海底隧道施工方法及安全方案可行性研究【建筑施工资料】

摘要海底隧道工程具有投资额多、规模庞大、涉及因素众多、施工工序复杂、事故后果严重且影响深远的特点，因此有必要在施工时进行风险的识别、分析和评价,为工程的顺利施工提供参考依据.本文详细研究了海底隧道工程施工风险分析评价的各部分内容,包括风险识别、风险估计、风险指标体系、风险评价，主要包括以下几个方面:1、根据海底隧道工程施工的特点，以及对其各个施工步骤的详细分析，将复杂的海底隧道工程施工过程分解成容易被认识和理解的基本风险因素。2、在风险辨识的基础上，利用层次分析法（AHP）建立海底隧道工程施工风险评价的指标体系，并结合l～9标度法，解决了各风险因素在指标体系中的权重问题。3、根据海底隧道工程施工风险度量的模糊性特点,运用模糊集理论对风险因素进行量化，及其基于专家估计的经验分布法，解决了海底隧道工程风险估计中的量化问题.4、根据海底隧道施工的特点，利用事故树法对突水涌泥作了风险分析，并提出了相应的风险对策降低施工风险。5、运用模糊集理论对造成塌方的风险因素进行量化,及其基于专家估计的经验分布法对风险进行评估。关键词:海底隧道工程，施工风险，层次分析法，模糊估计,模糊综合评价方法，事故树法ABSTRACTThesub-seatunnelprojectbyminingmethodhasthecharacteristicofhighinvestment，largescale，complicatedconstructionprocedureinvolvingmanyfactorsseriousconsequenceandheavyeffect．Thereby,itisnecessarytoimplementriskidentification，analysisandassessmentfortheconstructionofsub-seatunnelearly．Theresultscanbereferenceforprojectdecision．Thepaperstudydeeplyvariouspartsofconstructionriskevaluationforsub—seatunnelproject，whichincluderiskidentification，riskestimation，riskindexsystemandriskassessment．Themaincontentsandachievementsofthepapersummarizedasfollows：1．Accordingasthecharacteristicofthesub-seatunnelprojectbyminingmethod，andbydetailedanalyzingthestepoftheconstruction，thecomplicatedconstructionprocessisdecomposedtobaseriskfactorbyknowingandunderstandingeasily．2．EstablishconstructionriskassessmentindexsystemusingtheAnalyticHierarchyprogressmethod(AHP），andconfirmrelativeindexweightofeachlevelwith1～9scalesmethod．3．Accordingasthecharacteristicoffuzzyinriskestimationofsub-seatunnelprojectbyminingmethod，theriskfactorisquantifiedbyfuzzytheory，andtheexperiencedistributingmethodbaseonestimationfromexpert，thepapersolvethequantificationissueinriskestimationofthesub-seatunnelprojectbyminingmethod．4．Accordingasthecharacteristicofthesub—seatunnelprojectbyminingmethod，useoffaulttreeanalysisofwaterinrushbaymudmade​​ariskanalysis，andtheriskmeasurestoreduceconstructionrisk．5．Theuseoffuzzysettheorytoquantifytheriskfactorscausingthecollapse,anditsempiricaldistributionestimatesbasedonexpertassessmentofrisk.KeyWords:sub-seatunnelproject，constructionrisk，AnalyticHierarchyprogressmethod（AHP)，fuzzyestimation，fuzzysyntheticevaluationmethod，faulttreeanalysismethod目录第一章绪论第一章绪论1.1研究背景海底隧道，是为了解决横跨\t"_blank”海峡、海湾之间的交通,而又不妨碍船舶\t"_blank”航运的条件下,建造在海底之下供人员及车辆通行的海底下的海洋建筑物。我国海域辽阔，其中物产丰富、风光秀丽具有开发价值的岛屿众多。随着我国国民经济的飞速发展，为改善国内投资环境、增强沿海城市与海岛的联系,很多沿海城市开始修建或拟建海底隧道,如已建成的厦门翔安海底隧道和青岛胶州湾湾口海底隧道,拟建或正在论证规划的大连湾海底隧道、渤海湾海底隧道、伶仃洋海底隧道、琼州海峡海底隧道以及台湾海峡海底隧道等。由于海底隧道具有便捷、快速、受环境影响小、流通量大等特点,与其它跨海交通方式相比具有其独特的优势，所以很多国家都热衷于修建海底隧道。但是海底隧道的建设技术难度大、地质条件复杂、风险性高,在设计、施工过程中依然有许多工程安全问题需要探索。因此，对海底隧道的施工发生的事故风险进行研究和分析是有必要的，这样能够促进海底隧道修建技术的完善,并减小事故造成的损失，为未来建设的海底隧道的选址、设计、施工等提供依据.海底隧道工程建设是一项极其复杂的系统工程，存在较大的不确定性和安全风险.青函海底隧［1］道在施工过程中，先后发生4次重大突涌水事故，造成大量的人员伤亡和财产损失；瓦多（Vardo)隧道［2]施工过程中，出现2次坍塌事故；恩林索伊(Ellingsoy）隧道［3］坍塌工作面处在断层破碎带内，隧道顶部塌落了8~9m这些安全事故的发生和隐患的存在引起了国内外学者对海底隧道建设安全风险的高度重视.然而，以往的研究更多地集中在海底隧道施工期间的安全性控制，事实上,安全事故的发生多是由于地质条件的未知、设计方案合理性的欠缺和关键施工环节的控制不当造成的，通常是多因素综合作用的结果,施工阶段发生的安全事故是各类安全风险累计和叠加的结果。因此,应从安全事故发生的本质特点出发，对隧道建设各阶段的安全风险及其孕育和演化过程进行分析，寻求各种风险因素及其作用特点，从而提高海底隧道建设安全风险控制的技术水平。隧道施工是海底隧道工程建设的实施阶段，也是安全事故真正发生的阶段，事故的发生固然与施工阶段的技术措施和质量控制等有关，然而设计方案的合理性、可靠性和技术先进性,甚至勘测规划阶段线位选择和地质条件可靠性都可能成为安全事故的直接或间接诱因。事实上，每个建设阶段的安全风险均具有累积的特点,前一阶段没有很好规避的安全风险通常会增加下一阶段的危险性，因此，在施工阶段安全风险集中表现,相应增大了控制的难度。1.2国内外研究状况隧道工程风险分析的代表人物是美国的Einstein．H．H.Einstein．H．