上海市地下围护及隧道工程施工安全管理的分析研究.docx
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上海市地下围护及隧道工程施工安全管理的分析研究
西南科技大学
×××硕士专业学位论文
题目上海市地下围护及隧道工程
施工安全管理的分析研究
作者姓名所在学院
专业/领域研究方向
学校导师校外导师
论文完成日期年月日
扉页：
Classifiedindex:
U.D.C:
Southwestuniversity
Ofscienceandtechnology
Masterdegreethesis
ResearchonConstructionSafetyManagementofTunnelProjectandUndergroundEngineeringofShanghai
Candidate:
Department：
Speciality：
Supervisor1:
Supervisor2:
Date:
声明
本人郑重声明：
此处所提交的硕士学位论文《》，是本人在西南科技大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。
据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南科技大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。
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谢意。
本学位论文成果是本人在西南科技大学读书期间在导师指导下取得的，论文成果归西南科技大学所有，特此声明。
学位论文作者签名：
日期：
关于学位论文使用授权的说明
本人完全了解西南科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：
①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以学术交流为目的,复制赠送和交换学位论文；⑤同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。
（涉密的学位论文在解密后遵守此规定）
作者签名：
导师签名：
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日期：
日期：
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摘要
地下工程项目在施工的过程中，存在多种风险，而且有些风险是潜在的、不易识别的。
在施工过程中，由于工程安全管理不善而引起的安全事故层出不
穷，事故的产生必然导致重大的经济损失和社会影响。
地下工程的安全风险管
理是地下空间发展以及轨道交通建设所面临的核心技术难题，在地下工程施工
中，实施有效的风险管理，对施工过程进行风险评估，从而构建安全风险管理
系统显得尤为重要。
将风险管理应用于地下工程施工建设中，认清地下工程有
关的风险要素，从而构建安全管理指标体系，并在此基础上构建地下工程施工
安全风险管理系统，有利于提高建设参与方的风险管理意识和风险管理能力，
减少或避免施工阶段可能产生的安全隐患和损失。
应用资料分析法、专家调查等风险识别方法对隧道施工风险进行识别，确定塌方为隧道的主要风险，并在此基础上建立了隧道塌方事故树，并且对塌方风险进行了定性及定量分析。
定性分析通过事故树的最小割集、最小径集找出了事故发生的途径以及预防措施，在风险的控制与管理方面，主要介绍了风险控制的策略性方法、风险管理组织机构的设置、安全管理体系的建立、人员的管理、应急措施及救援预案的制订，以利于风险管理的持续改进。
文章中运用事故树分析和层次分析相结合的方法实现了隧道施工安全风险的量化分析，并且以隧道塌方事故为例说明事故树分析法在隧道施工安全风险管理中具有实用性，为事故树分析法在隧道施工风险管理中的应用与发展提供了参考。
关键词：
地下工程；风险管理；管理系统；事故树分析
Abstract
Thereisavarietyofrisksintheprocessofundergroundprojectconstruction,andsomepotentialriskisnoteasilyidentifiable.Duringtheprocessofconstructionprocess,accidentsarehappeningasaresultofthepoorengineeringsafetymanagementofsecurity,andtheaccidentsinevitablycausesignificanteconomiclossesandsocialimpact.Thesecurityriskmanagementofundergroundisthecoretechnicalproblems,whichthedevelopmentofundergroundspaceandconstructionofrailtransportationface.inordertobuildsecurityriskmanagementsystem,theimplementationofeffectiveriskmanagementintheprocessofundergroundconstructionandcarryingoutriskassessmentintheprocessofconstructionareveryimportant.Onthebasisoftheapplicationofriskmanagementtotheprocessofundergroundprojectconstructionandidentifyingriskfactorsrelatedtoundergroundworks,asafetymanagementindexsystemwillbebuilt.Thebuildingofthesafetyriskmanagementsystemispropitioustoincreasetheawarenessofriskmanagementandthecapabilitiesofriskmanagementoftheparticipants,soastoreduceoravoidthepossiblesecurityrisksandlossesinthestageofconstruction.
