（工程力学专业论文）城市盾构隧道施工中的风险管理.pdf

城市盾构隧道施工中的风险管理 研究生签字： 俪军芥南 指导教师签字乏孓香 摘要 改革开放以来，我国政府积极运用宏观经济政策，加大了基础设施的投入，促使了诸 多的建筑工程项目的开工建设，对社会经济发展起了重要的推动作用。近几年来，风险问 题受到人们越来越多的重视，尤其是在地下建设工程中。工程项目风险管理的各种方法和 优化方案已受到工程建设领域的关注和应用。目前我国的工程项目风险管理尚处于起步阶 段，项目管理者风险意识淡薄，风险管理能力较差，为此在现阶段对工程项目风险管理进 行深入研究势在必行。 论文基于国内外项目风险管理技术与风险管理过程研究的已有成果，加以优化改进， 针对城市盾构隧道施工特点，采用系统分析方法、概率论与模拟技术、模糊数学以及故障 树分析技术等对地下工程项目目标风险的管理进行了系统的研究，可以为工程项目风险管 理的实践提供建议。 主要研究内容及成果如下：( 1 ) 本文立足于建筑工程项目风险管理模式的分析探讨， 结合以往盾构法的施工经验，提出了一些实用的风险应对策略，对增强城市盾构法施工风 险防范意识，提高建筑工程项目参与者的风险管理水平，具有一定的实用价值。( 2 ) 介绍 故障树分析方法及其原理，分析故障树的优缺点和作用，给出故障树的分析程序以及定性 与定量分析的方法。( 3 ) 结合工程实例，西安地铁二号线，对城市盾构法施工经常出现的 风险事故进行了系统的辨识，分析，并给出了相关建议。 关键词：盾构隧道；风险管理；故障树；层次分析；德尔菲 r i s km a n a g e m e n to fm e t r os h i e dt u n n e lp r o j e c ti nc i t y d i s c i p l i n e ：e n g i n e e r i n gm e c h a n i c s s t u d e n ts i g n a t u r e ： s u p e r v i s o rs i g n a t u r e ： 巳n 饶执 h 它人t ：， a b s t r a c t s i n c er e f o r ma n do p e n i n gu pt h eo u t s i d ew o r l d ，t h eg o v e r n m e n tt r i e si t se f f o r t st oi n v e s ti n b a s i cf a c i l i t i e sb ya d a p t i n gm a c r o e c o n o m i cp o l i c i e s ，w h i c hp r o m o t e st h ec o n s t r u c t i o no f v a r i o u sc o n s t r u c t i o nw o r k sa n dt h ed e v e l o p m e n to fn a t i o n a le c o n o m y a tr e c e n ty e a r s m o r e a n dm o r ea t t e n t i o nw a sp u to nt h er i s ko fu n d e r g r o u n dc o n s t r u c t i o n v a r i o u sm e t h o da n d o p t i m i z es c h e m eh a v eb e e nc o n c e r n e da n da p p l i e di nt h ef i e l do ft h ee n g i n e e r i n g c o n s t r u c t i o n n o w b e i n gi nt h ei n i t i a ls t a g eo f t h ei m p l e m e n t i n go fr i s km a n a g e m e n ti nc o n s t m c t i o np r o j e c t i nc h i n a ，w i t hp o o rr i s km a n a g e m e n t ，n o ts om u c ha t t e n t i o ni sp a i dt or i s k so fac o n s t r u c t i o n p r o j e c t s oi t i sn e c e s s a r yt oc a r r yo u tas t u d yo nr i s km a n a g e m e n ti nc o n s t r u c t i o np r o j e c ta t p r e s e n t i nt h i sd i s s e r t a t i o n ，s y s t e m a t i cr i s km a n a g e m e n tf o rp r o j e c to b j e c ti si n v e s t i g a t e db yu s i n g s y s t e me n g i n e e r i n gt e c h n i q u e ，p r