台海隧道工程建设的技术风险分析PPT课件.ppt

1 台海隧道工程建設的技術風險分析 孫鈞同濟大學隧道與地下工程研究所 上海2008年12月22日 台北市 祝賀2008海峡兩岸通道工程學術研討會召開 2 介紹提綱 前言一 近年來國內外對長大隧道和重大工程建設項目所已進行的風險分析情況舉例二 采用隧道掘進機 TBM 開挖施工的技術性風險分析三 台海隧道施工期和運營期的工程安全性研究與評價四 工程風險管理問題結語與認識 3 前言 上次會議 在興建台海隧道的 工程可行性 研究方面 談到 岩 水 震 線 長 風 車 災 險 共涉及9個大方面的關鍵技術問題 今天 擬只就 技術風險 問題談點初淺認識 惠請指教 4 1 台海長大海底隧道工程建設 在項目實施中將存在大量不確定因素和各種潛在風險 2 就工程建設方面的風險言 諸如 政策掌控 市場條件 投資效益 運量預測 建設工期 環境 生態影響 海域自然條件變化 工程籌劃 勘察 設計 施工及日後運營管理各階段 技術風險 等等 5 3 其中 在工程施工期的重大技術風險方面 最為突出的是 施工安全 質量保證 工期和造價掌控 4 對工程技術上所進行的各項風險處治是否恰當 將在相當程度上左右工程建設的安全和質量 及其經濟效益和社會效益 甚至關係到工程建設的成敗 6 5 此處只就技術風險角度 對台海隧道工程的各類風險識別 風險分析與風險控制 以及風險管理等各方面進行初步研討 6 上述討論將有利於估計工程建設費用并掌控工期 為確定各種風險因素諸重要指標的可信度提供參考依據 7 一 近年來國內外對長大隧道和重大工程建設項目所已進行的風險分析情況舉例 1 以上海市正建的崇明長江隧道工程為例2 以意法邊境处 里昂 都灵 總長约300km 高速鐵道工程項目 LTF 為例 8 崇明通道隧桥线路平 縱剖面圖 9 崇明隧道橫剖面和疏散救援通道 10 專題性風險分析 含 工程建設條件 建設必要性和技術可行性 越江線位 越江工程方案 橋 隧 工程建設實施 以及安全風險識別 長江口河勢隨機演變 工程對海陸域生態影響 客貨交通運量預測等等 進行了全方位的風險評估 11 提出了針對該項目實施中的風險防範 應對措施及其有效控制 進行了有益的探索 是國內首次對特別重大水下隧道工程進行的全方位 大規模的風險研究 對保證長江口內第一座特大型越江隧道工程的順利實施 具有重要的現實意義和實用價值 12 LTF高速鐵道工程项目采用的風險識別與風險分析流程 13 對該項目進行的風險分析 作為降低工程項目風險的一種基本設計方法 在按圖示所述風險識別與分析的基礎上 有依據地估算其工程造價和總工期 并由相關諸不確定因素與不同的風險程度 通報了所估造價和工期的可信度 14 二 采用隧道掘進機 TBM 開挖施工的技術性風險分析 1 對采用TBM掘進機施工与鉆爆法施工比選方面的風險分析對大埋深特長隧洞 以砂岩 頁岩為主控岩層的洞體開挖施工 建議以TBM法掘進機為主 鉆爆法為輔的施工方案 對I 類圍岩穩定性較好的大部分洞段 采用TBM掘進 預製混凝土管片襯砌 而遇斷層 大破碎帶及其影響區帶的局部洞段 一般屬 類圍岩 以及埋深大 以軟弱岩體為主的洞段 由於圍岩塑性變形和擠入變形 squeezing 大 都宜考慮改用鉆爆法施工 15 2 從隧址地質條件 對抉擇選用TBM隧道掘進機的正確性和適用性方面的風險分析 TBM法連續掘進作業 對特長隧洞 較比鉆爆法更可發揮其快速 高效 質優 安全而又相對經濟的優越性 TBM掘進機可將開挖 出碴 支護 襯砌等主要工序在洞內流水作業 其機械化 自動化和工廠化的程度高 16 但該法在施工靈活性 對地質條件和隧洞斷面輪廓的適應性 刀頭刀具更換 機械設備故障 以及零 部 配件及時到位等方面 尚存在不足和問題 要結合工點具體情況 再作詳盡細緻的分析后決斷 17 