Thedissertationadoptsriskidentificationlikedataanalysismethodandexpertsurveymethod,andidentifiesthatthemostimportantriskoftunneliscollapse.Onthisbasisestablishtunnelcollapseandgasexplosionsfaulttree,andusequalitativeandquantitativeanalysisanalyzetunnel.Qualitativeanalysisphasethroughthefaulttree'sminimalcutsetsandminimalpathsetstofindoutthewayaswellaspreventivemeasuresoftheaccident.Quantitativeanalysisphasebecauseofthefaulttreeanalysisisshortofstatisticaldata,useAnalyticHierarchyProcessconductthecollapse,gasexplosionaccidents.Onriskcontrolandmanagement,introducestheriskcontrol'sstrategicapproach,thesetofriskmanagementorganization,establishmentofsafetymanagementsystem,personnelmanagement,theformulationofemergencymeasuresandrescueplans,inordertofacilitatethecontinuousimprovementofriskmanagement.
Inthearticle,Applicationoffaulttreeanalysismethodandanalytichierarchyprocesstoachievethetunnelconstructionsafetyriskquantitativeanalysisandwiththecollapseoftunnel,gasexplosionaccidentasanexampletoexplainfaulttreeanalysismethodintunnelconstructionsafetyriskmanagementispractical,Toprovideareferenceforthefaulttreeanalysismethodintunnelconstructionriskmanagementanddevelopment.
Keyword:
tunnelconstruction；riskmanagement；managementsystem；faultTreeAnalysis
第1章绪论
1.1研究背景、目的及意义
1.1.1研究背景
随着经济建设的高速发展、快速的工业化以及人口的高度城市集中化，人类面临日益突出的居住、交通、环境等与有限土地资源之间的矛盾，地下工程建设进入蓬勃发展阶段，在国家水利水电、交通和城市市政建设等大型项目中，修建各类地下工程呈现急剧增长的趋势。
20世纪80年代，国际隧道协会便提出了“大力开发地下空间，开始人类新的穴居时代”的倡议，得到了广泛的响应。
世界各国都日益重视地下空间的开发利用，各国政府都把地下空间的利用作为一项国策来推进其发展，利用地下空间扩大国土，解决城市化进程加快所引起的人口爆炸、破坏性建设、资源短缺、以及越来越严重的交通问题。
地下空间的利用，已扩展到各个领域，发挥着重要的社会和经济效益。
地下空间的开发利用主要是依托地下工程建设进行的，但是由于地下工程项目的特点及其内在的不确定性，在施工过程中由于安全管理不善，对各种安全风险认识的不足而引发各种重大安全事故层出不穷，而这些事故的产生必然导致重大的经济损失和社会影响。