o b a b i l i t yt h e o r y , s i m u l a t i o nt e c h n i q u e ，f u z z ym a t h e m a t i c m e t h o da n dm u l t i o b j e c td e c i s i o nt e c h n i q u e ，a i m a tx i a l lm e t r ol i n e2a n dm a k i n g a m e l i o r a t i o n t h em a i nc o n t e n t sa n da c h i e v e m e n t so ft h i sd i s s e r t a t i o na l ea sf o l l o w s ：t h em a i nc o n t e n t s a n da c h i e v e m e n t so f t h i sd i s s e r t a t i o na l ea sf o l l o w s ：( 1 ) t h ep a p e rf o c u s e so nt h ea n a l y s i so f t h e r i s km a n a g e m e n tm o d e lo ft h ec o n s t r u c t i o nw o r kp r o j e c t ，a n da l s op u t sf o r w a r de x a c ta n d p r a c t i c a lr i s ks t r a t e g i e s i ti sp r a c t i c a lt oh e i g h t e nt h er i s kd e f e n s i v e c o n s c i o u s n e s sa n di m p r o v e t h ep a r t i c i p a n t s r i s km a n a g e m e n tl e v e l ( 2 ) t h i sp a p e rp r o v i d e sa no v e r v i e wo nt h et h e o r ya n d f u n d a m e n t a lc o n c e p to ff t ae x a m i n e st h eb e n e f i t s ，d i s a d v a n t a g e sa n df u n c t i o n a l i t yo ff t a ( 3 ) t h i sp a p e ra l ec o m b i n ew i t hx i a nm e t r ol i n e2a n dt h ep r a c t i c a lc o n s t r u c t i o nr i s ka l e i d e n t i f i e d ，a n a l y s i z c d ，a n dc o n t r o l l e d k e yw o r d s ：m e t r os h i e dt u n n e l ；r i s km a n a g e m e n t ；f t a ；a h p ；d e l p h i 学位论文知识产权声明 学位论文知识产权声明 本人完全了解西安工业大学有关保护知识产权的规定，即：研究生在校攻读学位期间 学位论文工作的知识产权属于西安工业大学。本人保证毕业离校后，使用学位论文工作成 果或用学位论文工作成果发表论文时署名单位仍然为西安工业大学。大学有权保留送交的 学位论文的复印件，允许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 俪绎不角 l 7 9 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 秉承学校严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师 指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的成果，不包含本人已申请学位或他人 已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了致谢。 学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 躲惭 指导教师签名： 日期： ) 术角 s 重p l 绪论 1 1 引言 l 绪论 城市是现代文明和社会进步的标志，是经济和社会发展的主要载体。二十世纪下半叶 以来，伴随着世界范围内的城市化进程，伴随着我国改革开放的进一步深入，伴随着我国 城市化进程加快，城市建设快速发展，城市规模不断扩大，城市人口急剧膨胀。许多城市 不同程度的出现了用地紧张，生活空间拥挤，交通堵塞，交通事故频繁发生，城市绿化面 积减少等一系列问题。为了减少地面交通量等一系列问题，人们开始寻找新的交通模式。 纵观当今世界，发达国家已经把对城市地下空间的开发利用作为解决城市人口、资源、环 境三大危机和医治“城市综合症 的重要措施和实施城市可持续发展战略的重要途径。