H他曾撰写多篇有价值的文献，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，诸如《Geologicalmodelfortunnelcostmodel》［4]等。在Einstein研究的基础上，剑桥大学的Salazar．G．F1983年在博士论文“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。G。Narayanan指出了风险分析在降低软土隧道造价中的作用。除此之外，国外学者对隧道工程的风险分析应用方面也作了一定的研究工作。A．J．M．Sn＆D．R．S．vanHasselt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设计和施工中的风险管理问题，提出了“IPB”风险管理模式（InventoryofcriticalaspectsPreventivemeasures；Backupmeasures）。R·Stuzk等将风险分析技术应用于斯德哥尔摩形公路隧道,得到了一些规律性的结论（Stuzk等，1996)，B·NiIsen等的论文对复杂底层条件地区的海底隧道的风险进行相对深入的研究(B·Nilsen等，1992）［5］国际隧协委员Heinz·D在其论文中(Heinz·D，1996）对穿越海峡的隧道、穿越阿尔卑斯山的隧道如何进行风险进行了探讨。另外，日本在隧道工程的事故统计方面作了大量细致工作(佐藤久等，1998)。国际隧协也在2002年10月由SorenDegnEskesen和PerTengborg等撰写了《GuidelinesforTunnellingRiskManagement》，为隧道工程(以岩石隧道为主)的风险管理提供了一整套参照标准和方法。2004年国际隧协年会专门设置了安全、费用与风险的专题，J·ReillyandJ·Brown提交了题为《Managementandcontrolofcostandriskfortunnelingandinfrastructureprojects》［6］的论文。由于我国的隧道工程研究和实践时间都比较短,我国隧道工程的风险分析研究还属于发展阶段，但随着我国轨道交通的发展，以及大力发展西部地区所遇到的隧道建设问题，这一领域受到了前所未有的关注，各大设计院、保险公司以及高校都在近几年开始了相关研究。同济大学的丁士昭教授（1992)［15]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一定研究。上海隧道设计研究院的范益群博士（2000）[7]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．Mcfeat-Smith(2000)［20］提出了亚洲复杂地质条件下隧道工程的风险评估模式，根据发生频率的高低将风险分为五级,根据风险发生的后果也将风险分为五级.台湾的游步上、沈劲利（2003)[14］应用多属性效用理论《MultipleAttributesUtilityTheory》，从施工单位的角度，对隧道工程风险管理的决策程序作了完整的探讨。同济大学为主进行的沪崇通道的风险评估项目(2002）[7]为这一学科的发展作出新的贡献。整个沪崇通道的风险评估研究共提交了17个专题报告，涉及到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，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。同济大学的陈龙博士(2005)［8］提出了界定隧道及地下工程风险的一些概念，还提出了软土地区盾构隧道可能发生的七大类损失。建立了风险分析与评价模型，并引入风险值、风险指标的概念。同济大学的胡群芳博士（2006）[9]归训对隧道及地下工程风险接受准则计算模型进行研究，重点分析了个人、社会及环境等风险接受准则的计算方法和确定标准，结合隧道及地下工程自身特点，分析和讨论隧道及地下工程风险接受准则制定方法，建立统一的风险接受准则计算模型,针对风险接受准则研究指出今后需要解决的问题和研究方向。李永盛等完成的崇明越江通道工程风险分析研究课题，是国内第一个对大型软土盾构隧道工程进行风险评估的项目.黄宏伟等进一步把风险分析理论应用到其他隧道工程的风险评估中。胡群芳和黄宏伟［10]建立了隧道及地下建筑工程的风险接受准则模型.王梦恕［11］对厦门海底隧道设计、施工、运营安全风险进行了分析.王学斌对厦门翔安隧道五通端陆域全强风化层施工的风险进行了分析.但总体来说，目前关于隧道工程的风险研究还不太完善,还基本停留在定性分析或者半定量分析阶段,仍然需要做大量的工作.1.3研究目的、内容、方法和手段海底隧道的建设技术难度大、地质条件复杂、风险性高、不确定因素多，在建设施工过程中一旦发生突发事故诸如突水、塌方等将会造成不可估量的后果.因此，对海底隧道的施工发生的事故风险进行研究和分析是有必要的，通过风险分析与评估,确定了海底隧道建设全过程的核心安全风险及各个阶段的核心安全风险因素，从技术角度给出相应的风险控制措施，并考虑各个阶段安全风险的相互联系，建立健全安全风险控制体系，对海底隧道安全建设实施全过程进行风险控制.这样能够促进海底隧道修建技术的完善，并减小事故造成的损失，为未来建设的海底隧道的选址、设计、施工等提供重要依据.本论文首先对国内外海底隧道概况、隧道工程风险研究现状及海底隧道的施工方法作简要的介绍，然后阐述风险管理的基本理论，讨论海底隧道风险发生机理，利用定性与定量相结合的海底隧道施工风险分析与评价模型，对海底隧道的施工风险进行分析与评价。主要内容包括以下几个方面：1、海底隧道施工风险辨识。本文根据矿山法海底隧道施工的特点，对其各个施工步序的详细分析，将极其复杂的海底隧道施工过程分解成容易被认识和理解的基本风险因素。2、海底隧道施工风险根据施工风险辨识的风险因素，基于风险的设计原则,利用层次分析法(AHP）建立海底隧道施工风险评价的指标体系，并结合l～9标度法，确定指标体系内的各风险因素相对上一层次风险因素的相对权重。3、海底隧道施工基本风险因素塌方的模糊估计基于海底隧道施工风险度量的模糊性特点,采用基于专家经验的模糊估计法，通过对基本风险因素的发生概率及损失程度进行分级，确定各基本风险因素的概率隶属度及损失隶属度,从而实现对海底隧道施工风险的度量.4、海底隧道施工风险评价确定海底隧道施工基本风险因素评价指标模糊集,从而得到基本风险因素的风险评价等级及其模糊分布状态。通过模糊综合评判法,逐层确定塌方事故风险因素的风险评价指标、风险评价等级及其模糊分布状态。5、对典型海底事故建立模型进行事故树分析。6、针对海底隧道建设中的主要安全问题，提出相应的风险控制措施。第二章海底隧道施工工艺和方法的介绍2.1海底隧道施工组成海底隧道工程建设是一项极其复杂的系统工程。与陆地隧道一样海底隧道工程包括以下基本五项基本工程。洞室开挖工程：根据工程设计，在岩体内进行开挖成洞的作业,从而获得符合使用要求的洞室空间。洞室支护工程:曾强洞室围岩的稳定性，保证洞室在长期使用条件下的安全性。洞室支护形式有，喷射混凝土、锚杆、锚喷、整体式衬砌、装配式衬砌等。洞内建筑及防排水工程：包括洞内衬砌，分隔洞室平面或空间的隔墙和维护结构工程，防排水工程，坑、池、管沟工程,粉刷油漆等装饰工程.专业设备安装工程：包括生产工艺设备、运输设备、动力、照明、通风、给水、供热、消防、通讯、信号等管线设施，消波、密闭、虑毒等三防设备,防震、隔音、防腐等专业工程,生活及公共设施的安装工程。洞口及配套工程：包括洞门、洞口护坡、泄洪排水、道路及洞外必备配套工程。海底隧道工程海底隧道工程洞室开挖工程洞室支护工程洞内建筑及防排水工程专业设备安装工程洞口及配套工程图2—1海底隧道工程组成2。