2003年7月，上海地铁4号线浦西联络通道发生特大涌水事故，造成周围地区地面沉降严重，周围建筑物倾斜、倒塌，事故造成直接经济损失约1.5亿元人民币；2004年4月的新加坡地铁车站基坑塌方事故，造成4人死亡，紧邻大道下陷以及周围一些城市生命管道严重损毁；2006年1月，北京东三环路京广桥东南角辅路污水管线发生漏水断裂事故，污水灌入地铁10号线正在施工的隧道区间，导致京广桥附近部分主辅路坍塌，造成了重大经济损失和恶劣的社会影响；2007年3月的北京地铁10号线工程塌方事故，此事故导致地面发生塌陷，并造成数名工人死亡；2007年11月的北京西大望路地下通道塌方事故，导致附近主路4条车道全部塌陷，部分主辅路隔离带和辅路也发生塌陷，坍塌面积约100m2，造成交通严重拥堵；2008年11月杭州地铁1号线湘湖站基坑坍塌事故，被称为我国地铁建设史上伤亡最为严重的事故，从这些事故中，我们可以清晰地认识到地下工程建设中面临的巨大风险。
而通过风险管理，可以了解事故发生的因由、事故发生的可能性，还可以在事故发生前把握事故发生可能造成的损失，以及采取各种措施以减少事故发生的可能性和事故发生后的损失程度。
我国正处于经济发展的重要时期，基础设施建设在国民经济结构中占有举足轻重的地位。
近些年来，地下工程技术有着越来越多的广泛运用和夺目诱人的商业前景，在工程建设的众多技术领域中显得十分突出。
然而地下工程项目具有隐蔽性大、技术复杂、作业循环性强、建设工期长、作业空间有限等特点，而且动态施工过程中的力学状态是变化的，围岩的力学物理性质也在变化，在实施过程中存在着许多不确定的不安全因素，使得地下工程成为一项具有高风险的工程项目。
而对于这些不确定性的风险因素，如果掉以轻心就可能酿成重大灾害事故，造成重大的损失"为了确保工程建设目标的实现，地下工程项目实施过程中迫切需要安全风险管理的有效实施。
1.1.2研究目的及意义
经济的快速增长和城市化进程的加快为地铁、地下通道、地下管线等各种地
下工程的发展带来了空前的机遇和挑战"国际上一种普遍流行的观点就是：
“19
世纪是桥梁的世纪，20世纪是高层建筑的世纪，21世纪则是地下空间的世纪"
地下工程建设随着经济的快速发展，已进入蓬勃发展阶段，目前我国隧道、地
铁建设正处于高速发展时期。
而我国的地下工程领域作为传统产业，受技术手
段和管理水平的限制，一直沿用传统的管理和作业方式，因此其工作效率和经
济效益都不甚理想。
虽然很多工程技术研究人员一直致力于提高地下工程建设
的技术含量和管理水平，但在多数情况下都不能形成一个整体解决方案以针对
工程全过程，这必将严重制约工程水平的提高以及行业的发展。
地下工程施工安全事故频发，原因十分复杂，如工程地质及水文地质条件
异常复杂、工程结构自身复杂、设计理论不完善、工程建设周边环境复杂、工
程建设决策及管理难度大、施工设备及操作技术水平参差不齐等。
若要有效地减少事故的发生，可采取有关控制对策，建立地下工程建设的安全风险管理系统，制定科学合理的安全控制标准，采用信息化施工及动态控制等措施。
运用风险管理方法，结合施工期监测信息，进行全面的危险源辨识、正确的风险评估、有效的风险控制，可以系统、动态、深刻地认识和控制各种隐患，降低风险，从而实现事故预防，保障施工安全。
通过科学的安全管理指标体系，有利于指导地下工程施工，减少或避免安全隐患和损失。
地下围护工程和隧道工程是地下结构施工的两个重要的组成部分。
我国的城市建设已经发展到地下深层的领域，尤其是这些年上海市的高层以及超高层建筑的大量涌现，地下交通如蛛网密布，都是由地下围护工程及隧道工程而来。
就全国的情况来看，如今二、三线城市的建设已经开展得如火如荼，但是，对于此类工程的安全管理研究很大程度上还是局限于之前的传统施工安全管理，专业性不强。
国外在此类工程的安全管理研究相对国内来说要先进，发达国家已经利用现代化信息化的手段来实施施工现场的安全管理，但是他们的设备和施工工艺的改进，使得我们很难借鉴他们的研究成果和管理手段。
从长远的发展趋势来说，我们和国外此类工程的安全管理研究的步伐正在接近，随着全国各地的大规模建设，以及施工工艺的不断成熟，对地下工程的安全管理的研究会越来越深入，对不同的专业有不同的方法，最终成为一套完善的地下工程安全管理系统。
