦建成世界第一条城市地下铁道；1871年穿越阿尔卑斯山，连接法国和意大利的长12.8km的公路隧道开通。（5）现代时期现代地下空间的利用，在本世纪60和70年代达到了空前的规模，在一些发达国家，地下空间的开发总量都在数千万到数亿立方米。该时期典型地下工程主要有：地下铁道的建设，到90年代初，世界上已有100多个城市修建了地下铁道，线路总长度已达5000多km；公路隧道的建设，著名的公路隧道主要有瑞士的圣哥达隧道，长13多km，法国的弗雷瑞斯隧道，长12多km；地下电站的建设，现代地下电站迅速发展，其中地下水力发电已超过400座；城市地下空间的开发利用，已成为城市建设的重要内容，一些工业发达国家逐渐将地下商业街、地下停车场、地下管线、地下铁道等结为一体，成为多功能的地下综合体。像日本、加拿大、法国等国家的地下商业街已闻名遐尔。2、地下工程的发展前景（1）城市发展引发城市矛盾据预测，本世纪初，世界人口将增加到85亿，其中45亿人口将生活在城市范围内。到2010年，世界将有500多个百万人口以上的大城市，城市的生存环境面临着严峻的考验。随着世界各国城市化建设的快速发展，城市规模不断扩大，城市人口不断增长，许多国家城市不同程度出现了建筑用地紧张，生存空间拥挤，交通堵塞，生态失衡，环境恶化等问题，被称之为“城市病”。城市居住、交通、环境的矛盾日益突出，给人类居住条件带来了很大影响，也制约着经济和社会的进一步发展，成为现代城市可持续发展的障碍。（2）地下工程具有强大的生命力面对日益突出的矛盾，世界许多国家开始重视地下空间的开发与利用。国际上提出一种普遍接收的观点：19世纪是“桥”的世纪，20世纪是“高层建筑”的世纪，21世纪将是人类开发和利用“地下空间”的世纪。纵观当今世界，发达国家已把对城市地下空间的开发和利用作为解决城市人口、环境和资源三大危机的重要措施和医治“城市病”实施城市可持续发展的重要途径。目前，发达国家已经将地下工程建设，作为城市建设的重要内容。城市内地下空间的开发深度一般已达30m左右，说明地下空间资源潜力巨大。一些发达国家城市发展的实践证明，合理开发和利用城市地下空间，建设地下工程，不仅对于缓解城市中的多种矛盾是一个有效地措施，而且对于未来城市空间的扩大、资源的节省、环境质量的提高等，都能发挥积极的作用；而且还可以保存农业用地，减少城市能源供应量，美化城市环境，提高城市储备能力和防卫能力，具有较好地社会效益、经济效益和环境效益。1.2.3 地下工程的类型地下工程有许多分类方法，可按使用功能分类，按周围围岩介质分类，按设计施工方法分类等等，最常用的是按使用功能分类。1、按使用功能分类地下工程按使用功能可分为：（1）地下交通工程。是地下工程建设的主要类型，是为提高城市内车辆运行速度，减少对城市的污染而建造的工程，如地下铁道、地下轻轨交通道、地下步行道、水底隧道、地下停车场等。（2）地下市政管道工程。是城市市政公用设施的管道、电缆等工程。（3）地下工业工程。对于精密性生产以及有污染性的工业，地下环境更为有利。地下工业工程常见的类型有地下核电站、采矿工程、地下水力发电厂、地下车间、地下垃圾焚烧厂等等。（4）地下商业及文化娱乐工程。是为改善人们的生活环境而建造的地下商场、地下商业街、地下影剧院和歌舞厅、地下图书馆、地下展览馆等等。（5）地下军事工程。如地下飞机库、地下导弹发射井、地下潜艇基地、地下弹药库、地下军用品仓库、防空指挥中心等。