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基于HHM的地铁盾构施工安全风险因素识别研究毕业论文

 2020-02-17 10:02  

摘 要

地铁盾构施工有着持续时间长、技术难度大、不确定因素多等特点。目前中国许多城市盾构法地铁施工安全事故频发,风险控制能力有待提高。良好的风险控制需要系统的风险因素识别支持,但目前针对地铁盾构安全风险因素识别的研究往往从单一视角出发,存在不系统,不完整的缺陷。

因此,本文采用等级全息建模方法(HHM)对地铁盾构施工的安全风险因素进行系统完整地识别研究。将地铁盾构施工进行详细、系统的分解,构建多视角、多层次的HHM框架,利用该框架系统完整地识别地铁盾构施工安全风险因素,并得出安全风险因素清单。最后,以南京地铁TA15标为例,将HHM安全风险因素识别框架代入进行识别,并得到了105个安全风险因素,为之后的安全风险因素的分析打下基础。

关键词:地铁盾构施工;等级全息建模方法;安全风险因素识别;安全风险

Abstract

Shield construction of subway is characterized by long duration, great difficult technologies and many uncertain factors.At present, shield construction safety accidents are frequent in lots of Chinese cities, and the risk control ability needs to be improved.Good risk control requires systematic risk factor identification, but the current study on safety risk factor identification of subway shield usually aim at a single perspective, with defects of incomplete system.

Therefore, this paper adopts hierarchical holographic modeling method (HHM) to systematically and completely identify safety risk factors of subway shield construction.The detailed and systematic decomposition of subway shield construction was carried out to construct a multi-perspective and multi-level HHM framework. The framework system was used to completely identify safety risk factors of subway shield construction and draw a list of safety risk factors.Finally, taking the TA15 standard of Nanjing metro as an example, the HHM safety risk factor identification framework was substituted for identification, and 105 safety risk factors were obtained, which laid a foundation for the subsequent analysis of safety risk factors.

Key words:Subway shield construction;Hierarchical holographic modeling method; Identification of safety risk factors;Safety risk

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究目的及意义 1

1.2.1 研究目的 1

1.2.2 研究意义 2

1.3 国内外研究现状 2

1.3.1 国外研究现状 2

1.3.2 国内研究现状 3

1.3.3 文献评述 4

1.4 研究的基本内容、拟采用的技术方案及措施 5

1.4.1 研究内容 5

1.4.2 技术方法 5

1.4.3 技术路线 6

第2章 基本理论 7

2.1 地铁盾构施工的概念、分类与特点 7

2.1.1 地铁盾构施工的概念 7

2.1.2 地铁盾构施工的分类 7

2.1.3 地铁盾构施工的特点 8

2.2 地铁盾构施工安全风险因素及其识别理论 8

2.2.1 地铁盾构施工安全风险因素的内涵 8

2.2.2 地铁盾构施工的安全风险因素特点 9

2.2.3 风险因素识别理论概述 9

2.3 等级全息建模(HHM)概述 10

2.3.1 等级全息建模的概念 10

2.3.2 等级全息建模的一般风险因素识别框架 11

2.4 本章小结 12

第3章 基于HHM的地铁盾构施工安全风险因素的框架建立及其识别 13

3.1 地铁盾构施工安全风险因素识别的HHM框架 13

3.2 基于HHM的地铁盾构施工安全风险因素识别 15

3.2.1 地铁盾构施工环境因素子系统的安全风险因素识别 17

3.2.2 地铁盾构施工设备因素子系统的安全风险因素识别 18

3.2.3 地铁盾构施工人为因素子系统的安全风险因素识别 20

3.2.4 地铁盾构施工安全风险因素清单 21

3.3 本章小结 23

第4章 南京地铁TA15标安全风险因素识别实例研究 24

4.1 工程概况 24

4.1.1 工程简介 24

4.1.2 水文地质条件 24

4.1.3 施工重难点 24

4.1.4 盾构掘进概述 25

4.2 基于HHM的南京地铁TA15标地铁盾构施工安全风险因素识别 26

4.2.1 南京地铁TA15标盾构施工环境因素子系统的安全风险因素识别 27

4.2.2 南京地铁TA15标盾构施工设备因素子系统的安全风险因素识别 29

4.2.3 南京地铁TA15标盾构施工人为因素子系统的安全风险因素识别 30

4.2.4 南京地铁TA15标盾构施工安全风险因素清单 33

4.3 本章小结 35

第5章 结论与展望 37

5.1 结论 37

5.2 展望 37

参考文献 39

致谢 41

第1章 绪论

    1. 研究背景

在法国、美国等国家的很多城市,为缓解城市的交通状况,许多城市选择以地铁为主的交通方式,美国纽约地铁占城市交通总客运量的70%以上;法国巴黎地铁客运量占城市交通客运量的70%以上;在英国伦敦也采用以地铁为主要的公共交通方式。截止至2018年8月,我国建有铁路系统的城市已达到35个,预计至2020年,建有地铁系统的城市将会达到50个左右。