通过对上海市地下围护及隧道工程施工安全现状的分析，来深入研究安全管理对策。
以专业施工的角度，剖析各分部分项工程的安全隐患，并相对应的制定有特色的解决方案。
通过对现有安全管理经验和技术的研究，达到创新技术和管理手段。
对我本人来说是对之前工作的一个总结，同时是对以后工作的一个新的启发。
对国内其他地区而言，以上海市在这类工程的施工安全管理经验为领头羊，能够有所借鉴，并更好地发展地下工程施工安全理念。
1.2地下工程施工安全管理研究现状
1.2.1国外研究现状
自上个世纪70年代以后，风险分析的应用研究取得了一定的成果，而风险管理真正应用到地下工程领域，是近十年逐步发展起来的。
美国MIF的Einstein.H.H教授是较早从事隧道工程风险分析的代表人物之一，他指出了隧道工程风险分析的特点和应遵循的理念，曾撰写多篇有价值的文献，并提出了一种适用于硬岩隧道的基于计算机模拟的隧道成本模型，该模型是隧道工程行业最早的一个将不确定性引入工程估计中的模型，并在之后的研究中得到了改进且在实际工程中得到大量应用。
Einstein（1994）运用风险分析的手段，在考虑了长期风险和施工风险的
基础上，对Adler隧道的3种施工方案进行了比较，得到了3种施工方案总成本
的比较，满足了业主在同一基础上对各方案进行长期性能评价的要求。
Isturk（1996）针对地下工程，提出了一个以概率方法和有效的统计及风险分析为工具的决策和风险分析系统，并且将该系统应用于斯德哥尔摩环形公路隧道工程几种不同设计方案的选择中，从风险和可靠性角度得到了有关隧道技术的有价值的结论。
Kpmann（1998）运用风险评估技术为哥本哈根地铁工程提出了包括40多种灾害的10种风险类型，对事件发生的可能性、影响结果提出了具体的分类体系，并针对风险的具体特征提出了48个风险减轻措施，使用了蒙特卡罗方法和计算机电子表格来构建风险模型。
A.J.M.Snel和D.R.S.vanHasseit（1999）在研究阿姆斯特丹南北地铁线路设计和施工中的风险管理问题中，在考虑投资、工期和工程质量的前提下提出了IPB风险管理模式，即Inventoryofcritiealaspeets；Preventivemeasures；Backupmeasures。
Clark（2002）采用风险指数的评估方法对美国西雅图地下交通线工程规划和初步设计阶段进行了地质风险、合同风险、设计和施工风险的分析工作。
woude.s.v（2003）对Betuweroute盾构隧道进行了风险分析，并且介绍了风险管理在Betuweroute隧道各个阶段的应用过程及各阶段风险管理的任务和责任的主要承担者。
他将风险分析应用到Betuweroute盾构隧道的初步设计和投标阶段，进行了广泛的风险分析，通过详细分析设计和监控隧道工程的施工来进行风险控制。
Eskesen（2004）介绍了哥本哈根地铁风险管理的经验，并列举了几个隧道工程行业以外己经发展的风险评估技术，为隧道及地下工程提出了从工程规划阶段到开始运营整个寿命周期内一整套参照的标准。
国际隧道与地下空间协会自2004年起，每年年会的主题均为安全、费用与风险问题。
在美国、欧洲等，地下工程安全风险管理在地下工程中的应用研究已积极开展，有些国家已经编写了地下工程风险管理的规范和法规，用于指导促进地下工程安全风险管理的标准化、程序化和规范化。
目前，美国、加拿大等国家和地区已经拥有并逐步实施基于风险理论的岩土工程管理的工作程序。
英国隧协和保险业协会于2003年9月联合发布了5英国隧道工程建设风险管理联合规范；国际隧道及地下空间协会20以年发布了风险管理的指导方法。
安全风险管理在实际地下工程应用方面，主要由各个岩土工程咨询公司进行。
如意大利GeoDATA公司推出了GDMS（Geodatamastersystem）的信息化管理平台，该系统针对地下工程施工风险管理，具备完善的风险管理方案，运用了GIS和WEB技术，包含了建筑物状态管理系统、建筑风险评估系统、盾构数据管理系统、监测数据管理系统以及文档管理系统5个子系统，并在实际工程中得到了较好的应用。