（6）地下储藏工程。主要用来储存物质，如地下粮、油、水、药品等物资仓库等。（7）地下农业工程。主要是指为农业服务的地下灌溉渠道及一些地下种植场等。（8）地下旅游工程。有天然洞室改建工程、洞中园林工程等。2、按围岩介质分类可以把地下工程分为岩石地下工程、土体地下工程和海底或悬浮工程。3、按施工方法分类地下工程常分为：浅埋明挖法地下工程、盖挖逆作法地下工程、矿山法隧道、盾构法隧道、顶管法隧道、沉管法隧道、沉井基础工程等。1.2.4 地下工程的特点地下工程是在岩石或土体中开挖构筑的结构，与地面工程相比，地下工程在很多方面有其自身的特点：1、工程受力的特殊性地下工程是在处于自然状态下的岩土体地质体内开挖的，因此，在工程开挖之前就存在着应力环境（地应力）。所以，地下工程是先有荷载，后形成结构。2、工程材料特性的不确定性地下工程材料所涉及的材料，除支护材料性质可控制外，其工程围岩均属于难以预测和控制的地质体。地质体内不仅包含大量的断层、节理、夹层等不连续介质，而且在空间和时间上都存在着较大程度的不确定性（空间上，不同位置围岩的地质条件及力学性质存在着差异；时间上，围岩的力学特性随时间的发展而发生变化）。3、工程荷载的不确定性地质体不仅会对支护结构产生荷载，同时它本身也是一种承载体。又由于工程材料特性的不确定性，因此，不仅作用到支护结构上的荷载难以确定，而且，此荷载又是随着支护类型、支护时间和施工工艺的变化而变化。4、破坏模式的不确定性对于地下工程，其破坏模式不仅取决于岩土体结构、地应力环境、地下水条件等地质环境因素，还与支护结构类型、支护时间以及施工工艺密切相关，因此，一般难以确定。5、地下工程信息的不完备性地下工程信息只能根据有限的工作面或露头获取，因此，所获取的信息是有限的、不充分的，甚至有时候是错误的。6、地下工程信息的模糊性地下工程围岩的有些特性是定性描述的，如节理特征、充填物性质以及岩性的描述等，难免存在模糊性。1.3 地下工程风险管理及其必要性1.3.1 地下工程风险管理的基本概念1、风险管理的概念风险管理：是指为了达到一个组织的既定目标，而对组织所承担的各种风险进行管理的系统过程，其采取的方法应符合公众利益、人身安全、环境保护以及有关的法规的要求。2、风险管理具体内容和手段包括：（1） 内容：对风险的预测、识别、评估、分析，并在此基础上有效地处置风险；（2） 手段：要通过策划、组织、领导、协调和控制等过程，并综合、合理地运用各种科学方法来实现其管理目标，即实现最大的安全保障。3、风险管理的关键环节风险管理是一个闭环系统，随着风险处置计划的事实，风险会出现许多变化，这些变化的信息及时反馈风险预测和识别者，就能及时地对新情况进行风险评估和分析，从而调整风险处置计划并实施新的风险处置计划，这样循环往复，保持风险管理过程的动态性就能达到风险管理的预期目的。这个循环系统中存在下列几点关键内容：（1） 风险管理的主体：组织与人，包括各项目参与单位、人员、政府主管部门等等；（2） 风险管理的内容：风险的预测、识别、评估、分析、处置等；（3） 风险管理的管理技术：关键是选择最佳管理技术，体现成本与效益的关系；风险管理的目标：实现最大的安全保证。4、风险管理的主要内容风险管理的主要内容可以分为风险识别、风险估计、风险评价、风险处理和风险决策5个方面。