2海底隧道工程施工技术简述海底隧道工程施工技术是以在海底地层中构筑运输通道为目的,研究解决地下工程中的技术方案和措施，地下工程在各种复杂海底地质条件下的施工方法、手段、工艺工程实施中的技术、计划、质量、经济和安全管理措施。所包含的内容主要有地下工程的基本作业、辅助作业、环境控制和施工管理等如下图所示.开挖技术开挖技术海底隧道工程施工技术术基本作业辅助作业环境控制施工管理支护技术衬砌技术风水电作业场地平整除渣运输监控测量防水技术辅助工程技术、计划、质量、经济和安全质量检测图2-2海底隧道工程施工技术地下工程基本作业主要包括开挖、支护、和衬砌三大技术。在开挖技术中十分重要的是开挖方法的选择，选择的主要考虑因素一般有工程地质和水文地质条件、地形和地貌、埋置深度、结构形状和规模、使用功能和环境条件、施工队伍的技术水平和施工工具、交通条件和工期要求、经济和技术等，通过综合研究来确定。目前我国地下工程使用的开挖方法可分为明挖和暗挖两大类如下表。表2-1地下工程开挖方法明挖法基坑敞口开挖暗挖法矿山法（钻爆法）基坑支挡开挖掘进机（TBM）法地下连续墙盾构法盖挖法顶进法沉管法支护技术是为了地下工程开挖的安全，一般为临时支护和永久支护两类;形式上有木支撑、钢支撑、格栅支撑、锚杆、喷混凝土和它们的组合、混凝土衬砌等。地下工程辅助作业是配合基本作业必须的环节，包括风水电的设计、安装和供给，施工场地的计划和布置，出渣运输的计划和设备的配置等。环境监控主要研究解决地下工程施工过程中的安全和对周围环境的影响，如开挖洞室的位移过大引起围岩塌方、支护结构位移过大引起结构失稳或者沉陷、地面沉陷过大对环境的影响、地下水的控制等；采用的手段主要是对施工的过程进行检测监控，发现异常情况，及时采取加固措施(辅助施工手段）和更改施工方法。施工管理是通过有效的管理来保证工程的质量和工期，应用科学合理和符合地下工程施工特点的方法，规划组织施工设计，对施工中的各个环节进行科学的技术、计划、质量、经济和安全的管理，达到高质量、高效益的目的。2。3海底隧道主要工程施工工艺流程图2。3。1隧道洞口施工工艺流程图隧道明洞开挖隧道明洞开挖仰边坡开挖及防护洞口护拱及预埋套管施工大管棚钻孔及管棚安装大管棚超前注浆开始隧道开挖图2—3隧道洞口段施工程序图2.3.2双侧壁导坑法施工工艺流程拱部超前小管棚注浆支护拱部超前小管棚注浆支护左侧壁导坑开挖与支护右侧壁导坑开挖与支护中央核心土上部台阶开挖与支护中央核心土下部台阶开挖与支护隧道支护封闭成环分段拆除导坑内壁临时支护防水层及仰拱衬砌二次模筑钢筋砼衬砌图2—4双侧壁导坑施工工艺流程图2。3.3全断面法施工工艺流程图测量划线测量划线钻孔装药起爆通风排险装渣运输锚喷支护仰拱支护衬砌施工图2-5隧道Ⅲ级围岩全断面施工流程图2。3。4台阶法施工工艺流程图测量、断面放线测量、断面放线小导管超前支护下台阶开挖初喷砼封闭挂钢筋网接长边墙钢格栅施作锚杆仰拱初支补喷砼至设计厚度二次模注衬砌上台阶开挖初喷砼封闭挂钢筋网架设钢支撑格栅施作锚杆补喷砼至设计厚度监控测量、稳定安全判别施作防水板是图2-6隧道台阶法施工作业流程图2.4海底隧道施工特点与陆地隧道相比，海底隧道具有如下特点：（1）通过深水进行海底地质勘测比在地面的地质勘测更困难、造价更高,而目准确性相对较低，所以遇到未预测到的不良地质情况风险更大。因此,在隧道施工时必须进行超前地质预报.（2）海底隧道施工的主要困难是突然涌水,特别是断层破碎带的涌水。因此必须加强施工期间对不良地质段和涌水点的预测和预报。（3)海底隧道的单日掘进长度很大，从而对施工期间的后勤和通风有更高的要求。（4）很高的孔隙水压力会降低隧道围岩的有效应力，造成较低的成拱作用和地层的稳定性.（5）很高的渗水压力可能导致水在有高渗透性或有扰动区域与开阔水面有渠道相连的地层中大量流入。（6)海底隧道不能自然排水，堵水技术是关键技术。先注浆加固围岩,堵住出水点，然后再开挖。在堵水的同时加强机械排水，以堵为主，堵抽结合。（7)在高水压下开挖横通道是一大技术难题，将来很有必要有专门在困难条件下开挖横通道的隧道掘进机。（8）衬砌长期受较大的水压作用。（9)由于单日连续掘进距离很长而导致工期很长，投资很高，因此必须采用快速掘进设备.目前修建海底隧道的基本方法有:钻爆法、沉管法、盾构法和掘进机法,或这儿种方法的组合。另外水中悬浮隧道正在研究中.2.5海底隧道施工的基本方法介绍根据对目前国内外现有海底隧道的调查情况，海底隧道施工方法有隧道掘进机施工法(TBM法)、盾构法、沉管法、矿山法,现将这四种方法阐述如下：(1）隧道掘进机施工法隧道掘进机(TBM）［12]有两种基本类型：部分断面掘进机和全断面掘进机.全断面掘进机用于断面一次开挖，通常用于圆形隧道断面，这类掘进机有各种不同的类型.全断面隧道掘进机己经成功地用于很多海底隧道，如最著名的英法海峡隧道。TBM隧道施工的进度快、机械化程度高及其安全性是世界公认的。TBM施工目前仍存在以下问题,有待进一步研究解决。1)隧道施工造价高。TBM机械电气构造复杂，制造技术难度大,造价高。TBM施工耗电、耗水，能源消耗大。2)TBM多为圆形长大隧道施工,不适用于方形、椭圆形断面隧道的施工.3）TBM对岩石特性依赖性大。4）TBM施工管理技术要求严格，对操作人员技术素质要求高。（2)盾构法盾构法［12］一般限制在港湾下的浅水区和沿海地带，在深堆积层等软弱的不透水粘土中最为适用.采用盾构法修建了很多海底隧道,其中典型的工程有：日本德山港海底隧道、东京湾渡海公路隧道、丹麦大海峡隧道等。盾构施工是不可后退的。盾构施工一旦开始，盾构机就无法后退。由于管片外径小于盾构外径，如要后退必须拆除已拼装的管片，这是非常危险的.所以，盾构施工的前期工作非常重要，一旦遇到障碍物或刀头磨损等问题只能通过实施辅助施工措施后，打开隔板上设置的出入孔进入压力舱进行处理.（3）沉管法所谓沉管法修建隧道，就是将若干个预制管段分别浮运到海面(河面)现场，并一个接一个地沉放安装在己疏浚好的地槽内［13］.至今世界上己修建了100多座沉管隧道。沉管隧道有如下特点:1）隧道顶部覆土浅，甚至可以为零或露出地面，故而隧道长度相对较短总工程量较小，工期较短,工程造价较低。2)沉管比重小,对基底地质条件适应性强。3）沉管施工水上工期短，大部分作业可交叉进行，有利于缩短工期。4)沉管断面形状选择自由度大，断面利用率高，可以做到一管多用。5）沉管隧道的防水主要分两方面，即管段本身防水和接缝防水。为保证管段不漏，严格控制混凝土的成分配比、降低温差、施工期间延迟拆除模板、连续浇灌管段、加设辅助防渗管段接缝的防水主要依靠橡胶止水垫环和Ω止水胶带。（4)钻爆法施工技术采用钻爆法施工的海底隧道主要有：日本的新关门隧道、青函隧道、英国的墨尔西隧道、冰岛的华尔海峡隧道以及挪威的海底隧道。作为世界上最长的海底隧道-青函隧道，它在水平钻探、超前注浆加固地层、喷射混凝土等技术上有巨大的发展,尤其在处理海底涌水技术方面独具一格，为工程界所津津乐道。海底隧道穿越断层破碎带的施工技术是关键.断层破碎带若与其上或附近的水系相沟通，随时都有可能给工程带来淹没、塌通、涌水，或形成泥石流的危险。如青函隧道发生过四次较大塌方涌水事故,其中1976年5月6日在北海道侧平行导坑内发生的涌水事故最为严重，涌水量高达70m3/min，用了5个月时间才绕过涌水段。穿越断层破碎带，主要问题在于对断层破碎带的支撑、加固和堵水.目前国内外经常采用的方法是强行穿越法、注浆法、冻结法和其它辅助方法。（1）强行穿越法:这是最常用的传统方法，其特点是支撑护顶，随挖随砌。根据工程经验，短段掘砌、喷锚支护、超前支架、侧壁导坑等方法较为常用.(2)注浆法：这是人工充填围岩裂隙的一种方法，在一定的注浆压力作用下，浆液被挤压入岩层沿裂隙流动扩散，由于其充塞和水化作用,在裂隙内成为具有一定强度和低透水性的结石体，从而达到堵塞裂隙、截断水路和加固围岩的日的。