城 市地下空间作为新型国土资源受到各个国家越来越多的重视，城市地下空间的利用和开发 已成为世界性发展趋势，并成为衡量城市现代化的标志。实践表明，它是提高土地利用率 与节省土地资源，缓解中心城市密度、人车分流、疏导交通、扩充基础设施容量、增加城 市绿地、保持城市历史化景观、减小污染、保护城市生态的有效途径。因此国际上有不少 学者提出“2 l 世纪是地下空间开发和利用的世纪 。 在这样的背景下，世界各国纷纷开始采用立体化的快速交通来解决城市交通问题，太 城市逐步形成了目前以地下铁道为主体，多种轨道交通形式并存的现代城市轨道新格局。 盾构隧道法凭借自身的优势成为城市地下施工的主要手段。从世界范围内看，在盾构法隧 道施工技术方面，日本和欧洲处于领先地位。我国是二十世纪五十年代开始引进采用盾构 法修建隧道工程的，虽然起步很晚，但注意参考和借鉴别国成功经验和失败教训，所以发 展很快，特别是近十年来，随着我国城市地铁工程建设的发展，盾构技术得到新一轮的发 展。在采用盾构法修建隧道时由于隧道周围地层应力状态的不断变化，使得地层损失必然 发生，使得构造物、地下管线会发生位移，进而可能产生破坏，造成生命财产的损失。地层 应力变化和地层损失是必然的，但是对隧道结构、地面活动、周围建筑和环境等是否造成 影响、发生的损失有多大、都是不确定的，这就出现了盾构法隧道工程建设中的风险问题。 东汉政治家苟悦说过【l 】：“先其未然谓之防，发而止之为之救，行而责之谓之戒。防 为上，救次之，戒为下 。“海恩法则 也指出：“每一起严重事故背后有2 9 次轻微事故和 3 0 0 起未遂先兆，以及1 0 0 0 起事故隐患。要想消除这一起严重事故，就必须把这1 0 0 0 起事 故隐患控制住”。近几年国内外重大工程事故的接连发生也充分暴露了这一问题。如何有 效的评估、管理和控制盾构隧道工程施工中的各类风险，逐渐成为现阶段急待解决的问题， 因此针对隧道工程风险管理的科学研究近几十年也蓬勃兴起。国内外很多学者针对此问 题，进行了大量有益的研究并得到了许多重要成果。隧道风险管理与控制理论的发展和应 用，对于降低工程造价、有效保护环境、安全科学施工、减少人员伤亡等方面作用显著。 州安t 业_ 人学硕士学位论文 对于提高国家的科技国力，提高人民生活水平振兴民族精神有着重要意义。 1 2 盾构机的原理及施工技术简介 1 , 2 1 盾构机 盾构 2 1 ( s h i e l d ) 一词的含义在土木工程领域为遮盖物、保护物。盾构机是一种盾构 法施工中主要独特的施工机具，是一个能支撑地层压力而又能在地层中推进的圆形或 矩形或马蹄形等形状的钢筒结构，在钢筒前面设置了各种类型的支撑和开挖土体的装 置，既能支撑地层压力又能在地层中掘进，现代盾构机集机、电、液、传感、信息技 术于一体，具有丌挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能。以 盾构为核心的一整套完整的建造隧道施工方法称为盾构法。 1 ) 盾构的基本组成 切口环：切口环位于盾构的前方，作为挖土和挡土部分。切口环可以保持开挖面 的稳定，同时也可作为把开挖下来的土向后方运输的输送通道。其形状多为直角和倾 斜型。 支撑环：支撑环为切口环与盾尾的连接部分，其内部可作为安装切削刀盘的驱动 装置、排土装置、盾构千斤顶等的空间，或作为进行推进操作的场所。支撑环是盾构 的主体部分。承受作用于盾构上方的全部荷载。 隔板和平台：隔板和平台一般安装在支撑环内，组成h 形、i 形等形状，形成一定 的空b j ，用于安装支撑开挖面的千金顶，保护配管和机器及堆渣设备等，同时也作为 支撑环的加强构件。 盾尾：盾尾部分安装有组装机，后尾的最小长度要求能保证衬砌组装顺利完成。 2 ) 盾构机的分类 盾构的形式可从不同角度进行分类： | 三c 手工和机械划分为：手掘式，半机械式，机械式三大类。 以工作面挡土方式划分：敞开式，密闭式。 以气压和泥水加压方式划分：气压式，泥水加压式土压平衡式，加水式，高浓度泥 水加压式，加泥式。几种常用的盾构机如图l1 1 2 所示： 同霜肇葶l 降蘑霞匿一 翻雷藿爹l 震叠霞薹3 t f h 圈1 , 1 常用的土压盾构机示意图 2 西安工业大学硕士学位论文 图1 2 土压式盾构机图 1 2 2 盾构法施工原理 盾构法施工原理就是利用盾构的盾壳做为在开挖隧道时的临时支护体，然后在盾构外 壳的保护下拼装管片，形成永久衬砌 3 1 。主要施工工序是：开挖、支护、注浆。主要内容 是：先在隧道某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构安装就位。盾构从竖井或基坑的墙壁 开孔处出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的设计孔洞推进。盾构推进中所 受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制隧道衬砌结构，施工过程中 开挖出来的土碴通过出土运输机送出隧道。盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装一 环衬砌，并及时向紧靠盾尾后面的开挖坑道周边与衬砌环外周之间的空隙中压注足够的浆 体，以防止隧道及地面下沉。