风险识别又称风险辨识，是风险分析的第一步。风险识别就是要找出存在的风险和引起风险的主要因素，针对其后果作出定性的估计。风险估计是在风险识别的基础上，通过对所收集的大量的损失资料加以分析，运用概率论和数理统计方法，对风险发生的概率及其后果作出定量的估计。风险评价就是在风险识别、风险估计的基础上，根据风险估计得出的失效概率和失事后果，把这两个因素结合起来考虑，用某一指标衡量其大小，如期望值、标准差、风险度等；然后根据国内外的研究和标准所给出或规定的安全指标，去衡量风险的的大小和程度，以便确定风险是否需要处理和处理的程度。风险处理是根据风险评价的结果，选择风险管理技术，以实现风险分析目标，避免、消除和减少意外事故发生的机会，降低风险。风险决策是在对风险进行了识别、给出风险估计及评价，对其提出了若干种可行的风险处理方案后，需要由决策者对各种处理方案可能导致的风险后果进行分析、作出决策。即决定采用哪一种风险处理的对策和方案。风险管理的程序就是风险识别、风险估计、风险评价、风险处理和风险决策的过程。风险管理的程序如图所示。1.3.2地下工程风险管理的必要性1、有利于减少工程事故的发生随着城市经济的快速增长，地铁、地下管线、排污隧道、地下商业街、地下停车场等各种地下工程，已经成为城市规划开发利用的明显趋势。21世纪中国的城市建设，将进入一个地下工程发展的时代。但是地下工程建设，施工制约条件较多，周边建筑物密集，场地狭小，往往施工条件很差，技术难度很高，而且工程各部位、各阶段、各工种和外界的衔接内容很多，再加上地质环境、周边环境的复杂性，致使其不确定性因素太多，使得地下工程事故频频发生，有的造成巨大经济损失和人员伤亡，不但延误了工期，对社会也造成了很大影响。如2003年7月，上海地铁M4线越江隧道的联络通道施工失败，造成直接经济损失1.5亿元；2003年8月哈尔滨正在兴建的“人和世纪广场”地下工程发生了崩塌事故；2003年10月深圳市“世界之窗”附近的地铁工地发生了塌方。上海、广州等地也接连发生重大地下工程建设事故，造成了周边建筑及环境的严重破坏。如何对工程事故进行有效的预防、控制、预警、决策，已经成为一个丞待解决的问题。解决这一问题的关键就在于是否能够正确的面对风险、分析风险以及处理风险，这就要用到一门新兴的学科，就是风险分析或风险管理。实施风险管理，对地下工程的风险因素进行比较全面、详细的识别、评估，对发生频率高或造成损失大的风险因素进行重点预防，采取相应措施，防范于未然，能有效的减少工程事故的发生。2、有利于决策科学化地下工程的一个最大特点就是投资巨大。就隧道工程而言，从目前国内各个城市所建隧道的投资来看，平均造价基本上在5亿元公里左右，单条线路投资一般都超过100亿元。地下工程项目与其他项目相比，具有复杂性、不确定性等特点，投资风险大，无论是设计、施工、运营都会遇到很多困难和障碍。因此，如何进行大型地下工程的决策，如何尽可能合理的使用巨额的建设资金就成为了一个值得深入研究的课题。而风险评估和风险管理就为建设各阶段和各层次的决策者们提供了一个行之有效的科学方法和途径。3、有利于投资、融资模式的多元化地下工程一般投资都很大，特别是地铁工程。目前，我国地铁的投融资模式呈现多元化的发展趋势，主要有政府主导的负债投融资模式、市场化投融资模式、发行证卷等。对于投资者来说，首先关注的问题是投资者是否存在很大的风险，能否得到预期的收益。