注浆在海底隧道中对防止涌水并加强岩体强度是必不可少的。（3）冻结法:这是用冷媒传递冷量使含水地层降温冻结的方法，依靠冻土的强度达到承受地压的目的，使开挖和衬砌处在冻土保护之下安全进行。国内外一般都将冻结法用于其它方法不适用的地层。（4）其它辅助措施：为了安全可靠地穿越断层破碎带，除采用以上方法外，还要采取儿种辅助措施，如超前探水、设置安全疏散日、强排堵截等。第三章海底隧道施工主要危险有害因素辨识分析3.1海底隧道施工危险源辨识分析依据危险因素是指能对人造成伤亡或对物造成突发性损害的因素。有害因素是指能影响人的身体健康,导致疾病,或对物造成慢性损害的因素.存在危险有害物质、能量和危险有害物质、能量失去控制是危险、有害因素转换为事故的根本原因。危险有害物质和能量失控主要体现在人的不安全行为、物的不安全状态和管理缺陷3个方面。辨识、分析危险有害因素的主要依据有:1）依据《企业职工伤亡事故分类》(GB6441-1986）、《生产过程危险和有害因素分类与代码》（GB/T13861—2009），对危险有害因素进行分类。2)依据《危险化学品名录》(2002年版，国家安全生产监督管理局公告2003年第1号），辨识分析危险有害物质及其危险有害性质。3）依据工艺流程、设备清单及相关技术资料,辨识分析生产过程中的危险因素。4）依据安全管理制度、安全操作规程,辨识可能导致事故的管理缺陷。海底隧道工程是一种高危险源的系统工程，（l)隧道大部分被水包围，地质勘察难度大，且勘察准确性降低；（2)隧道上覆水体，须承受高水压作用。在施工过程中如遇断层破碎带等不良地质地段，将给施工带来极大困难；(3）由于海水的无限补给，海底隧道涌渗水问题严重，一旦发生涌水，常会产生毁灭性灾害；且海水具有腐蚀性，渗水对支护以及隧道内设施有破坏作用，给海底隧道的运营带来隐患。海底隧道的上述特点决定了海底隧道的建设比陆域隧道具有更大风险.它的危险源主要是：爆炸（瓦斯爆炸、火工品爆炸、爆破作业、容器爆炸、其他爆炸）、坍塌、透水、突泥、高处坠落、火灾、物体打击、车辆伤害、机械伤害、起重伤害、触电、灼伤、中毒等安全事故。易发生的伤害有坍塌、透水、突泥、爆炸、触电、火灾、机械伤害等。3.2海底隧道施工危险源辨识风险辨识是进行风险管理时首先要进行的工，只有尽可能全面准确的辨识风险才能对其进行科学的分析。由于海底隧道地理位置和施工环境的特殊性决定了海底隧道施工方法与陆地隧道施工方法的不同。要对海底隧道施工过程中的危险源进行辨识首先应该掌握海底隧道施工的工艺流程然后结合具体的施工方法和海底隧道的地质水文条件以及施工环境进行识别。海底隧道施工过程大体上分为三部分开挖掘进、支护、出渣，具体包括爆破作业、出渣作业、通风作业、高处作业、高瓦斯隧道爆破作业、高压灌浆作业、支护作业、二次支护作业等。下面本论文将根据海底隧道施工不同的作业过程对施工过程中存在的危险因素以及其可能会导致危险事故进行一一列举，并提出相应的控制方法,为后面章节的风险评价提供依据如下表（3—1）所示。表3-1海底隧道施工危险因素辨识序号活动类别活动名称危险因素可能导致的事故控制方法1钻爆施工个人防护进入施工现场人员不戴安全帽、不穿反光服人员伤害加强安全教育，按规定穿戴防护用品2开挖边仰坡危石未清理、未刷坡加固滚落、滑塌安全技术交底、现场检查验收3洞门边坡有裂缝坍塌采取加固措施4洞口立体交叉作业物体打击制定防护措施，现场检查5风钻操作不当伤人安全交底，操作规程6爆炸作业爆炸人员未持有效证件上岗爆破事故加强培训持证上岗7爆破用品使用前未检验爆炸、失效加强管理，制度措施控制8雷管直接起爆药包爆炸爆破安全规程9爆炸作业未经批准爆炸事故加强爆破管理10爆破器材混装混放爆炸加强管理，制度措施控制11爆炸物品管理不当导致丢失爆炸、社会责任加强管理，制度措施控制12爆破器材库、作业区有明火、吸烟爆炸加强管理，制度措施控制13爆破施工后未及时清撬危石危石坠落伤人安全交底，加强检查14爆破作业为及时排烟排尘尘肺病加强通风排烟15爆破作业未防护飞石伤人

砸坏管线加强防护，安全交底16爆破作业未设警戒区及警戒人人员伤害加强防护，安全交底17哑炸未处理爆炸伤人加强爆破效果检查、按规程处理哑炸18爆破器材库通风不良、无防雷设施爆炸按规定设置通风孔和避雷针19搬运易燃或易爆物品不规范人员伤害严格执行安全规程20爆炸器材不严格交接爆破器材丢失严格遵守制度,加强检查监督21装载机装扎装载机回转范围内有人人员伤害严格遵守安全安全操作规程22装渣前或装渣过程中未检查工作面围岩稳定情况车辆损坏

人员伤害加强现场安全检查,安全交底和安全措施控制23钻爆施工装载机操作人员违章作业机械损坏

人员伤害加强安全教育，严格遵守安全操作规程24汽车出渣司机违章操作车辆损坏

人员伤害加强安全教育，严格遵守安全操作规程25刹车装置失灵溜车事故

人员伤害加强安全教育，严格遵守安全操作规程26洞内雾气较大看不清、车灯损坏车辆事故加强照明、通风、定期检修27现场无统一指挥调度交通事故加强调度指挥28材料车载人人员伤害加强管理，制度控制29洞口、平交道等危险地段无警示牌车辆伤害制度、措施控制30支护作业支护方案不合理坍塌完善方案

加强检查31支护不合格、围岩失稳坍塌完善规程、安全技术交底32支护损坏、变形坍塌完善规程、安全技术交底33支撑构件置于活动石块或虚渣上坍塌安全技术交底、现场检查验收34正洞与辅助坑道连接不顺坍塌安全技术规程、现场检查验收35支护人员高处作业无防护高处坠落安全技术交底、现场检查验收36紧急情况时人员没有撤出人员/其他伤害专人现场检查、专人负责指挥、制定应急预案37拱顶掉块物体打击安全技术交底、现场检查验收38喷锚施工台架不牢固、铺板过少、无栏杆、超载高处坠落安全技术交底、现场检查验收39喷射机连接管路不牢、管路不畅通机械伤害现场检查、安全技术交底40松动围岩坠落物体打击安全技术交底、操作规程、现场检查41高处赚眼、安装锚杆、挂钢筋网、喷射砼等作业无安全防护措施高处坠落安全技术交底、现场检查42二次衬砌开挖与二衬距离过长塌方执行施工组织设计方案43钻爆施工二次衬砌仰拱施工作业不及时塌方严格执行施工组织设计方案44平台无栏杆或栏杆过低高处坠落

物体打击安全技术交底、现场检查验收45跳板安装不牢或无防滑措施高处坠落安全技术交底、现场检查验收46工作台、脚手架超重坍塌高处坠落

物体打击安全技术交底现场检查47平台上运物料时坠落高处坠落安全技术交底、现场检查48拆除模板时颠倒人员/其他伤害安全技术交底、拆除方案、现场检查49振捣器等电动工具漏电触电安全防护措施、现场检查验收50维修机械不停机机械伤害安全技术交底、操作规程51通风防尘通风、防尘防毒通风不良窒息安全技术交底、现场检查验收52有害物超标中毒安全技术交底、现场检查验收53装渣、喷砼时扬尘尘肺病安全技术交底、现场检查54不关机拆卸风管机械伤害安全技术交底、操作规程、现场检查55不良地质隧道不良地质隧道超前地质预报为超前钻孔探明即开挖坍塌、突涌水强化管理、严格规程56不良地段支护不及时坍塌安全技术交底、现场检查验收57坍塌后未查明原因即开工坍塌安全规章制度,制定解决方案58地址超前预报不准确坍塌规章制度、现场检查59围岩测量不及时坍塌严格按规定进行围岩测量，保证数据真实可靠60布点不正确，测量频率少坍塌严格按规定进行围岩测量，保证数据真实可靠61突泥、突水隧道突泥、突水伤人/其他伤害安全技术交底，预防措施、应急预案62流沙地质隧道未先护后挖坍塌安全技术交底，现场检查验收63涌水、涌沙坍塌超前地质预报，超前钻64岩爆地质隧道无专人监测岩爆坍塌安全交底、专人监测、安全技术专项方案65岩爆地点人员停留人员/其他伤害这只明显标识、加强检查66瓦斯隧道无专项施工方案人员/其他伤害超前探测，应急预案67瓦斯突出中毒、爆炸专人负责68瓦斯浓度超标中毒加强监测,加强通风，现场检查69未使用防爆设备爆炸严格把关，现场检查70无专职瓦斯