近些年,世界各地的城市地铁施工中盾构法运用广泛,盾构法施工工艺发展快。但地铁盾构施工有着持续时间长、技术难度大、不确定因素多等特征,并受施工段环境因素、盾构设备因素和施工人为因素的影响,地铁盾构施工在不同的施工过程中存在着各种安全风险因素。

目前中国许多城市盾构法地铁施工安全事故频发。2007年,南京地铁2号线发生大量涌水涌砂导致路面大面积坍塌;2015年,武汉轨道交通3号线在施工过程中发生气体爆炸导致2人死亡;2017年,厦门地铁2号线海东区间右线盾构减压过程中发生火灾,造成两人死亡;2018年,佛山市轨道交通2号线坍塌导致十一人死亡、八人受伤、一人失踪。这几起重大事故充分说明了地铁盾构施工中的安全风险因素不能忽视,我国安全风险因素的识别不够全面系统、控制与管理尚不成熟。因此,进行完整的、详尽的安全风险因素识别成为了一个风险管理人员和社会大众日益关注的问题。只有进行完整的、详尽的安全风险因素识别,才能进行项目风险评估,更好的保障项目安全的进行。

    1. 研究目的及意义
      1. 研究目的

本文的目的在于运用等级全息建模(Hierarchical Holographic Modeling,HHM),建立地铁盾构施工的多个场景,构建地铁盾构施工的HHM框架,指导安全风险因素识别,从而对地铁盾构施工中的安全风险因素进行全方位,多层次的识别,列出详细的安全风险清单,为之后的安全风险因素的分析打下基础,从而尽可能的规避和预防施工过程中的安全风险。

      1. 研究意义

(1)理论意义

地铁盾构施工持续时间长、技术难度大、不确定因素多。将等级全息建模运用于地铁盾构施工的安全风险因素识别,构建安全风险因素识别框架,弥补了其安全风险因素识别理论的不足,拓宽并完善了安全风险因素识别的方法。

(2)实际意义

地铁盾构施工需要对整个系统的安全风险进行分析,从而进行管理、决策、制定应急方案并对施工过程进行指导。而其前提是对施工安全风险因素进行系统、全面的识别,识别的详尽程度和质量直接影响到施工安全风险的分析和评价,不够全面将导致施工存在潜在的风险因素未能及时地识别和预防。本文采用HHM(等级全息建模)进行风险因素识别,能够对地铁盾构施工进行系统的识别,发现以往容易忽略的安全风险因素,为风险的评估、分析和评价打下基础,从而减少安全风险因素对项目的影响,从而尽可能的规避和预防施工过程中的安全风险。

    1. 国内外研究现状
      1. 国外研究现状

(1)地铁盾构施工安全风险因素识别的研究

Heeyoung Chun等提出了一种基于贝叶斯网络的盾构施工中盾构掘进机风险分析模型,并考虑了地质风险因素和盾构机类型因素,系统地识别了隧道施工过程中可能发生的潜在风险事件[1]

Ki-Chang Hyun等对盾构掘进机在掘进过程中发生不良事件的潜在风险进行了探讨和风险辨识,对盾构掘进机的总体风险水平进行了系统的评价。并采用故障树分析和层次分析法进行风险分析,考虑风险的概率和影响[2]

Eun-Soo Hong等识别并分析了采用土压力平衡型隧道掘进机进行水下隧道开挖的风险,并采用事件树分析法对隧道设计初期的风险进行量化,进行了定量的风险评估,分析了不同风险路径的发生概率和临界点[3]

Rita L.Sousa基于贝叶斯网络, 以葡萄牙波尔图地铁为例,利用隧道掘进机性能数据对地质进行关联和预测。将地质勘察与施工管理决策模型相结合,前者允许预测隧道施工前的地质情况,后者允许在不同的施工策略中选择风险最小的施工策略[4]

(2)HHM在风险识别的运用现状

Ivan K.W. Lai等以纺织业为例,运用HHM框架,提出一种混合风险管理模型,侧重于识别和评估行业或企业层面的潜在风险场景,以帮助防范不利风险的负面影响[5]

Lambert James H等使用HHM来识别一个大型(10亿美元)软件和数据库系统的风险来源, 并根据风险的不确定性和可能发生的危险,对确定的风险源进行筛选和排序[6]