对大型地下工程项目实施风险评估，制定相应的风险管理措施以确保投资者收益最大化，将有利于更多的投资者参与，大大减轻了政府部门的压力。4、有利于降低业主和承包商双方的风险损失对地下工程进行风险识别、评价后，要根据评价结果采取相应的风险防范对策以降低风险，如风险规避、风险分担、风险转移、工程保险等措施。当采取这些措施后，即使风险事故发生，业主和承包商双方的损失也会降低到最小。而且如果采取风险分担，即业主和承包商在合同中明确双方在风险中所承担的权利和义务，将有利于对双方的约束，使双方在工程建设中都能重视风险的发生，从而可以有效地防止风险。而且风险分担还可以有效地控制工期和工程造价。如果风险全部由承包商承担,承包商在投标时就会为避开风险或转移风险,可能夸大风险因素,从而使投标报价偏高,或者在施工过程中风险出现时为避免亏损甚至不惜以降低工程质量为代价。相反,如果风险全部由业主承担,这使承包商就没有降低工程造价和提高管理水平的动力,同样达不到降低造价的目的。1.4 本课程的主要内容本课程主要讲授两部分内容：一是地下工程方面的有关内容：二是风险分析方面的有关内容。具体如下图所示。图1.1 地下工程风险分析授课内容第二章 地下工程的施工与环境影响(10)地下工程施工技术内容主要包括地下工程的基本作业、辅助作业、环境控制和施工管理等（图2.1）。地下工程基本作业又主要包括开挖、支护和衬砌三大技术。本章所讲的施工方法主要指的是地下工程的基本作业技术。地下工程按地层性质的不同，分为土层中的地下工程和岩层中的地下工程。岩层中地下工程的施工，掘进比较困难，一般都采用钻爆法或掘进机进行开挖；土层中的地下工程，在掘进时一般比较容易，常用的施工方法有：明挖法、暗挖法、盾构法、盖挖法、沉管法、顶管法、沉井、非开挖技术等。2.1 地下工程的施工方法2.1.1 钻爆法钻爆法又称矿山法，多数情况下都需要采用凿眼爆破进行开挖，因此而得名。钻爆法包括传统矿山法和新奥法。一、矿山法矿山法一般是指埋置于基岩，用传统钻爆法进行开挖的方法，是暗挖中较为常用的一种开挖方法，一般适用于线路埋深较大、地质条件较好的工程项目。1、矿山法的优缺点（1）比较灵活，可以很快地开始开挖施工；（2）可以开挖各种形状、尺寸、大小的地下洞室；（3）设备和工艺简单，便于掌握；（4）造价较低。矿山法的缺点是：（1）开挖的隧道洞壁不平整，超挖或欠挖量大；（2）施工作业区有较大的危险，工作环境恶劣；（3）施工对围岩的扰动范围及破坏程度较大，一方面增加了工作面的危险性，一方面相应要加强支护；（4）施工作业速度较慢；（5）对周围环境影响较大，在城市人口密集地区不能采用。2、矿山法隧道开挖施工工序矿山法隧道开挖施工工序包括准备、布眼、钻孔、装药、填塞、爆破、通风、处理悬石和排渣等。（1）施工准备开挖断面上布置炮眼之前，应测量出开挖断面的中线，并标上开挖断面的轮廓线。（2）布眼根据围岩种类、地质情况、预期循环进尺确定炮眼的数量、位置、深度和倾斜度及装药量。布眼方式有多种，但其基本原则是尽量增大破碎岩石的临空面，以提高爆破效果，所以掏槽眼就成为布眼的重点。掏槽眼是开挖断面中第一排起爆的炮眼，其功能是首先将开挖断面的中央部位岩石爆破掏出，为以后各排爆破的岩石提供临空面。掏槽眼的布置原则是：炮眼位置应布于断面的中部或中下部，炮眼方向应尽可能垂直于岩层的层理；炮眼的数量，应视断面的大小而定。