监测人员中毒、爆炸专人负责监测71浓度超标时不及时停电爆炸安全交底，报警措施、远程断电72瓦斯随到爆炸作业未执行一炮三检制爆炸安全知识培训、安全技术交底、现场检查73不执行三人连锁爆破制爆炸安全知识培训、安全技术交底、现场检查74使用违禁雷管爆炸安全知识培训、安全技术交底、现场检查75使用违禁炸药爆炸安全知识培训、安全技术交底、现场检查76瓦斯浓度超标起爆爆炸加强监测，严格执行一炮三检制77反向装药爆炸安全技术交底，现场检查78瓦斯随到防火无安全防火措施爆炸安全防火制度、安全技术交底、现场检查验收79高温、电火花作业爆炸安全技术交底、操作规程，现场检查80电气焊作业无防护设施爆炸安全技术交底、操作规程、现场检查验收81高压灌浆高压灌浆高压灌浆高压灌浆操作人员未持证上岗人员/其他伤害安全技术交底和操作规程、现场检查验收82高压灌浆时输送管破损、破裂人员/其他伤害加强安全技术交底和现场检查验收制度83输送管接头松动脱落浆液飞射人员/其他伤害安全技术交底、现场检查验收84作业人员未进行安全防护人员/其他伤害执行操作规程、现场检查验收85灌浆设备漏电触电安全技术交底定期维修86灌浆平台防护未到位人员滑倒、坠落安全技术交底、现场检查验收、防护栏、防滑鞋87钻孔过程出现突水、突泥人员/其他伤害安全技术交底和操作规程、现场检查验收88灌浆泵未牢固在灌浆平台上，振动及噪音过大人员/其他伤害安全技术交底和操作规程、现场检查验收89高处作业高处作业凿岩、衬砌工作平台、爬梯无防护高处坠落

物体打击加强防护措施、检查验收制度90作业平台超载坍塌坠落加强防护设施、检查验收制度91人员未系安全带高空坠落安全培训、班前检查及现场检查92洞内脚手架搭设不合格高处坠落技术交底、检查验收制度93没有正确使用安全防护设施高处坠落技术交底、检查验收制度94高处抛投物体物体打击加强管理、安全交底95作业人员使用违规设施上下高处坠落加强管理、设置专用爬梯3。3对海底隧道施工中潜在危险源进行半定量的评价3.3.1LEC分析法LEC评价法是一种对具有潜在危险性作业环境中的危险源进行半定量的安全评价方法。该方法采用与系统风险率相关的3种方面指标值之积来评价系统中人员伤亡风险大小。这3种方面分别是：L为发生事故的可能性大小；E为人体暴露在这种危险环境中的频繁程度；C为一旦发生事故会造成的损失后果。风险分值D=LEC。D值越大，说明该系统危险性大，需要增加安全措施，或改变发生事故的可能性，或减少人体暴露于危险环境中的频繁程度，或减轻事故损失，直至调整到允许范围内量化分值标准对这3种方面分别进行客观的科学计算，得到准确的数据,是相当繁琐的过程。为了简化评价过程，采取半定量计值法。即根据以往的经验和估计，分别对这3方面划分不同的等级，并赋值.具体如下：表3-2事故发生的可能性（L)分数值事故发生的可能性10完全可以预料6相当可能3可能，但不经常1可能性小，完全意外0.5很不可能,可以设想0.2极不可能0.1实际不可能表3-3暴露于危险环境的频繁程度(E）分数值暴露于危险环境的频繁程度10连续暴露6每天工作时间内暴露3每周一次或偶然暴露2每月一次暴露1每年几次暴露0。5非常罕见暴露表3-4发生事故产生的后果（C）分数值发生事故产生的后果10010人以上死亡403~9人死亡151～2人死亡7严重3重大，伤残1引人注意根据公式：风险D=LEC就可以计算作业的危险程度，并判断评价危险性的大小。其中的关键还是如何确定各个分值,以及对乘积值的分析、评价和利用。表3—5危险程度（D）D值危险程度〉320极其危险，不能继续作业160-320高度危险，要立即整改70-160显著危险，需要整改20—70一般危险，需要注意〈20稍有危险,可以接受3.3.2根据表（3—1）对海底隧道施工主要危险源进行作业危险性评价对海底隧道施工中主要的作业过程用LEC评价法进行赋值计算，根据评价结果对海底隧道施工中的主要危险因素进行确定,为论文的评价部分提供依据.表3—6LEC评价分析表作业类型LECD评价结果爆破作业3315135显著危险，需要整改支护作业1339稍有危险，可以接受高处作业36354一般危险，需要注意瓦斯遂道爆炸作业3115120显著危险，需要整改突泥、突水隧道作业3140120显著危险，需要整改喷锚作业121530一般危险，需要注意高压灌浆作业33327一般危险，需要注意出渣作业36118稍有危险,可以接受从上表分析数据中可以得出爆破作业、瓦斯隧道爆炸作业、有突泥、突水危险隧道作业事故风险比较高,海底隧道施工作业受到客观条件限制具有其特殊性，一旦发生事故将会导致人员伤亡、财产损失、工期延误后果极其严重。所以在海底隧道施工中应该最大限度的控制甚至是杜绝此类事故的发生。3.4海底隧道建设过程中核心危险因素确定3.4。1核心安全风险因素及其特点核心安全风险因素是对整个工程顺利实施起着决定性控制作用的因素，其主要特点为:1）由核心安全风险因素引起的安全风险事故一旦发生,后果非常严重。2)有效地控制核心安全风险因素能最大限度地减小安全风险事故发生的概率和损失。3)核心安全风险因素与非核心安全风险因素在一定的条件下可以相互转化.因此，针对具体工程的核心安全风险因素应给出有效的控制措施,减小其发生的概率，并制定相应的预案以使风险造成的损失最小化.核心安全风险因素控制的目的是将其转化为一般安全风险因素,使其处于可控状态.3.4.2核心安全风险因素辨识风险因素辨识即找出隧道建设过程中所有的潜在风险因素，并进行归类整理、筛选.针对相关海底隧道修建过程中存在的风险和问题，以突水涌泥和塌方风险事故作为最大安全风险事故，分别运用事故树法和模糊评价法进行分析,从而对海底隧道建设过程各阶段核心安全风险因素作出评价.对海底隧道工程而言,一旦隧道发生突水涌泥或塌方事故，其后果极其严重，往往造成群死群伤、工期延误、机械设备损坏等严重后果。突水涌泥和塌方事故是海底隧道建设期的最大安全事故，因此,突水涌泥和塌方风险即为海底隧道建设全过程的核心安全风险。安全风险控制通常更多地关注如何规避这一安全风险事故的发生。第四章突水涌泥事故树法风险分析及对策措施由于海底隧道施工条件的复杂性，施工必须以安全为前提，最大可能性的防止隧道施工过程中出现突水涌泥事故。海底隧道一旦出现突水涌泥事故，将会造成海水直接灌入隧道,直接危害到人员、机械设备以及隧道本身，造成群死群伤、机器设备损坏、延误隧道施工工期,并带来巨大的经济损失。海底隧道施工时主要风险来源于水，海底隧道不具备排水条件,施工过程中要采用多种措施，建立施工作业安全保证体系.本文将利用事故树法对海底隧道突水涌泥风险进行风险分析，并提出一些风险对策和应急预案。4.1事故树法原理1）事故树法原理事故树分析法［14]既可以进行定性分析，又可以进行定量分析。定性分析主要参考指标是结构重要度系数，定量分析主要参考指标是概率重要度系数和临界重要度系数.结构重要度分析,是不考虑基本事件发生的概率，仅从事故树结构分析各基本事件的发生对顶上事件的影响程度。事故树是由众多基本事件构成的,这些基本事件对顶上事件均产生影响，但影响程度是不同的，在确定工程安全时必须要考虑基本事件的重要程度。结构重要度分析虽然是一种定性分析方法，但在缺乏定量分析数据的条件下，这种分析显得很重要。结构重要度分析方法归纳起来有两种：第一种是计算各基本事件的结构重要度系数，将系数由大到小排列各基本事件的重要顺序。第二种是用最小割集和最小径集近似判断各基本事件的结构重要度系数，并排列次序。本文选用第二种方法［15]。2）结构重要度系数的求取方法要求取结构重要度系数，首先要了解最小割集和最小径集。在事故树中，一组基本事件能造成顶上事件发生，则该组基本事件的集合称为割集；能够引起顶上事件发生的最低限度的基本事件的集合称为最小割集［16].也就是说，如果某一割集中任一基本事件不发生,项上事件就决不会发生，这个集合就是最小割集。