风险管理在地下工程的应用研究在西方发达国家已经相当普遍，并己经成为地下工程领域必须实施的一项重要内容。
1.2.2国内研究现状
与发达国家相比，我国的工程风险管理尚处于起步阶段，由于工程的研究和实践时间相对比较短，我国安全风险管理在地下工程中的应用研究起步比较晚，而且也是一些仅从管理方面进行的初步研究，但是自20世纪末以来，地下工程安全风险及其相关学科的研究在中国己经陆续展开口。
20世纪90年代初，同济大学的丁士昭教授对我国地铁工程建设中的风险以及保险模式进行了研究，其中包括广州地铁首期工程和上海地铁1号线工程等地铁工程。
上海隧道建设设计研究院的范益群[22]等以可靠度理论为基础，并提出了地
下结构的抗风险设计概念。
黄宏伟重点论述了加强设计风险和施工风险对降低地铁造价的作用，针对隧道及地下工程进行了动态信息化反馈施工以及风险评估和管理等，并指出目前实施风险管理存在的问题，为我国风险管理及风险评估的研究提供了一定的思路。
陈龙等借鉴了日本等国家有关岩石隧道事故灾害的统计资料，对目前岩石隧道建设过程中的风险因素进行了归类，并给出了处理措施，同时提出了一种实用的风险分析方法。
并对城市软土盾构隧道施工阶段进行了风险与评估模型的研究，提出了处理专家调查数据的/信心指数法0。
毛儒在隧道工程风险评估中引入风险指数法，事实证明这一风险评估方法简单适用，目前在我国隧道工程界得到了广泛应用和推荐。
吴贤国等提出了一种可以对水下隧道工程的施工风险进行定级评估的方法，即R=PxC风险定级法。
这一方法是根据工程风险评价的基本原理，主要是针对水下盾构隧道施工。
其主要原理是将定性和定量结合起来，正确定位各个风险因素，从而指导风险控制和管理。
并以具体隧道工程为例，阐述了R=pxC风险定级法的具体应用。
贾嘉陵等采用层次分析理论，探讨和分析施工过程的安全风险，运用数学集合理论和模糊数学理论，建立风险因素集合论域U和分析评判集合论域V的模糊映射关系和模糊关系，从而确定数学模型，根据北京西单立体交通工程施工安全风险调查采样分析，统计计算风险权重和建立模糊矩阵，定性、定量地比较了3种施工方法的安全风险
李景龙等结合地下工程的特点，介绍了地下工程风险评估的意义、方法，以及如何在风险评估的基础上进行准确的风险控制、科学合理的风险管理，并结合实际工程，说明风险分析应用于地下洞室的可行性
孙维丰等运用属性集和属性测度理论，在构造地下工程风险单指标、多指标属性测度函数的基础上，建立完整的地下工程风险评价的数学模型，并提出较科学的风险因素权重确定方法及属性识别准则。
我国政府对地下工程的风险管理日益重视，为有效促进中国地铁以及地下工程安全风险管理的标准化、程序化和规范化，2003年建设部等九部委联合印发了《关于进一步加强地铁安全管理工作的意见》，随后又编发了《地铁与地下工程建设技术风险控制导则》，《地铁及地下工程建设风险管理指南》。
2005年召开了中国第一次全国范围的地下工程安全风险分析研讨会，这次会议的顺利召开对推动地下工程安全风险研究的全面开展有积极的促进作用。
近几年，我国安全风险管理在实际工程领域的应用得到了迅速发展，特别是在地铁建设方面，新建地铁项目大都进行了风险分析与评估，如北京地铁5、10号线等项目的风险评估已取得了具体成果。
国内安全风险管理在实际地下工程应用方面，主要由科研单位以及各个岩土工程咨询公司进行。
同济大学李元海和朱合华开发了“岩土工程施工监测信息系统”，用于辅助岩土工程施工管理决策。
上海同是工程科技有限公司作为一家专业提供地下工程工程安全和风险管理解决方案的高新技术企业，其自主研发的大型工程远程监控管理系统软件已广泛应用于地铁工程、越江隧道、建筑工程等领域，并多次在工程建设过程中发现安全隐患，避免了多起事故的发生，取得了良好的社会效益和经济效益。
上海隧道工程股份有限公司针对盾构法隧道施工开发了盾构法隧道施工智能管理系统，该系统在掌握施工信息的前提下，通过数据分析，对工程施工进行有效管理
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