在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方。如图1 3 所示： 1 一盾构；2 一盾构千斤顶；3 一盾构正面网格；4 一出土转盘；5 一出土皮带运输机；6 一管片拼装机； 7 一管片；8 一压浆泵；9 一压浆孔；1 0 一出土机；l l 一由管片组成的隧道衬砌结构；1 2 - - 在盾尾空隙的压浆；1 3 一后盾 管片；1 4 - - 竖井。 图1 3 盾构施工概貌图 3 西安工业大学硕十学位论文 1 2 3 盾构法施工的主要技术环节 1 ) 盾构机的安装 其主要任务是完成盾构机的拼装、调试和初始推进，为进入正常施工循环做准备。拼 装在专门的工作井中进行，其中主要设施有：能使盾构准确就位的拼装台，为盾构起始推 进提供后座力的后背和临时装置，使盾构准确开始掘进的进洞口及井内垂直运输的系统 世 寸0 2 ) 盾构的推进 盾构机推进主要依靠千斤顶推力的作用【2 - 3 1 。首先要解决的问题是根据地质条件采用 适当的开挖面保护措施，控制施工速度，保证施工安全并将对地面设施的影响控制在预定 范围。在盾构推进过程中要克服正面土体的阻力和盾壳与土体之间的摩擦力，总推力要大 于正面推力和四周的摩擦力之和。推力过大会使正面土体因挤压而前移和隆起，过小会影 响盾构的前进速度。盾构的推进速度是由千斤顶的推力和进出土量决定，速度过快会使盾 构上抛，过慢会使盾构下沉，不利于盾构的姿态( 包括推进坡度、平面方向和自身转角) 控制。盾构后退易引起土体损失，从而造成切口上方的土体沉降。在土压平衡盾构施工中， 密封舱内的土体压力要求与开挖面的土压力大致平衡。盾构前进的轨迹一般为蛇形，在推 进中要随时测量和控制好盾构前进的方向，及时发现和纠正偏差。纠正偏差的基本方法是 调整千斤顶推进的顶力分布。此外，配合调整盾构后部的注浆压力和注浆部位也常有助于 纠偏。 3 ) 衬砌拼装 衬砌拼装由盾构机内专门的起重和移动机构来完成。每当盾构推进一环衬砌宽度，即 进行管片拼装。管片拼装过程要减小盾构后退，其关键是保证环面的平整度以及管片与管 片之间和管片与盾尾之间的密封性。施工中应随时修正拼装误差，防止误差过度积累。其 次在隧洞转弯段，调整衬砌环的厚度也是保证设计轴线的措施之一。 4 ) 壁后注浆 盾构外径与衬砌外径大小不等，衬砌管片脱离盾尾以后在衬砌外形成间隙，注浆对控 制地面沉降、改善衬砌结构的受力、提高衬砌防水性能均有重要作用。合适的浆体材料、 注浆时机、注浆设备对保证工程耐久性、方便施工均有重要意义。注浆压力一般取1 - 1 1 2 倍的静止土压力，通常采用0 3 0 4 m p a ，为拱顶土压力的2 倍以上。一般压浆量为 理论压浆量( 等于施工间隙) 的1 4 0 - - - , 1 8 0 。 5 ) 土方的挖掘与运输 挖土量的多少与开口面积和推进速度有关，理想的进土状况是进土量刚好等于盾构推 进距离的土方量。在土压平衡盾构施工过程中，挖土量是由切削刀盘的转速、切削扭矩以 及千斤顶的推力决定；排土量是通过调节螺旋输送机的转速来控制。盾构法便于实现高度 机械化、快速施工，施工运输系统对施工速度有制约作用，为快速的运出泥土、运入管片， 一般多配套使用轨道运输系统，以电瓶为动力。 4 西安工业大学硕士学位论文 1 2 4 盾构法施工的优缺点 3 1 1 ) 优点 a 除竖井施工外，施工作业均在地下进行，噪音、振动引起的公害小，既不影响地面 交通，又可减少对附近居民的噪音和振动影响。 b 盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，施工易于管理，施工人员也较少， 劳动强度低，生产效率高。 c 土方量外运较少。 d 穿越河道时不影响航运。 e 施工不受风雨等气候条件影响。 f 隧道的施工费用不受覆土量多少影响，适宜于建造覆土较深的隧道。在土质差水位 高的地方建设埋深较大的隧道，盾构法有较好的技术经济优越性。 g 当隧道穿过河底或其他建筑物时，不影响施工。 h 只要设法使盾构的开挖面稳定，则隧道越深、地基越差、土中影响施工的埋设物等 越多，与明挖法相比，经济上、施工、进度上较有利。 2 ) 缺点 a 当隧道曲线半径过小时，施工较为困难。 b 在陆地建造隧道时，如隧道覆土太浅，开挖面稳定甚为困难，甚至不能施工，而在 水下时，如覆土太浅则盾构法施工不够安全，要确保一定厚度的覆土。 c 竖井中长期有噪声和振动，要有解决的措施。 d 盾构施工中采用全气压方法以疏干和稳定地层时，对劳动保护要求较高，施工条件 差。 e 盾构法隧道上方一定范围内的地表沉陷尚难完全防止，特别在饱和含水松软的土层 中，要采取严密的技术措施才能把沉陷限制在很小的限度内，目前还不能完全防止以盾构 正上方为中心土层的地表沉降。 f 在饱和含水地层中，盾构法施工所用的拼装衬砌，对达到整体结构防水性的技术要 求较高。用气压施工时，在周围有发生缺氧和枯井的危险，必须采取相应的办法。 1 3 风险管理在城市盾构隧道施工中的应用 1 3 1 国内外的研究进展1 4 1 ) 国外研究进展 风险管理的研究最早可追溯到公元前9 1 6 年的共同海损制度。而在隧道及地下工程领 域，自上个世纪7 0 年代以后，风险分析的应用研究取得了一定的成果。然而主要多以理念 的建立和定性的研究为主，定量的研究主要侧重于结构和岩土体介质材料的可靠度计算方 面。