与最小割集不同,在事故树中，有一组基本事件不发生，顶上事件就不发生，这一组基本事件的集合叫径集。径集是表示系统不发生顶上事件而正常运行的模式。凡是不能导致顶上事件发生的最低限度的本事件的集合叫最小径集[17］。最小割集和最小径集法都是运用布尔代数化简法获得。用最小割集或最小径集近似判断各基本事件的结构重要系数的方法虽然精确度比用求结构重要系数法差一些，但操作简便，因此目前应用较多。用最小割集或最小径集近似判断结构重要系数的方法有几种，此处仅介绍一种。(1）单事件最小割（径)集中基本事件结构重要系数最大.(2）仅出现在同一个最小割(径）集中的所有基本事件结构重要系数相等。（3）仅出现在基本事件个数相等的若干个最小割（径）集中的各基本事件结构重要系数依出现次数而定，即出现次数少,其结构重要系数小；出现次数多,其结构重要系数大；出现次数相等，其结构重要系数相等。（4)两个基本事件出现在基本事件个数不等的若干个最小割（径)集中，其结构重要系数依下列情况而定:①若它们在各最小割（径）集中重复出现的次数相等,则在少数事件最小割(径）集中出现的基本事件结构重要系数大。②若它们在少事件最小割(径)集出现次数少，在多事件最小割（径)集中出现次数多,以及其它更为复杂的情况，可用下式近似判别式计算：(4—1）式中：基本事件结构重要系数的近似判别值；基本事件属于最小径集;基本事件所在最小径集中包含基本事件的个数。利用上述四条基本原则判断基本事件结构重要系数大小时，必须从第一条至第四条按顺序进行，不能单纯使用近似判别式。4.2突水涌泥事故树法风险分析国内已建成的胶州湾海底隧道,平均水深7m左右，最大水深65m，其中湾口最大水深40m。据地质报告提供资料，海底大部分无覆盖层,地形起伏较大，基岩为中风化和微风化花岗岩与火山岩，而且中风化层很薄，岩石完整性好。隧址处无大断裂构造所发现断裂大部分为高角度、中新代脆性断裂构造，以压扭性为主,其宽度在数米至数十米不等。断层内以压碎岩、碎裂岩、糜棱岩为主.部分断裂具有张性，断层两侧有数米宽的影响带.通过对地震危险性分析，场地的地震基本烈度均为6度，工程场地不存在砂土液化及软土震陷与地震滑坡崩塌等地震地质灾害根据地质情况，该条湾海底隧道的典型风险存在于断层破碎带处,故本文只对断层破碎带处的突水涌泥风险加以评估与研究,其他地层的风险不在本文讨论范围。根据海底隧道施工过程中可能出现塌方事故进行因果分析，画出发生事故的因果“鱼刺图”.再根据因果“鱼刺图”结合国内外海底隧道施工经验，通过专家调查分析，对可能引起突水涌泥的基本事件得出如图(4—3)所示的事故树.通过利用“鱼刺图”对海底隧道塌方事故的因果关系进行分析。并在此基础上利用事故树分析法，再运用布尔运算求出最小割集及各影响因素的结构重要度进行定性分析，根据分析的结果对海底隧道施工中应注意并预防的问题进行分析.(1)利用“鱼刺图”对塌方事故的因果关系进行分析“鱼刺图”是一种发现“根本原因”的方法，可称为“因果图"或特性要因图,是为了寻找产生某种质量问题的原因,集思广义将群众的意见反映在一张图上，即“鱼刺图"。用其分析法分析工程施工安全问题，可使复杂的原因系统化、条块化，且直观、逻辑性强,它通过带箭头的线使因果关系明确,便于将主要原因弄清楚，见图（4-1）。突水、涌泥事故突水、涌泥事故隔水层鼓破遇到灾害性地质情况有承压水有地层空洞注浆未达预期效果隔水层变薄、掉块等超挖爆破震动支护不当开挖进尺大隧道裂隙与水源连通开挖进尺大围岩扰动大、松动、变形爆破震动注浆未达预期效果海潮自然环境地震图4-1海底隧道施工过程中可能出现塌方事故的因果分析“鱼刺图（2)事故树分析事故树分析又称为故障树分析，是一种演绎的系统安全分析方法，是从要分析的特定事故或故障（顶上事件）开始,层层分析其发生原因,直到找出事故的基本原因，即故障树的底事件为止。它是系统安全工程中重要的分析方法之一,其不仅可分析出事故的直接原因,而且能深入提示事故的潜在原因,既适用于定性分析，又能进行定量分析，具有简明、形象化的特点，体现了以系统工程研究质量事故的系统性、准确性和预测性.FTA一般可分为：1)选择合理的顶上事件:系统分析边界和定义范围，并且确定成功与失败的准则；2)资料收集准备:围绕所需要分析的事件进行工艺、系统、相关数据等资料的收集;3）建造故障树：这是FTA的核心部分，通过对已收集的技术资料,在设计、运行管理人员的帮助下，建造故障树；4)对故障树进行简化或模块化；5）定性分析求出故障树的全部最小割集,当割集的数量太多时,可通过程序进行概率截断或割集阶截断；6）定量分析，包括计算顶事件发生概率,即系统的点和区间的无效度，此外还要进行重要度和灵敏度分析，见图(4—2)。熟悉系统熟悉系统确定顶上事件建造事故树调查事故原因调查事故修改简化事故树定性分析定量分析制定安全措施收集系统资料图4-2事故树分析其程序流程TTA1A2B1B2B3B4X1VX3VX4VX2VX5VX6VX7VX8VX9X3X4X5图4—3突水涌泥事故树*注：与门，表示仅当所有输入事件发生时,输出事件才发生；*或门，表示只要有一个输入事件发生时，输出事件发生；顶上事件或中间事件,需要进一步往下分析的事件。T为顶上事件,A,B，分别为二、三级中间事件；基本事件，不能再往下分析的事件。X表示基本事件一突水涌泥事故；-隔水层鼓破；—隧道裂隙与水源连通；-遇到灾害性地质；-隔水层变薄、掉块;—自然环境；—围岩扰动大、松动、变形；—有地层空洞；—有承压水;-开挖进尺大;—爆破震动；—注浆未达预期效果;—超挖;—支护不当；—海潮;—地震；将事故树转化为成功树运用布尔代数运算对最径集进行求解：事故树的最小径集和最小割集分别为：最小径集=；最小割集将图（4—2）用布尔代数化简得出：事件最小割集有9个，将事故树转化为成功树求出最小径集只有2个，所以，利用最小径集进行计算比较简便。由上述四项基本原则和近似计算得出各基本事件的结构重要度顺序为:因此，从事故树结构看，基本事件对突水涌泥事件的发生影响最大。为避免突水涌泥事件的发生,首先要控制这几个风险因素，减少它们的发生概率。对基本事件的发生概率，由于缺乏足够数据,只能利用专家调查法作初步研究.对突水涌泥来说，基本事件，,，的作用比较大，这些基本事件的概率比较容易减少,并且其减少后，会大大减少突水涌泥的发生概率.由以上分析可知，导致突水涌泥的主要因素是,,，.对这几个基本事件，无论是仅与事故树结构有关的结构重要度，或仅与基本事件的概率敏感度有关的概率重要度,包括与敏感度和自身发生概率均有关的临界重要度的值都比其他基本事件的值大，说明这些基本事件无论从哪一个方面来说，都是比较重要的。4。3海底隧道突水涌泥风险对策本文主要对风险应对中的风险降低进行分析，下面以胶州湾海底隧道突水涌泥为例，提出降低突水涌泥风险的对策。首先，必须做好突水涌泥事故的预防；然后，如出现突水涌泥事故，要及时、安全的处理事故；最后，对突水涌泥事故进行总结，避免或减小再出现事故的概率。4.3。1突水涌泥事故的预防由于海底隧道施工条件的复杂性，施工必须以安全为前提，防止隧道施工过程中出现突水涌泥事故。胶州湾海底隧道覆盖层浅，一旦出现突水涌泥事故，将会造成海水直接灌入隧道,直接危害到人员、机械设备以及隧道本身，延误隧道施工工期，并带来巨大的经济损失。海底隧道施工时主要风险是来源于水,日本青函隧道在施工过程中虽然做过大量的新技术新措施,但仍然出现了四次大的涌水事故.我国复杂地质情况下长大隧道施工过程中也出现过多次突水涌泥事故,如大瑶山隧道、圆梁山隧道、歌乐山隧道。但山岭隧道大多具有排水条件，一般危害不大:海底隧道不具备排水条件，施工过程中要采用多种措施，建立施工作业安全保证体系。正确使用超前地质预报系统、对不良地质地带以及探测到的可疑地层采用预注浆加固措施、矿山法开挖时遇不良地质采用弱爆破施工、加强施工监测、设立逃生通道、建立防水闸门系统,以防止在施工过程中出现意外情况保证人员迅速撤离。