多頭鉆機打眼鑿岩施工 鉆爆法施工 18 行輪式Atlas第二代火箭型鑿岩鉆孔台車 1998 19 鏟斗車在裝載出碴 圖見光爆效果 20 有軌運輸 21 梭式礦車 22 螺母 垫板 连接套 注浆孔 出浆孔 邁式注漿钻進錨桿圖 鉆 錨 注三為一體 23 鋼釬混凝土噴槍機械手 5m 14m長臂 100m3 臺班 反弹率5 8 一次噴層厚15cm 車後為混凝土拌和機與水箱 24 洞内已敷設好的PVC柔性防水薄膜 25 全斷面襯砌台車 26 TBM主機在洞外拼裝 圖左为刀盤 後爲主機 牵引拼裝機架和運输带 混凝土拌制 灌漿機等 總長250m 掘進機施工 27 法製 9 50mTBM掘進機的鉸接式刀盤 28 德製 12 0TBM刀盤最大進尺32m 日 平均500m 月 29 工廠预制生產的管片結構 由掘進機拼装成隧道襯砌 30 TBM附設機械手 吊裝預製襯砌管片 31 1 要有適應隧址工程地質條件最佳的鑿岩和開挖能力 2 掘進機的主軸承及其驅動組件的壽命要求相對地比較长 3 采用盤形滾刀 要求盡可能地延長刀具壽命 減少換刀時間 3 在TBM隧道掘進機選型方面的風險分析 32 4 要具備良好的掘進姿态 方向控制性能和激光導向系統 掌握掘進誤差控制 5 要具有與掘進進度基本匹配的初期支護能力 對不良地質洞段可進行預控 預支護 作業 6 要具備PLC自控功能和數據采集功能 33 7 主要部件的重量和尺寸 要滿足所通過道路和穿越支洞時的運輸要求 并便於在洞内組裝和拆卸 8 除主機外 要能及時提供與之配套的附配件設施 最好在國內有條件生產和組裝 9 設備維修保養條件良好 生產廠商要有技術人員駐場工作 34 4 TBM在隧道掘進中遇不良地質缺陷時的風險分析 可能遇到的不良地質缺陷 主要有 不穩定圍岩段塌方 軟弱圍岩段發生擠入式大變形 硬岩段高地應力區岩爆 湧水 突水 突泥 高地溫 有害氣體入滲等等各種風險 應加強地質 水文勘探和各種手段監測 做好相應的應對突發情況預案 掘進施工中還需注意做好地質超前預報 險情預警及其工程處治措施 35 5 TBM主機和配附件設備方面的排障風險分析 經常發生的TBM機械故障有 變頻器故障 PPS導向系統故障 刀盤護盾開裂 機頭下沉和刀具耗損與更換 等等 對掘進機設備故障的風險處治 含 機械設備的維修保養 是實現所規定的最少連續工作日正常運行的關鍵 設備的后配套技術系統和配套設備 以及耗損的零 附 配件等應盡可能采用國產 堅持施行 引進 消化 吸收 創新 將國內生產零部件 施工隊伍與國外先進技術及其管理經驗相結合 走一條適合我國國情的發展途徑 36 國外主要TBM制造商的主要产品使用概况 37 世界三大掘進機厰部分业績表 續下表 38 續上表 39 三 台海隧道施工期和運營期的工程安全性研究與評價 1 從海床水文 地質勘察資料 進行隧道施工期地質危險性的研究評價 開挖掘進中引發突 湧水的風險及處治預案 軟弱 鬆散圍岩崩塌和大坍方的風險及處治預案 控制并減小海床下覆土體和圍岩的施工擾動及所引起的海床面施工變形 等等 40 2 隧址場域地震安全性研究与隧道抗震易損性風險評價 運用整體風險分析方法以綜合考虑影響隧道整體安全的各種主要因素 可以较為全面地分析地震作用下隧道的整體損失 進而評估地震作用下隧道的易損性風險 41 通過層次分析法進行隧道易損性因子筛選 然後運用概率統計方法進行處理 計算出地震荷載作用下隧道易損性的权重組合值 从而繪製得隧道的風險評估圖 得出風險評估模型 再進而使用國內外地震實例中收集到的儘多的隧道震害資料對对該模型進行驗證 运用整體風險分析法作評估 可選取地震烈度 工程地質條件 截面形狀 隧道寬度 襯砌型式 襯砌厚度和隧道壽命等7个關鍵性參數作為評價因子 可有效提高評估精度 42 應用該方法的風險評估實例表明 所建立的模型預測結果與實際地震災害情況具有較好的一致性 