大断面海底隧道建设的安全风险评估与控制对策

摘要

海底隧道上方为无限的海水，围岩环境复杂，且地质勘察困难，很难在施工前详细掌握隧道工程地质与水文地质条件，施工中存在较多的不确定性，风险事故一旦发生将带来非常严重的损失，小则延误工期、增加投资，大则可能出现灭顶之灾。如何通过深入研究和系统总结，从理论和技术两个方面建立海底隧道风险评估与控制的科学体系显得尤为重要。本文的研究正是以此为契机，依托大连湾跨海通道工程，综合采用文献与专家调研、理论解析、数值模拟和现场资料调研等多种研究手段，对大断面海底隧道建设的安全风险评估与控制对策进行了系统深入的研究，取得了以下研究成果:
　　(1)系统总结了工程风险的基本概念和特点，提出海底隧道建设风险的定义。根据风险管理理论阐述海底隧道工程施工风险的产生机理和作用过程，对孕险环境、致险因子、风险事故、承险体等概念作出明确界定，指出海底隧道建设期全过程安全风险的特点，提出海底隧道核心风险基本特征、影响因素、控制原则，以及风险分析评价的具体程序和方法，建立海底隧道建设风险分析评价模型和风险接受准则。
　　(2)将海底隧道突水风险后果分为生命损失、社会损失、环境影响损失和经济损失（包括直接经济损失和间接经济损失），将可拓工程方法应用于厦门海底隧道左线F1风化槽施工突水后果严重性分析，有效地解决了突水后果严重性损失难以统一衡量的问题。
　　(3)基于国内外常见的风险辨识方法，根据大连湾海底隧道的相关资料和类似工程资料，结合本工程特点和难点对钻爆法、沉管法、盾构法进行安全风险辨识，采用专家调查法并结合数值计算、相关工程资料调研对钻爆法、沉管法、盾构法进行风险分析、评估，分析其影响因素与潜在后果，给出初步的风险等级评定，对可能的重要风险进行罗列，并且提出了相应的控制措施。
　　(4)依托大连湾海底隧道，对工程可行的两个方案分别对应的两种施工方法下的安全风险进行了综合评估，并提出了相应的控制措施。同时对核心安全风险的概念和特点进行阐述，对三种工法海底隧道的核心风险进行分析，在对相关工程资料广泛调研的基础上，对各风险影响因素进行了等级划分，根据隶属度函数得到各因素的等级评价矩阵。采用模糊数学与可拓工程学理论分别预测风险发生可能性等级和后果严重性等级，得到各方案的核心风险均属不可接受风险，为可行的最低风险限度范围，并提出了三种工法核心风险相应的控制措施。
　　(5)通过对备选方案盾构法、沉管法、钻爆法各项风险系数和综合风险系数的分析，指出大断面海底盾构具有软硬不均地层适应性差、机械设备制作难度高、经验少等特点，技术风险、安全风险、经济风险均比较大;大断面沉管法隧道具有施工场地占用大、水下爆破对海洋环境破坏大，浮运、沉放对海上航运有很大影响等特点，环境风险较大;大断面钻爆法海底隧道具有连续掘进距离较长、作业环境差、不良地质段施工风险大等特点，技术风险、安全风险均比较大。经过对大连湾海底隧道两个线位方案相应的两种施工方案的综合比选，推荐采用沉管法修建。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及意义

1．1．1 选题背景

1．1．2 选题意义

1．2 论文依托工程概况与特点

1．2．1 大连湾海底隧道工程概况

1．2．2 大连湾海底隧道工程特点

1．2．3 大连湾隧道风险管理重点

1．3 国内外研究现状

1．3．1 隧道及地下工程风险管理国外研究现状

1．3．2 隧道及地下工程风险管理国内研究现状

1．3．3 海底隧道风险研究现状

1．3．4 海底隧道工程风险研究存在的主要问题

1．4 论文研究内容

1．5 论文研究思路与方法

1．6 论文创新点

2 海底隧道建设风险研究基础理论与评估程序

2．1 工程风险基本概念

2．1．1 工程风险的定义

2．1．2 海底隧道建设风险的定义

2．2 海底隧道建设风险发生的机理

2．2．1 风险形成机理

2．2．2 海底隧道建设期全过程安全风险特点

2．2．3 核心风险因素与控制原则

2．3 海底隧道施工风险评估程序与管理

2．3．1 风险评估

2．3．2 风险评估的程序

2．4 海底隧道核心风险评估方法

2．4．1 基于模糊学的核心风险可能性评估方法

2．4．2 核心风险后果严重性评估方法

2．5 海底隧道建设风险综合评估模型

2．6 本章小结

3 海底隧道主要施工方案风险因素辨识和分析

3．1 钻爆法海底隧道安全风险因素辨识和分析

3．1．1 地质勘查

3．1．2 不良地质

3．1．3 超大断面开挖及支护

3．1．4 防排水系统

3．1．5 监控测量

3．1．6 施工组织等

3．1．7 其他特殊风险

3．2 沉管法海底隧道安全风险因素辨识和分析

3．2．1 干坞内的工作

3．2．2 隧道管节的浮运与系泊

3．2．3 挖槽与基础处理

3．2．4 沉放

3．2．5 回填

3．2．6 最终接头

3．3 盾构法海底隧道安全风险因素辨识和分析

3．3．1 地质勘查

3．3．2 不良地质

3．3．3 盾构的设计、生产与运输

3．3．4 竖井开挖

3．3．5 进出工作井

3．3．6 管片设计、生产与运输

3．3．7 盾构掘进和隧道施工

3．3．8 横通道

3．4 本章小结

4 大连湾海底隧道安全风险评估与控制措施

4．1 大连湾工程与水文地质情况

4．1．1 地形地貌

4．1．2 地质构造

4．1．3 岩土工程性质

4．1．4 水文地质

4．1．5 地震效应

4．2 A1方案钻爆法海底隧道风险评估及控制对策

4．2．1 风险综合评估与控制措施

4．2．2 核心风险(突涌水风险)分析与评价

4．3 沉管法海底隧道安全风险评估与控制对策

4．3．1 A1方案沉管隧道风险综合评估与控制措施

4．3．2 A2方案沉管隧道风险综合评估与控制措施

4．3．3 沉管隧道基槽风险分析与评价

4．4 A2方案盾构法海底隧道安全风险评估与控制对策

4．4．1 风险综合评估与控制措施

4．4．2 A2方案盾构隧道突涌水核心风险分析与评价

4．5 本章小结

5 基于风险系数法的大连湾海底隧道施工方案比选

5．1 施工方法风险评价体系

5．2 基于风险系数的施工方法适用性评价

5．2．1 评价指标体系及层次分析模型

5．2．2 层次分析计算

5．2．3 A1方案工法风险系数计算与分析

5．2．4 A2方案工法风险系数计算与分析

5．3 本章小结

6 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

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