1）超前地质预报；2）工作面预注浆加固地层；3）短进尺、弱爆破;4)加强监控量测；5）建立防水闸门系统.4。3.2突水涌泥事故的处理1)人员救护组织海底隧道施工过程是以安全第一为前提的，建立防灾救护系统非常关键,各种意外措要提前准备，施工中要步步为营，稳扎稳打，出现意外突水涌泥一定要按一定的程序处理和人员疏散。隧道施工掌子面要和洞口、办公室有较好的联络，安全技术人员随时掌握好掌子面的工作状态和安全情况，救护输送车随时待命，以保证人员安全为第一目标。根据长大隧道施工经验和一般施工原则,隧道建设施工横通道不仅对提高施工进度，满足运输条件，改善通风条件，便于运营维护，同时有利于隧道施工出现事故时作为防灾救护通道的作用，结合隧道施工情况，横通道一般设立间距为300米以内为宜.在隧道出现突水涌泥意外情况时,可有组织的安排人员从救护通道撤离，通过防灾闸门,使涌水涌泥控制在一定范围内。2）孔口防突［18］地质灾害的发生总伴随着一定的地质异常征兆，如地温突然降低、水声、钻孔时顶钎、岩溶出现及填充物出露等。一旦发现异常情况，值班分队领导和工班长必须立即通知洞口值班调度，洞口值班调度再立即通知地质人员进洞落实情况。严禁地质情况不明时，为了施工进度而冒进。突水涌泥的形成和发展是一个能量积蓄的过程，当围岩支护或加固厚度强度不足时，它会逐步使掌子面出现围岩蠕动和变形，施工时一是通过变形监测来预测变形规律，二是通过超前探孔判明前方地质情况和含水状况。当钻孔显示前方地层出现软弱地质或涌水量较大时对探孔涌水量的压力、流量测试，对水量来源进行分析判断。在断层破碎带如果突发出现钻孔涌水，必须采用快速堵水技术,以防大量水涌出，带动破碎土体流出，产生伴随性的突水涌泥现象.根据超前地质预报的情况，确定隧道将不可避免经过含水不良地质地带时,不能按常规施工方法开挖，必须采取一定的地层加固方法，这种处理措施必须在隧道开挖到该地层之前处理。具体采取加固位置必须由超前探孔进一步判明,以保证掌子面预留一定的止浆墙，防止泥水突然涌出.探孔施工必须特别谨慎，采用全断面注浆时，首先按探孔设计图进行分区分片探测，进一步确定不良地质地层含水状况,为防止钻孔过程中揭穿含水地层的突泥突水导致施工安全，因此，在遇到可能出现地下水地带，应造设止浆墙，安设孔口管，准备好堵水、防灾材料，准备好各种救护材料并防止高压水冲出钻杆.3）快速堵漏快速堵漏是指在施作超前探孔、超前预注浆孔、钻进开挖爆破孔过程中突然涌水的处理技术。海底隧道施工中,要经常采用TSP、红外线探水、电探、超前钻孔等方法对前方的地质情况进行探测,以采取适当的施工措施防止坍方和突水涌泥的发生。利用TSP、红外线探水、电探方法能探明前方一定范围内大致的地质情况，超前探孔则可以直观反映出地层的结构、产状和位置。如果前方经过TSP、红外线探水、电探等手段探测表明可能发生突水，就要用超前探孔进一确精确定位。超前探孔钻进一定深度后，埋设孔口管，一旦发生突水，可在孔口管上安装闸阀，并连接注浆管进行注浆堵水。在超前预注浆钻孔出现大量涌水时，应立即停止钻进，在钻孔部位安设空口管，掌子面喷射同封闭，当水量很大喷射而出时,首先固定好排水的孔口管,施作止浆墙的方式封闭掌子面，然后用闸阀逐步关闭出水孔，通过注浆方式填充堵塞出水通道，进行全断面注浆加固地层。钻爆破孔时遇到突水,主要有两个原因：一是在准备开挖爆破未进行超前地质预报，钻孔时揭露含水构造(如含水断层、裂隙发育带、岩溶裂隙或岩溶管道、砂卵石层等）而突水;二是虽然经探测有水并且进行了注浆，但可能仍有部分的裂隙未加固到，当钻孔揭穿时发生突水。对于爆破孔的突水，要针对不同的情况采取不同的措施进行处理：①涌水量和涌水压力不大，可在钢管上缠绕麻丝,强行打入孔内,然后注浆堵水。②涌水量和涌水压力都比较大，而围岩较好时，可在涌水孔旁边钻泄水孔，泄水孔要打到涌水孔的中部，使涌水孔的水量和水压分流，如果一个泄水孔不能满足要求，可增加泄水孔的数量，然后堵塞涌水孔，从分流孔注浆堵水。需要注意的是，泄水孔要钻到涌水孔的通道上,如果泄水孔直接进入含水层，当水压和水量很大时，则有可能使总的涌水量增大，更难于治理.⑨当涌水量和涌水压力很大，而围岩较差时，可浇筑混凝土止浆墙封闭后再进行注浆堵水。4）注浆封堵海底隧道施工地下水及施工用水全靠水泵抽排而出，隧道开挖一定进度后，需要设立储水基坑，并安置大流量、双系统抽水水泵。涌水量小时,能顺利排出;涌水量大时,抽排水能延迟积水高度,为人员撤离和处理提供条件，有条件时在掌子面设置砼止水墙，无条件时则在关闭防水闸门后施做砼止水墙，然后通过注浆充填涌水通道，达到加固围岩，继续开挖的目的。5)迂回导坑或利用服务隧道绕行海底隧道在不良地质地带施工时，由于遇到突水涌泥的威胁，隧道施工进度受阻，处理困难，如果等各种条件都具备再往前施工，将会极大地影响施工进度.根据地质超前预报能够回避不良地质地带时，采用迂回导坑法施工，穿越不良地质地带，在两面夹击，处理不良地质地带,将会大大加快施工进度,保障隧道施工安全。4.4结语本章首先简要的介绍了事故树法原理，然后利用事故树法对海底隧道突水涌泥事故做了详细的分析，最后根据海底隧该道的现状，针对分析结果做出了相应的风险对策.第五章基于模糊理论的海底隧道施工风险分析与安全评价5。1海底隧道施工风险综合评价模型海底隧道工程项目具有工程量大，结构复杂、施工工序多、地质条件复杂等特点，请专家直接针对整个项目进行风险辨析，找出施工风险因素并进行量化，是非常困难的.但如果分部分项对工程进行分解，将隧道施工风险转化为由各子项工程的不确定性引起，这就便于对工程项目各子项工程施工的风险进行辨识并量化，然后采用适当模型计算整个工程的施工风险，这要比针对整个项目进行风险辨识容易得多。5。1.1模糊理论一、模糊理论的概念是以模糊集合[19]（fuzzyset）为基础，其基本精神是接受模糊性现象存在的事实，而以处理概念模糊不确定的事物为其研究目标,并积极的将其严密的量化成计算机可以处理的讯息,不主张用繁杂的数学分析即模型来解决模型。它可分类为模糊数学，模糊系统,不确定性和信息，模糊决策这五个分支,它并不是完全独立的，它们之间有紧密的联系。二、模糊理论的优缺点模糊理论的优势在于：(1)它为现实世界中普遍存在的模糊、不清晰的问题提供了一种充分的概念化结构，并以数学的语言去分析和解决它们.它特别适合处理那些模糊、难以定义的并难以用数字描述而易于用语言描述的变量。（2)海底施工潜含的各种风险因素很大一部分难以用数字来准确定量描述，但都可以利用历史经验或专家知识，用语言生动地描述出它们的性质及可能的产生的后果。（3)模糊数学处理非数字化、模糊、的变量有独到之处，该方法能提供合理的数学规则去解决模糊变量问题，这一特性适合解决海底施工存在的潜在风险问题.模糊理论的缺点在于：（1）模糊控制的设计尚缺乏系统性，这对复杂系统的控制是难以奏效的.所以如何建立一套系统的模糊控制理论，以解决模糊控制的机理、稳定性分析、系统化设计方法等一系列问题。(2）如何获得模糊规则及隶属函数即系统的设计办法，这在目前完全凭经验进行.(3)如何保证模糊控制系统的稳定性即如何解决模糊控制中关于稳定性和模糊性问题。5.1.2层次分析法原理AHP［20]运用于实际评估问题中，可以简单地描述为：确定指标体系一建立递阶层次结构一确定权重一多指标综合。权重的确定是AHP解决的核心问题，它是在专家调查的基础上运用数学方法，在一定程度上减少了专家主观因素的影响。具体步骤如下:第一步:建立递阶层次结构这是确定权重过程中最基本、最重要的一步.首先要把复杂的问题分解为称之为元素的各组成部分，把这些元素按属性不同分为若干组，以形成不同层次。同一层次的元素作为准则，对下一层次的某些元素起支配作用，同时它又受上一层次元素的支配。这种从上而下的支配关系形成了一个递阶层次，如图(5—1)所示.其中各层次的含义为［21］：最高层及目标层：表示解决问题的目的，即层次分析要达到的总目标.