美国m i t 的e i n s t e i n h h 教授是较早从事隧道工程风险分析的代表人物。他曾撰写 多篇有价值的文献，如：( g e o l o g i c a lm o d e lf o rt u n n e lc o s tm o d e l ) ) ( 1 9 7 4 ) 、 r i s ka n d r i s k 5 西安工业大学硕十学位论文 a n a l y s i si nr o c ke n g i n e e r i n g ) ) ( 1 9 9 6 ) 、( ( d e c i s i o na i d si nt u n n e l i n g ) ) ( 1 9 9 8 ) 等。主要贡献 是指出了隧道工程风险分析的特点和应遵循的理念。在e i n s t e i n 研究的基础上，剑桥大学 的s a l a z a r g f ( 1 9 8 3 ) 在其博士论文“隧道设计和建设中的不确定性以及经济评估的实用性 研究 中，将不确定性的影响和工程造价联系起来。瑞士联邦技术研究院的 f a b e r m h ( 2 0 0 2 ) 教授长期以来从事土木工程的安全和风险研究，他系统的阐述了风险分 析常用的方法和在土木工程中的应用。学者g n a r a y a n a n 指出了风险分析在降低软土隧道 造价中的作用。jr e i l l y 于2 0 0 0 年提出了“隧道工程的建设过程就是全面的风险管理和风 险分担的过程 。另外，风险分析在隧道工程方面得以迅速的应用。 a j m s n e l & d ，r s v a n h a s s e l t ( 2 0 0 2 ) 在考虑投资、工期和工程质量的前提下研究了阿姆斯 特丹南北地铁线路设计和施工中的风险管理问题，提出了“i p b ”风险管理模式( i n v e n t o r yo f c r i t i c a la s p e c t s ；p r e v e n t i v em e a s u r e s ；b a c k u pm e a s u r e s ) 。r s t u z k ( 1 9 9 6 ) 等将风险分析技术 应用于斯德哥尔摩环形公路隧道，得到了一些规律性的结论。b n i l s e n ( 1 9 9 2 ) 等对复杂地 层条件下的海底隧道的风险进行了相对深入地研究。国际隧协( i t a ) 委员h e i n z ( 1 9 9 6 ) 对 穿越海峡的隧道、穿越阿尔卑斯山的隧道如何进行风险评估进行了探讨。另外，日本的佐 藤久等( 1 9 9 8 ) 在隧道工程的事故统计方面作了大量细致的工作。国际隧协在2 0 0 4 年由 w o r kg r o u p l i 的s o r e nd e g n e s k e s e n 和p e rt e n g b o r g 等撰写了( ( g u i d e l i n e sf o rt u n n e l l i n g r i s km a n a g e m e m ) ) ，为隧道工程的风险管理提供了一整套参照标准和方法。2 0 0 4 年国际 隧协年会专门设置了安全、费用与风险的专题，j r e i l l ya n dj b r o w n 提交了题为 ( ( m a n a g e m e n ta n dc o n t r o lo fc o s ta n dr i s kf o rt u n n e l i n ga n di n f r a s t r u c t u r ep r o j e c t s ) ) 的论文。 2 0 0 4 年英国隧道协会和英国保险协会组织编写完成了隧道工程风险管理的联合规范。另外， 在隧道建设中，采用风险管理的方法对隧道推进对周围环境如道路房屋的影响评估进行了 研究。其中的代表人物是英国剑桥大学的b u d a n d j b b u r l a n d ( 2 0 0 0 ) 从工程项目角度出发， 从风险评估的项目实施中寻求规律，其主要贡献在于对隧道工程对环境影响的评估上给出 了对环境影响的评估方法和程序，并将该研究成果应用于伦敦j u b i l e e 线路延伸工程中，在 线路规划阶段就计算出了沿线建筑物可能造成的损伤情况，并给出了相应的加固措施。可 以认为，风险管理在隧道工程的应用研究在欧洲已经相当普遍，并已经成为隧道及地下工 程领域必须实施的一项重要内容。 2 ) 国内研究进展 我国在隧道及地下工程的风险管理研究方面，由于工程的研究和实践时间相对比较短， 风险管理的应用研究方面还比较少，而且大多是一些仅从管理方面进行的初步研究。虽然 起步较晚，但发展较快。同济大学的丁士昭教授( 1 9 9 2 ) 对我国广州地铁首期工程、上海地 铁一号线工程等地铁建设中的风险和保险模式进行了研究。上海隧道设计研究院的范益群 博士( 2 0 0 0 ) 以可靠度理论为基础，提出了地下结构的抗风险设计概念，计算出基坑、隧道等 地下结构风险发生的概率以及定性评价风险造成的损失，并提出改进的层次分析方法。香 港的l m c f e a t s m i t h ( 2 0 0 0 ) 提出了亚洲复杂地质条件下隧道工程的风险评估模式，根据发 6 西安工业大学硕士学位论文 生频率的高低将风险分为五级，根据风险发生影响后果也将风险分为五级。