Qiuxiang Jiang等采用等级全息建模法对水资源系统风险进行识别,并运用RFRM对识别出的风险进行筛选、排序和管理。利用HHM框架将水资源系统划分为11个主要层次和39个子系统[7]

Song T等以隧道工程为对象,采用等级全息建模法基于隧道工程的特点将隧道工程进行分解,从而更完整地找到风险源。从而为之后的风险分析大学基础 [8]

      1. 国内研究现状

(1)地铁盾构施工安全风险因素识别的研究

随着近些年我国地铁爆炸式的发展,目前有些学者已经针对一些案例进行了风险因素识别的研究。

宫本福等分析了先前北京地铁盾构施工的案例,对盾构施工过程中的主要风险进行了识别[9]

朱春雷等结合了杭州一号线一期工程中诸多国内外鲜见的技术和控制难题,对加泥式EPB盾构穿越钱塘江中的施工难点的风险进行了识别[10]

肖春春以兰州轨道交通 1 号线盾构施工为工程背景,在专家咨询的基础上,确定工程风险指标并建立了相应的风险识别体系,将风险归为6类,得到共40项风险因素[11]

宾彬针对灵官渡站~侯家塘站~东塘站实例地铁隧道盾构法施工流程进行分析,对其区间内下穿、临界多种建(构)筑物(尤其是距离与其他地铁隧道并行)的施工风险进行了识别[12]

另外,国内学者也拓展了许多地铁盾构施工的安全风险因素识别的方法。

刘文等应用统计方法开发结构化数据库,采用迭代自组织数据分析算法,将搜集到的 243个事件案例进行聚类分析,随后通过风险可能性计算推导出地铁盾构施工安全风险规律[13]

陈自海等通过模糊层次分析法,对杭州的某一个地铁盾构施工工程进行了风险的识别和分析[14]

赵晓周等采用失误树分析法辨识法,以回溯的方式追踪有可能导致系统破坏事件发生的因素,从而对盾构隧道邻近施工风险进行识别[15]

宋修元通过静态和动态相结合的风险辨识方法,采用三维程式风险识别法,将盾构施工风险源分为三大类:自然风险,盾构机适应性风险和人为风险,指出M项目地下隧道砂卵石地层盾构区间隧道的风险孕验环境、致险因子和风险产生机理[16]

宫培松等采用 WBS 编码方式对地铁施工安全风险进行层次划分,形成地铁施工安全风险结构列表,所有地铁施工安全风险都可在该列表中找到所属的位置,并分析各个过程中对安全风险产生的原因,并通过专家调查评价识别出了将近70个风险因子[17]

余宏亮针对地铁盾构施工过程中的始发与到达阶段进行分析,将其划分为五个子系统。对各个子系统进行风险产生后果、风险产生原因分析,列出风险清单,以此进行风险因素的识别[18]

曹靖综合应用了事故树法与模糊数学方法两种方法,并引入云模型改进专家定性评价和T-S 事故树改进逻辑关系,得出改进施工树法进行盾构隧道施工的风险识别与评价[19]

(2)HHM在风险识别的运用现状

杨足等立足于基础设施PPP项目全寿命周期利用HHM框架来识别基础设施PPP项目经济子系统、环境子系统、社会子系统在项目各阶段存在的风险[20]

刘颖璇运用HHM方法针对复杂的活动进行了风险因素识别,并构建了的 HHM 框架,在反复迭代的过程中,得出了10个主要的HHM子框架[21]

向鹏成等从可持续性表现的视角来探讨跨区域重大工程项目的风险识别,为往后研究此类项目的风险管理打下基础[22]

王恒昆利用HHM框架从多视角、多维度展现了公路工程项目社会稳定方面的基本信息,在此基础上层层剖析确定项目将面临的风险场景进而识别出所有的风险要素[23]

      1. 文献评述

从本节对地铁盾构施工安全风险因素识别研究以及等级全息建模法应用的国内外研究成果的具体阐述,可以看出:

(1)纵观国内外有关地铁盾构施工的安全风险因素识别的研究成果,不难发现,大多数学者仍是从诸如盾构掘进机的性能、地质对掘进机的影响、施工过程中的重难点等某一个视角或者层次出发,进行对安全风险的识别。鲜有研究是基于整个地铁盾构施工过程,从多个角度、多个层次,对整个系统进行完整地研究。

(2)许多学者将等级全息建模方法(HHM)用于公路工程项目、跨区域重大工程项目、基础设施PPP项目以及大型软件和数据库系统的风险识别,并取得了一定的成果。等级全息建模对于大型工程或项目的风险识别的适应性得到了广泛的认可。

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