中间层(也称准则层）：表示采取某种措施、政策、方案等来实现预定总目标所涉及的中间环节。最低层：表示要选用的解决问题的各种措施、政策、方案等。评估目标指标评估目标指标1指标2指标n子指标子指标子指标指标层子指标层图5-1递阶层次结构示意图第二步:构造判断矩阵[22］在建立递阶层次结构以后，上下层之间元素的隶属关系就被确定了。假设同层共有n个元素将所有因素对上一层元素的重要程度进行成对比较，如与比较，使用1～9的比例标度来反映它们的相对重要性，标度的含义见表(5-2).若与相比得，则与相比的判断为=，从而可以得到一个的判断矩阵.第三步：计算单一准则下元素的相对权重对于矩阵先算出其最大特征值，然后求出其相应的特征向量，即，这时的个分量即相应个因素的权重.计算矩阵特征值和特征向量的方法很多，在精度要求不高的情况下，可以用近似方法计算和。最常用的方法是和法和根法.第四步：计算各层元素的组合权重为了得到递阶层次结构中每一层中所有元素对总目标的相对权重，需要把第三步的计算结果进行适当的配合，并进行总的判断一致性检验。这一步骤是由上而下逐层进行的，最终计算得到递阶层次结构的权重。5.1。3模糊层次综合评估方法原理模糊层次综合评估方法不像经典的综合评判那样通过简单的打分，然后用总分法（求和）或加权平均得出一个总分进行排序来完成，它必须进过建立评估对象的因素集和评判集，用专家评定或其他方法生成判断矩阵,再通过适当的模糊算子进行综合评估。模糊层次综合评估方法分为（1)单因素评判；（2）多层次模糊综合评判模型；由于本论文涉及因素不是特别复杂所以将采用较简单的单因素评判法进行评估。单因素评判法的步骤如下:第一步：建立因素集设为种因素所构成的集合，称为因素集；第二步：建立评判集设为种判断所构成的集合，称为判断集;第三步：生成判断矩阵通常情况下,用专家评定、打分、统计或者建立模糊隶属函数的方法［23］生成判断矩阵。第四步:计算综合评估向量第五步：对综合评估向量进行集化综合评估向量是一个模糊向量,考虑到实际的评判结果总是清晰的，所以还需对所得向量进行集化（或清晰化），以确定综合评估级别。集化的方法通常有以下几种：1)最大隶属度法;2)中位数法；3)分段赋值法;5.2评价体系的确定建立合理的安全评价指标体系是对海底隧道施工现场进行全面安全综合评价的关键，是进行综合评价的基础,评价指标的选取是否适宜,将直接影响综合评价的结论。根据国家有关安全法规、条例、标准和规定，以《施工企业安全生产评价标准》和《建筑施工安全检查标准》为基础建立隧道施工安全的评价指标体系。在海底隧道施工过程中发生事故是不可避免的，根据相关资料统计可知，在所有海底隧道建设事故中塌方是最为常见的事故，也是人员伤亡、设备损坏、经济损失最为严重的事故，所以本文对海底隧道塌方事故做一些研究探讨，导致塌方的原因主要有三个方面的因素，如地质因素、施工方法因素、支护措施因素。地质因素包括围岩扰动、侧壁岩体的滑移和不良地质（岩溶、富水断层破碎带、黄土地质）,施工技术方法因素包括爆破震动、注浆未达预期效果、开挖进尺过大、违章施工。支付措施因素包括超前支付、初期支护、二次衬砌支护。自然环境因素包括地震、海啸.还有现场管理因素包括安全生产责任制、安全机构设置、安全监督检查、现场施工管理.根据0施工风险辨识所得到的海底隧道施工风险因素，总结先前海底隧道施工风险分析的资料和信息数据，结合风险分析管理专家的经验，对海底隧道施工过程中潜在的风险因素进行辨析，并利用层次分析法(AHP)建立如表（5-1）所示的评价指标。表5-1海底隧道施工塌方风险指标海底隧道施工塌方风险地质因素围岩扰动大侧壁岩体滑移岩溶富水断层破碎带施工技术方法因素爆破震动注浆未达预期效果开挖进尺过大违章施工支护措施因素超前支护初期支护二次衬砌支护现场管理因素安全机构设置安全生产责任制安全监督施工现场管理自然条件因素地震海啸海底隧道施工塌方风险因素海底隧道施工塌方风险因素地质因素施工技术方法因素支护措施因素现场管理因素自然条件因素图5—2海底隧道施工塌方风险指标体系地质因素地质因素围岩扰动大侧壁岩体滑移岩溶富水断层破碎带指标层（Aij）图5-3地质因素指标体系施工技术方法因素施工技术方法因素爆破震动注浆未达预期效果开挖进尺过大违章施工图5-4施工技术方法因素指标体系支护措施因素支护措施因素超前支护初期支护二次衬砌支护图5—4支护措施因素指标体系现场管理因素现场管理因素安全机构设置安全生产责任制安全监督施工现场管理图5—5现场管理因素指标体系自然条件因素自然条件因素地震海啸图5—6自然条件因素指标体系5.2.1建立模糊综合评价模型的因素集因素集是由影响评判对像的各个因素所组成的集合，是模糊综合评价是否科学的关键，模糊评价因素集用U表示，U={,，……，}其中（=1,2，……，n)是若干影响因素，在模糊综合层次分析法中层次之间尽可能全面，又要突出特点.将海底隧道施工阶段出现的塌方事故看成一个系统，应用模糊层次分析法构建海底隧道施工阶段塌方事故因素集的有序阶梯层次结构，如下表所示，其数学表达式为：，其中，，，，.5.2.2建立模糊综合评价模型的评价集评价集是由对评价客体可能作出的评判结果所组成的集合，表示为={,，．．．．，}，其中元素（=1,2，．．．．，n）是若干可能做出的评价结果。模糊综合评判的目的就在于通过综合考虑评判对象的所有影响因素,从评价集中获得一个最佳的评判结果。本文对海底隧道施工阶段塌方进行安全评价,把海底隧道施工阶段塌方对施工安全分为五级，分别对应=｛安全，较安全,安全性一般，较不安全，不安全}。5.2.3建立模糊综合评价模型的权重集1）权重集的确定权重集是指评价因素体系中各类因素的权值反映了该因素在海底隧道施工阶段塌方对安全施工的评价指标体系中的重要程度,科学合理的确定评价因素权值是海底隧道施工阶段对施工安全评价体系构建至关重要。在本文研究中采用层次分析法（AHP）来确定个评价因素的权值，层次分析法中同一层次的评价因素可以按照1～9标度法［24]结合两两比较的评价因素打分下表。构造判断矩阵，计算出各种对应因素指标的特征向量，即各因素指标的分权重，同时对每一层权重进行一致性检验，确保权重的科学性，在科学的基础上进行计算，才能保证得出的权重值的科学性、正确性、规范性.这样计算出来的矩阵才符合评判标准，使评价结果尽量接近现实的状况。以下是海底隧道施工阶段塌方对施工安全的各级评价因素权重的确定过程。表5—2判断矩阵1～9标准规则元素标度规格1以上一层某个因素为准则,本层次因素与元素相比，具有同样重要3以上一层某个因素为准则，本层次因素与元素相比，比稍微重要5以上一层某个因素为准则,本层次因素与元素相比，比明显重要7以上一层某个因素为准则，本层次因素与元素相比，比强烈重要9以上一层某个因素为准则，本层次因素与元素相比，比极端重要为两两比较的评价因素打分值,其取值也可以取上述标度的中值2、4、6、8及其倒数,即若因素与因素比较得则因素与因素比较得1/2)一致性检验［25］[26]单排序权值一致性检验时由于客观事物的复杂性，会使判断带有主观性和片面性,完全要求每次比较判断的思维标准一致是不大可能的。所以在判断时希望大体上是一致的，一旦判断矩阵偏离一致性，评价的可靠度就值得怀疑，最后得出的结果偏差很大,失去评价的意义。因此，对于每一层次作单准则排序时,均需要作一致性检验。设比较判断矩阵A为n阶正互反矩阵，W为权重排序向量，,且，若比n大的多，则A的不一致程度就越重.令,其中为A的最大特征值,CI可作为衡量不一致程度的数量标准,称CI为一致性指标。对于具有一致性的正互反判断矩阵来说，CI=0.由于客观事物的复杂性和人们认识的多样性,以及认识可能产生的片面性跟问题的因素多少、规模大小有关，仅仅依靠CI值作为A是否具有满意一致性的标准是不够的.为此，引进了平均随机一致性指标RI，对于n=1～4的平均随机一致性