周边眼常布置在距设计断面轮廓线边缘0.2m左右的地方，辅助眼的布置视情况而定。周边一般要用光面爆破，以控制轮廓尺寸，减少超挖，提高平整度，减少对围岩的破坏。（3）钻孔钻孔是在开挖断面上按标志的布眼位置进行的打眼作业。钻孔的方法较多，最早的方法是人工打钻，现在有风钻、钻机、钻车等。钻车是现在常用的比较先进的机具，多半是液压电动轮式移动，小型的只有一把钻，大型的可以有三把钻。成为多臂台车。（4）装药和填塞每个炮眼装药前要用扫眼器将炮孔扫干净，最好使用扫眼漏斗，使吹扫、装药工作平行作业，缩短时间。装药时，掏槽孔装药最多，周边孔装药较少。填塞时，可以用砂和粘土的混合物填塞。（5）爆破为了提高爆破效果，同时减少爆破对周围建筑及对围岩的破坏，一个断面上把炸药分成许多组逐组爆破。中心掏槽孔附近各组之间可以相隔几毫秒起爆，靠近外边机组可以各相隔1s或2s起爆。常用的起爆方法有火花起爆、电力起爆和导爆管起爆三种。火花起爆法是用火雷管和导火索起爆，通过点燃导火索进而点燃雷管起爆药卷；电力起爆法是用电雷管和导线连成爆破网络，通过接通电源起爆；导爆管起爆法是通过导爆管传递冲击波从而引爆与其相连的雷管起爆。（6）通风施工通风不仅可以排除爆破后产生的有害气体，而且可以降低凿岩的粉尘，冲淡和排除有害气体，补充新鲜空气。通风方式有压入式、吸出式和混合式。（7）清撬及辅助工作放炮通风后，接通照明线路，进行清撬。清撬是在爆破后将已完全松动，但未掉落下来的石块撬下来。然后处理哑炮，设置临时支撑，确认工作面无危险隐患后，方可进行其他工作。（8）排渣隧道施工中排渣是关键工序，关系到工作效率和施工进度。排渣设备总体上分装卸设备和运输设备。二、新奥法“新奥法”是奥地利新的隧道修筑法的简称，简写为NATM，是20世纪60年代奥地利人总结前人的隧道工程实践经验后提出的一套隧道设计、施工新技术。该法的基本思想是充分利用围岩的自承载能力和开挖面的空间约束作用，采用锚杆和喷射混凝土为主要支护手段，及时对围岩进行加固，控制围岩的变形和应力重分布，并通过对围岩和支护的量测监控来指导地下工程的设计与施工。1、新奥法的基本原理新奥法与传统矿山法有着本质的区别，新奥法的基本观点是把岩体视为连续介质，根据岩体具有粘性、弹性及塑性的力学性质，并利用洞室开挖围岩应力重分布而产生松动破坏有一个时间效应的动态特点，“适时”的采用薄壁柔性支护结构（锚喷支护），与围岩紧密贴合起来共同作用，从而调动并充分利用了围岩的自身承载能力，以达到围岩稳定的目的。而传统的施工方法基本出发点，是按松动围岩压力理论为基础，支撑松动围岩荷载，是被动受力，因而其支撑结构必然是强大和笨重的结构。因此，新奥法的基本原理可以归纳为：（1）开挖施工时，应采取控制爆破措施，尽量减少对围岩的破坏程度；（2）根据岩体具有弹、塑性的物理性质，研究围岩的应力应变状态，并将其变形发展控制在允许的控制范围内，及时施作支护，以保持围岩稳定；（3）施作的支护结构应与围岩紧密结合，既要具有一定的刚度，以限制围岩变形自由发展，防止围岩松散破坏；又要具有一定的柔性，以适应围岩适当的变形，使作用在支护结构上的变形压力不致过大。（4）设置固定的观测系统，检测围岩的位移及其变形速率，并进行必要的反馈分析，正确估计围岩特性及随时间的变化，及时调整开挖及支护方式，以确定施作初期支护的有利时机和是否需要补强支护等措施。