台湾的游步上、 沈劲利( 2 0 0 3 ) 应用多属性效用理论，从施工单位的角度出发，对隧道工程风险管理的决策 程序作了完整的探讨。毛儒( 2 0 0 3 ) 列出了沉管隧道和圆形隧道的主要风险事故，并用风险 矩阵法进行了风险分析。同济大学的黄宏伟教授等( 2 0 0 3 ) 开展了在地铁建设和运营阶段的 风险管理研究，给出了地铁不同阶段中的风险因素、分析和控制的整体思路。杨林德等 ( 2 0 0 4 ) 用可靠度理论对隧道管片构件耐久性失效风险进行了研究。陶履彬等( 2 0 0 4 ) 从技术 的可行性和工程的可造性方面进行风险分析，对长江口越江工程桥隧方案进行比选风险评 估。苏燕( 2 0 0 4 ) 研究地层作用下隧道及其周围土层的动力可靠性，针对上海某越江隧道风 险评估提出了隧道抗震风险评估的基本思路，并提出相应的防震控制措施。陈龙博士 ( 2 0 0 4 ) 在其博士论文中提出了风险值与风险指标两个评价指标，并给出了计算方法和评价 标准。他通过专家调查法得到软土地区盾构隧道施工期主要风险事故的发生概率及损失， 给出了耐久性损失、工期损失、直接费用损失、环境影响损失等四大损失风险的概率分布 曲线。黄宏伟、胡群芳、陈亮、张少夏等( 2 0 0 5 ) 对地层变异引起隧道推进过程中的风险评 估、施工工期提前和延迟引起的风险、以及风险管理软件的开发等进行研究，取得了初步 成果。在基坑工程风险分析方面，李惠强等( 2 0 0 1 ) 、仲景冰等( 2 0 0 3 ) 和毛金萍等( 2 0 0 3 ) 用 事故树对深基坑支护结构方案进行了风险分析。姚翠生( 2 0 0 5 ) 进行了流砂地区深基坑工程 的施工风险分析。而以同济大学为主进行的沪崇通道的风险评估项目( 2 0 0 2 ) 则是在这一领 域的里程碑。整个沪崇通道的风险评估研究涉及到了工程建设的各个方面，包括前期选线、 施工风险管理、环境保护、运营事故控制以及财务分析等等，可以说是国内风险分析技术 应用在隧道工程上的第一个大型项目。可以看出，目前风险管理在我国隧道及地下工程领 域己得以实质性的应用，取得的部分成果已经服务于工程项目的决策。中国土木工程学会 隧道及地下工程分会风险管理专业委员会也于2 0 0 4 年1 1 月得以，标志着我国隧道及地下 工程的风险管理在逐渐步入稳步发展的道路。 1 3 2 研究现状的评价 以美国风险管理的发展来回顾世界一百年来风险研究与应用的发展历程【5 】。 1 9 3 1 年设立美国经营者协会，开展风险管理的研究和咨询活动； 1 9 4 9 年h e n r if a y o l 首次使用“风险管理”一词； 1 9 5 0 年莫布雷cm o w b r a y 等详细阐述了“风险管理”的概念； 1 9 6 0 年美国纽约保险管理协会( a s i m ) 首次开设风险管理课程； 1 9 6 1 年印第安那大学成立a s i m “风险及保险学课程 特别委员会，其风险与保险 学课程概念为该学科的培训与教育指明方向； 1 9 6 3 年梅尔和赫奇斯合著商业企业中的风险管理，该书后来成为该学科领域影响 最为深远的历史文献； 1 9 7 5 年美国保险管理协会( a s i m ) 更名为风险与管理协会( r i m s ) 这标志着风险管理 从原来意义上的用保险方式处置风险转变为真正按照风险管理方式处置风险； 7 西安工业大学硕士学位论文 1 9 8 3 年美国r i m s 年会上，世界各国专家学者共同讨论并通过了“1 0 1 条风险管理准 则 ，以作为各国风险管理的一般准则； 1 9 9 2 年美国风险管理协会颁布了“项目风险管理指导书 对风险管理有关的术语和 方法进行了界定和标准化。其成果为世界多数国家所采用和推广。 虽然当今的风险管理理论发展的非常快，通过大量工程实例积累了丰富的经验。但我 们国家在这个领域起步较晚，从而仍然存在着很多不足之处。尤其是在隧道风险管理体系 中。已有大量的文献和工程事实表明，隧道及地下工程涉及到众多的不确定性和不确知性， 其在建设阶段存在着很大和众多的技术风险，这就给隧道风险管理造成了很多困难。目前 国内外隧道风险管理研究中存在的问题有： 1 ) 风险因素繁杂，研究过程过于繁琐。 2 ) 缺乏针对性的综合评价系统。 3 ) 分析过程中方法目标不清。 4 ) 技术分析与经济分析结合不够。 5 ) 研究结果与实际偏差较大。 6 ) 对于风险管理系统研究的力度不够，特别是国内关于风险的著作大部分都是针对 某个风险分析技术或者某个具体的项目展开的，缺乏对风险知识的系统把握。 7 ) 现在风险分析技术数量比较多，而对这些风险分析技术缺乏横向的比较，没有明 确界定各种风险分析技术的适用情况和使用条件和范围。 1 4 主要研究内容和创新点 1 4 1 主要研究内容 1 ) 系统的研究学习了风险理论和风险管理的相关知识。研究风险管理的步骤，阐述了 风险识别、估计和评价的常用方法，并着重对这些风险分析技术进行了纵向的比较，明确 提出了各种分析方法的优劣、适用条件，便于从众多的风险分析技术中选择最优的分析方 法。 2 ) 研究评价盾构法施工的主要环节和技术点。采用定性、定量相接合；动态、静态相 结合的风险管理方法着重对盾构法隧道的主要施工环节进行风险辨识、风险分析。 