是一種實用 有效的評價方法 具有較好的借鑒價值 43 鐵路渝懷線武隆隧道水患嚴重危及施工安全 44 洞内冒淋水風險施工 45 作業面湧泥 積砂情況 46 3 隧道内列車 建議可暂先按選用目前國內已投付運營使用的高速鐵道車輛動車組 運行速度標準及其交通安全的綜合分析研究與評價4 在主隧道及接線工程暗埋式通道内 設置人員防災疏散救援聯絡通道方案的研究與評價5 運營期洞内火災通風方案的研究與評價 47 公路長大隧道完善的通風 電氣設施和防災通道 48 Fire 交通模式 单向交通火灾位置 入口段 排烟道 Fire 49 Fire 交通模式 单向或双向交通火灾位置 中间段 排烟道 Fire 50 Fire 交通模式 单向或双向交通火灾位置 出口段 双向交通疏散完成后 51 設置隧道頂隔板空間 專用排烟風道 可控风阀 52 53 設頂部排烟道 不設頂部排烟道 54 1 中央主控室的防災自动監控系統 2 洞内設置有效的火災自動探測 報警系統和疏散逃生廣播 3 注意組織進洞消防車輛 防災救援和消防滅火系統等設施的經常維修保養 4 做好事故通風 指發生火災時的最不利事故工況 情況下的風流組織模式与排烟 稀释廢氣和通風降溫設計 6 隧道綜合防災和逃生救援的研究與評價 55 隧道安全使用管理的參考圖照 沿程布設的感溫光纖 56 火災通風與排烟系統布置圖 57 中央主控室的防災監控 58 洞口 與洞內 的消防人員和消防車輛 59 火災報警 60 電話報警 61 沿程布設的消火栓和噴淋裝置 62 沿程布設用於監控與疏散指示的各種燈具 63 洞內消防演練 64 專業消防隊伍的組成 65 66 5 監控系統 含災害發生時的紧急處置系統 是整個長隧道防災安全管理的核心 通常都要求包括以下各個子系統 中央計算機主控系統 交通監控系統 閉路電視監視和交通客货流量視頻監視系統 機電設備監控系統 BAS 通訊系統和火災自動報警系統 FAS 等等 67 四 工程風險管理問題 搞好工程風險管理的關鍵在於控制風險 在建立和健全風險識別和對各類風險分別作出恰當評估的基礎上 研究不同風險控制手段的優劣及其成效對比 對重大工程作風險管理的基本原則 此處台海隧道工程建設也都同樣適用 68 工程風險管理的立足点是對各項風險作出合理而有效的風險處治 要求做到如何化解和規避風險 以及設法減小和轉移風險 切實施行社會化的工程保險機制和保險體系 是有效地控制并化解工程建設中各種風險的重要途徑 各種風險事態一般都可以預測 預防 規避和有效控制 要求切實把風險管理工作做細 做好 做到防患于未然 69 隧道及地下工程風險動態預警預案分析流程粗框圖 70 隧道施工期內的工程風險管理 主要體現在 洞體開挖施工中對水患險情的預警与控制 圍岩注漿加固處理的質量保證及其經濟有效性 性價比 對圍岩開挖時塌方和因施工變形過大導致洞體失穩的風險防治 隧道支襯結構的設計安全 71 隧道施工風險管理項目分析表 上表中 P 風險發生的概率等級 C 風險造成的災害損失等级 R 風險水平等級 72 建設全過程風險管理基本構架 73 風險辨識是工程風險管理的重要内容 74 工程風險分級標準與接受準則 75 建設各階段風險管理要点 76 工程可行性研究階段的風險管理 1 自然災害風險 2 工程地質 水文地質 3 周邊環境影響 包括第三方損失及周邊生態環境影響 4 施工工期 5 項目投資籌備及投資彙報 6 施工場地動 拆迁引发的各類工期 投資及社会影響風險 7 建設施工后運營對周邊環境的影響 8 重大關鍵性工程風險等 77 施工動態風險管理流程 78 施工階段的風險辨識和評估 79 工程施工風險動態跟蹤管理流程 工程風險跟蹤内容 施工風險動態跟蹤管理的具體實施 80 施工風險的預報和預警 确定合理的工程监测方案 制定预警标准 将各监测