2、新奥法施工过程新奥法是以喷射混凝土、锚杆支护为主要支护手段。施工程序可概括为：开挖 一次支护 二次支护。（1）开挖：新奥法的开挖作业和传统矿山法基本相同，依次包括：钻孔、装药、爆破、通风、出渣等。开挖作业应与一次支护作业同时交叉进行，为保护围岩的自身支承能力，第一次支护工作要及时进行。为了充分利用围岩的自身承载能力，开挖应采用光面爆破(控制爆破)或机械开挖，并尽量采用全断面开挖，地质条件较差时可采用分块多次开挖。一次开挖长度应根据岩质条件和开挖方式确定，岩质条件好时，长度可大一些，岩质条件差时，长度可小一些。（2）一次支护：一次支护作业包括：一次喷射混凝土、打锚杆、联网、立钢拱架、复喷混凝土等。在隧洞开挖后，应尽快地喷射一薄层混凝土。完成第一次支护的时间非常重要，一般情况应在开挖后围岩自稳时间的二分之一时间内完成。目前的施工经验是松散围岩应在爆破后的3h内完成，主要由施工情况而定。（3）二次支护：一次支护后，在围岩变形趋于稳定时，进行第二次支护和封底。即永久性支护，起到提高安全度和使整个支护承载能力增强的作用，二次支护时问可由监测结果而取得。3、新奥法的主要技术手段及作用光面爆破、喷锚支护和现场量测是新奥法施工的三大支柱。（1）光面爆破为了减少超挖和欠挖，严格控制对围岩的扰动，必须采用一种特定的控制爆破技术即光面爆破技术。光面爆破是利用岩石的抗拉强度远小于其抗压强度的这一特性，采用微差引爆，并靠周边多个炮眼同时起爆来实现的。其主要特点是：1）周边轮廓面能较好地达到设计要求，超挖、欠挖少（据统计，光面爆破的超挖量约为8，而一般爆破为1530，甚至更大）；2）岩面平整，起伏小；对围岩扰动轻微，岩面上不产生明显的延伸较长的爆破裂缝和震酥现象。实测资料表明，光面爆破所引起的围岩松动圈的深度为普通爆破的1/21/3，对维护围岩的稳定性和原有的围岩抗力具有显著的作用。（2）喷锚支护为及时有效地控制围岩变形，维护和调动围岩的自承能力，采用与围岩紧密结合的柔性混凝土层和锚杆是一种理想的支护形式。喷锚支护是喷射混凝土、锚杆和被支护的岩体之间形成一个联合支护结构。每根锚杆用砂浆与围岩固结，锚杆群体的联合作用以及喷射混凝土的粘结作用，形成一个坚固的承载拱，改变了原来应力降低区内岩体的松散状态，使岩体由施加荷载转化为承担荷载的结构。锚杆一般应穿过松动区，深入到稳定区一定深度，长度一般控制在25m。喷射混凝土和锚杆施作的时间，应紧跟开挖面，以防止岩体塑性变形增大。根据需要，可在喷射混凝土内设置金属网，以增加强度和整体性。喷锚支护一般可采用喷 锚 喷的施工顺序。（3）现场量测现场量测是新奥法的重要内容之一。新奥法的安全性和经济性是通过把量测结果及时地反馈到下一阶段的设计和施工中来实现的。因此，快速、准确地进行现场量测和数据处理，成为成功应用新奥法的关键。因此，新奥法的临时支护设计应包括一个详细周密的量测布置，量测应包含变形和应力的量测，以便系统的控制围岩和衬砌的变形和应力。2.1.2 掘进机法掘进机法是利用岩石隧道掘进机在岩石地层中暗挖隧道的一种施工方法，施工时所使用的机械通常为隧道掘进机，简称TBM。它是利用回转刀盘并借助推进装置的作用力从而使得刀盘上的滚刀切割岩面以达到开挖隧道的目的。TBM法目前已成为世界上长大隧道施工最有效、最先进的施工方法之一。1、TBM法的优缺点TBM法的优点：（1）掘进效率高。可以实现连续作业，施工速度快