3 ) 结合西安地铁二号线工程实例，较全面的识别分析施工过程中的主要风险因素。尝 试性的将风险管理体系与软件系统结合起来，针对盾构隧道工程初步构建盾构隧道施工风 险专家管理系统。 1 4 2 主要创新点 1 ) 根据前人对风险管理的研究成果，优化总结新的的风险研究方法：风险全面管理基 本体系。 2 ) 利用风险矩阵、模糊理论、概率理论对隧道施工期间的地表沉降、结构面失衡等经 8 西安工业大学硕士学位论文 常出现的问题给以风险评价并优化改进。 3 ) 以西安地铁二号线为例，较详细的识别出盾构法隧道施工的主要风险因素。以及利 用质量控制表法对风险因子的控制。 9 2 风险管理的基本理论和主要步骤 2 1 引言 2 风险管理的基本理论和主要步骤 风险管理是人类在不断追求安全与幸福的过程中，结合历史经验和近代科技成就而发 展起来的一门新兴管理学科，它是组织管理功能的特殊的一部分。由于风险存在的普遍性， 风险管理的涵盖面甚广。从不同的角度，不同的学者提出了不尽相同的定义。克里斯蒂 ( j a m e sc r i s t y ) 在风险管理基础一书中提出：“风险管理是企业或组织为控制偶然损失 的风险，以保全获利能力和资产所做的一切努力。 威廉姆斯( c a k h u rw i l l i a m m s ，j r ) 和 汉斯( r i c h a r dm h e i n s ) 在1 9 6 4 年出版的风险管理与保险第一版中提出：“风险管理 是通过对风险的识别、衡量和控制，以最低的成本使风险所致的各种损失降到最低限度的 管理方法。 罗森布朗( j e r r ys r o s e n b l o o m ) 在1 9 7 2 年出版的风险管理案例研究一 书中提出：“风险管理是处理纯粹风险和决定最佳管理技术的一种方法【6 】。”尽管说法很多， 但有一点是共同的，即都认为风险管理可以降低纯粹风险所产生的成本。随着社会经济的 发展，不仅纯粹风险必须管理，众多的投机风险的管理问题也越来越引起人们的重视。因 此，今天的风险管理应该作为广义的理解，即风险管理的对象不仅包括纯粹风险，也包括 投机风险：威廉斯( w i l l i a n m s ，c a r t h u r j r ) 、史密斯( m i c h a e ll s m i t h ) 和扬( p e t e rc y 0 n g ) 在1 9 9 5 年出版的风险管理和保险第七版中又将风险管理定义为“识别、评估和处理 组织所面临的不确定事件与风险之成因及影响的一般管理功能，并指出“风险管理的 目的是使组织能以最直接、和最有效的方式达到目标和完成任务 。通过对各种风险管理 定义的分析，可以认为：风险管理是经济单位通过对风险的识别、衡量、预测和分析，采 取相应对策处置风险和不确定性，力求以最小成本保障最大安全和最佳经营效能的一切活 动【7 1 。 2 2 风险以及风险管理定义的认识 2 2 1 风险 学者们对风险的定义不尽相同，人们至今还未能给风险一个统一的定义。r o b e r t c h a r e t t e 在他关于风险管理的著作中对风险给出了如下定义： “首先，风险关系到未来 发生的事情。我们今天收获的是以前的活动播下的种子。问题是，能否通过改变今天 的活动为我们自身的明天创造一个完全不同的充满希望的美好前景。其次，风险会发生变 化，就像爱好、意见、动作或地点会变化一样。第三，风险导致选择，而选择本身将 带来不确定性。因此，风险就像死亡那样，是一个其生命周期很少确定性的东西。 在这 里，我们所说的项目管理风险通常与以下情况相联：有损失或收益与之相联系；涉及 1 0 西安工业大学硕士学位论文 到某种或然性或不确定性；涉及到某种选择【8 】。 风险肯定带有不确定性，但具有不确定性的事件不一定就是风险。因此，我们也可以 如此定义项目管理风险：项目管理风险就是在项目管理活动或事件中消极的、项目管理人 员不希望的后果发生的潜在可能性。现代汉语字典把风险定义为“可能发生的危险”，韦 伯词典中将风险定义为“遭到伤害或损失的可能性 ，美国c o o p e rd f 和c h a p m a nc b 在大项目风险分析一书中给出了较权威的定义：“风险是由于从事某项特定活动过程 中存在的不确定性而产生的经济或财务的损失，自然破坏或损伤的可能性。在美国国防 部( d o d ) 文件中，风险则定义为可能危及计划或工程项目的潜在问题，用问题发生的可能 性及其后果( 经度量或评估) 的综合影响来度量。 王丽萍等在洪灾风险与经济分析一书中总结了如下一些风险的定义唧： 风险是产生损失的可能性； 风险是产生损失的小确定性； 风险是个人和风险因素的结合体( 风险因素结合说) ； 风险是产生某种程度损失的机会； 风险是指事件发生的后果与预期后果有某种程度背离的机会。，_ ， 台湾的宋明哲教授在风险管理与保险一书中，将风险概念归纳为两种主要观点i l 叫： 一为主观说：这种观点强调“小确定性和“损失 观念。“小确定性 是属于主观的、仑 人的和心理上的一种观念。其结果有损失的一面亦有盈利的一面，损失面带给人们的是趣 惧和失败，盈利面带给人们的是希望和成功。而主观说指的是关于“损失 的小确定性为 风险。小确定性的范围包括了发生与否小确定，发生的时间小确定，发生的状况小确定和 发生的结果程度小确定。对于这种观点中“风险”纯属于个人对客观事物的主观估计，所 以无法用客观的尺度进行衡量。另一为客观说：这种观点将风险视为客观存在的事物，所 以可以用客观的尺度予以衡量，显然应以数学的观点加以规范。同时这种观点把“风险、 “小确定性 、“机率”三者区分得很清楚。客观说所认为的“小确定性与主观说所谓的 “风险 有其相似之处，所以有些主观说学者干脆指明“风险”就是“小确定性 。 天津大学管理学院所作的三峡工程经济风险分析与对策研究中，将风险概念分为 两类【1 1 】，即广义的风险和狭义的风险。广义的风险是指在特定的客观情况下、特定期间 内某一结果发生的可能差异程度。这个定义所包含的内容相当广泛，在学术界被广泛理解 和应用，但是在风险管理实务中是很难操作的。狭义的风险是指纯粹风险，即对于从事某 项特定活动过程中存在的小确定性而产生的经济财产损失的可能后果。显而易见，狭义风 险的定义为风险管理人员划定了明确的工作范围。美国项目管理协会( p r i ) 1 9 9 2 年颁布 项目风险管理手册中将项目风险定义为项目实施过程中小确定事件的机会对项目目标 所产生的累积不利影响结果。 还有学者将风险量化，给出了风险集合的数学表达式，他们认为：任何风险都包括三 个方面：“发生的有害事件是什么? 发生的可能性有多大? 如果发生引致的后果如何? 西安工业大学硕士学位论文 这三者构成了评估风险的基础。据此，k a p l a n 和g a r r i c k 认为，风险不是一个数字，也 不是一条曲线或是一个向量，而应该是一个三元组的完备集【1 2 】，即公式2 1 所示： = c ( 2 1 ) 式中：尺阿娃代表风险； s 为第i 个有害事件； 厶代表第i 个有害事件发生的几率； z 表示第i 个事件的结果，是一种损失指标； c 脚标表示这个集合是一个完备集。 集合中的元素，即三元组 只是风险的一个答案，整个集合才是全部风险。 在1 9 9 7 年风险分析学会的大会报告中，k a p l a n 进一步完善了这种完备集风险的定义。他 从1 0 0 百多年来学术界对概率定义的争论出发，指出可能性有三种表达：频率、概率和频 率的概率，其中频率的概率是最有说服力、最适用的，基于此方面认识，上式可转化为： = ， ( 2 2 ) 式中：s 第i 个有害事件； 仍第i 个事件发生的频率； 以( 仍) 代表第i 个事件发生频率为仍的概率； p i ( 鼍) 指第i 个事件的结果的概率。它是一个向量，与事件不独立。 显然，该完备集风险的定义在量化上是一个进步。 有学者还认为风险是“发生损失或伤害的可能性，要点有三：一是如果此对象发生， 就会有一定程度的损失；二是该对象有一定规律可循；三是该对象可以控制。也有学者则 认为风险是不确定性和造成损害的函数。美国国防部和n a s a 使用的是韦氏词典的定义。 通常，表征风险特征的变量有二：发生的概率和损失的强度。两者的乘积便是期望损失， 用来表示风险的大小。但也有学者认为，概率和强度并不足以表征风险的特征，其乘积的结 果掩盖了许多风险的重要信息，如可预测性、任意性、可认知性等，存在着偏差和错误导向。 从上述风险的各种定义可以看出，目前国际学术界对风险概念还没有形成严格的、科学的、 被大家认可的定义。然而，通过上述讨论可以看出，无论对风险如何定义，都应该突出如 下要素 1 3 】： 1 ) 风险发生的时空条件。一旦离开了一定的时空条件来谈论风险，都将是无任何意 义的。因为人类的一切活动必然伴随着一定的时空条件发生，正是时空条件促成了一切风 险的产生、发展以及产生影响。 2 ) 人类活动的存在。一切风险所发生作用的对象必然是人类有关的活动，否则谈不 上风险影响。从这个意义上说，人类的主观感觉对风险的定义起着关键的作用。这正是近 年来学术界对风险偏好进行大量研究的原因所在。 3 ) 风险的随机性。由于人类自身智力和技术手段的有限性，人类对于一切活动后果 的预测与估计都是建立在过去的经验基础上的，对未来的预测必然带有某种程度的不准确 1 2 西安工业大学硕士学位论文 性，这正是客观环境与人类自身各种因素的共同作用的结果。现实表现即为风险的随机性 或者结果的不确定性。 作者结合前人对风险的认识对风险有以下的理解： 风险是把双刃剑，是机会和威胁的统一体，互为依存，相互制约。风险是事物内部 的矛盾体，是推进事物发展的内部动力。 一位学者曾说过：“一切活动事物都是项目”。作者以为一切项目都是风险的集合 体，都可能遭受损失或盈利。所以就是说一切活动都是风险的集合体，风险就是项目活动 中的一部分。一个元素。 2 2 2 风险的分类及效应 1 ) 风险的基本分类 建筑工程项目的风险因素辩识是指对工程项目建设中可能产生风险的因素所进行的 归类和细化的工作。一般工程项目的风险可以分为以下几类，并且可以详细化为若干个因 素【1 4 】。 ( 1 ) 社会环境风险。它是指由于国际、国内的政治、经济技术的波动( 如战争、内乱、 政权更迭、政策的变化、外汇汇率的涨落等) 。 ( 2 ) 自然风险。由于自然界产生的灾害( 如地震、洪水等) 而给工程项目建设带来的风 险。这一类风险属于大环境下的自然风险，一般是致命的，几乎无法弥补的风险。 ( 3 ) 经济风险。它是指由于与工程项目建设相关的经济因素( 例如价格、税收、工资 等) 的变化，而给工程项目建设带来的风