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中图分类号:G6420;U45文献标志码:A文章编号:10052909(2016)03007204近年来,随着高速公路、铁路建设及城市地下空间开发的蓬勃发展,出现了越来越多的隧道工程,交通、市政建设领域对隧道工程专业技术人才的需求量不断增大。培养创新能力、应用能力及解决能力实际问题较强的应用型专业人才是地方本科院校的主要办学目标之一[1-2]。笔者在隧道工程教学过程中发现,该课程内容覆盖面广,且较为零散,采用按教材章节顺序进行授课的传统教学模式难以达到良好效果,亟需探索新的教学模式。
起源于德国的“模块化教学”[3]方法,可以较好解决上述问题。该方法是基于学习迁移理论基本原理,把课程内容分解成若干个部分,再将具有相同或相近主题的内容进行整合,形成具有内在联系的单元模块并进行教学[4-6],可以提高学生学习的灵活度,激发学生学习的积极性和主动性,进而提高教学质量。文章以武汉工程大学土木工程专业、道路桥梁与渡河工程专业为例,探索模块化教学方法在隧道工程课程中的应用。
一、隧道工程课程特点及教学现状
(一)内容覆盖面广
目前我校采用的教材是彭立敏、刘小兵主编的《隧道工程》[7],同时参考了丁文其[8]、覃仁辉[9]、朱永全[10]等主编的教材。这些教材的主要内容大体上包括:绪论、隧道勘测设计、隧道主体结构与附属结构、围岩分级与围岩压力、隧道支护结构的设计计算、隧道施工方法、隧道施工工艺及技术、高速铁路隧道、隧道常见病害及处治方法、隧道施工组织与管理、运营管理与维护等。可见,隧道工程课程内容涵盖面广,包含了规划、设计、施工、运营管理等过程的各个方面,既有基本概念和理论,又有施工工艺和方法;既包含技术层面问题,又包含管理层面问题。
(二)主要内容之间独立性强
隧道工程课程不仅知识点多,而且其主要内容之间具有较强的独立性。如隧道勘测设计、围岩分级、围岩压力等,主要涉及工程地质、岩土工程勘察、岩体力学等知识;隧道主体结构与附属结构,主要涉及建筑结构等知识;隧道施工,主要涉及工程爆破、工程机械等知识;隧道支护,主要涉及岩土工程、建筑材料等知识。
(三) 与先行课程关系密切
隧道工程课程一般在第七或第八个学期开设,在此之前,学生应修完所有专业基础课和大部分专业方向课,掌握相应的专业基础知识。该课程的主要内容和先行课程之间存在密切联系,具体见表1。表1隧道工程课程主要内容与先行课程关系课程内容相关先行课程隧道工程勘测设计工程地质、工程测量、道路勘测设计隧道主体、附属结构建筑结构、钢筋混凝土结构围岩分级、围岩压力、支护结构计算工程地质、岩体力学、材料力学、弹性力学、钢筋混凝土结构隧道施工土木工程施工、施工组织与管理隧道支护岩土工程、建筑材料、地下结构防水隧道通风及高速铁路隧道空气动力学问题流体力学、施工组织与管理(四)教学困境
综上,隧道工程课程内容庞杂,涉及土木工程专业大部分基础知识,导致学生在学习该课程时存在理解不透彻、记忆不深刻等问题,学习积极性普遍不高。如何激发学生学习兴趣,是授课教师面临的一大挑战。
另一方面,隧道工程课程内容具有较强的综合性,如将这些零散的内容按照某种属性或规律进行适当归纳、分类,使之成为若干个相互联系的有机整体,则不仅能够提升学生的学习兴趣,还可以帮助学生构建专业知识体系,使学生对专业知识的认知和理解上升到新的高度。
二、模块化教学设计
针对上述问题,采用模块化基本理论和方法,并根据涉及科学、工程问题的不同,将隧道工程课程主要内容归为基本概念、地质及力学问题、施工方法、新技术新方法、运营管理与维护等5个模块(表2),具体分述如下:
(一) 基本概念模块
主要包括隧道的定义、分类、发展历史、隧道主体结构与附属建筑等。隧道工程是地下工程的一种,有别于一般建筑工程,该模块主要介绍隧道工程中的名词、定义及相关基本知识。
(二)地质、力学及支护结构模块
主要包括隧道工程勘测设计、围岩分类、围岩压力、隧道支护结构的计算等。隧道修建在岩土体中,其支护结构的形式主要取决于围岩的工程特性,隧道开挖与支护的核心问题是围岩力学特性及围岩与支护结构的相互作用,即围岩的地质力学问题。
(三)传统施工方法模块
主要包括钻爆法施工、掘进机法施工、隧道辅助施工作业、新奥法等。根据隧道工程所在岩土体性质的不同,可以分为岩质隧道和土质隧道。岩质隧道多采用钻爆法或掘进机法施工,土质隧道多采用盾构法(掘进机法的一种)。新奥法不是具体的施工方法,但目前几乎所有隧道的施工都采用新奥法的基本理念和原理。
(四)非传统施工方法模块
主要包括高速铁路隧道工程、城市地铁隧道工程、海底隧道工程等。近年来出现了上述特殊环境和技术条件下的隧道工程,与之配套的新技术、新方法也日趋成熟,其占有重要地位。
(五) 施工管理与运营维护模块
主要包括隧道施工组织管理、运营阶段的养护与维修等。隧道工程是隐蔽工程,在施工过程中作业空间有限,作业环境危险性高,且各工序之间相互干扰大。在正常运营阶段,车辆冲击、废气排放、地下水、围岩等因素对衬砌耐久性造成不利影响,隧道交通事故、火灾等更是会造成严重后果。这两个方面的问题均需要通过实施管理来解决。表2隧道工程教学内容模块化设计(Ⅰ)编号模块名称主要内容学时分配1基本概念隧道分类及发展历史1隧道主体结构2隧道附属结构12地质、力学及支护结构隧道工程勘测设计2隧道围岩分类1隧道围岩压力1隧道支护结构的计算13传统施工方法钻爆法施工2掘进机法施工1隧道辅助施工作业2新奥法24非传统施工方法高速铁路隧道工程2城市地铁隧道工程1海底隧道工程15施工管理与运营维护隧道施工组织管理2隧道运营阶段养护与维修2上述方法是将隧道工程作为土木工程的一个分支学科来进行探讨,包括理论、方法和工程技术等多个方面。此外,和桥梁工程、道路工程、房屋建筑工程一样,也可以将隧道工程作为工程项目的一种,相应的课程主要内容围绕隧道工程从规划到设计、施工,再到后期管理等。按照该思路,可以将隧道工程课程的内容划分为:隧道工程基本理论与基本概念、隧道工程规划选址与设计、隧道工程施工、隧道运营管理4个模块,这4个模块则直观反映了隧道工程项目建设的大体流程(图1)。
三、模块化教学实施及效果评价
武汉工程大学土木工程专业创办于1992年,是学校“十二五”重点建设学科之一,为一级学科硕士学位授权点、湖北省楚天学者设岗学科、省级品牌专业。该学科现设有建筑工程方向、交通土建方向,以及道路桥梁与渡河工程。隧道工程是我校土木工程专业(交通土建方向)及道路桥梁与渡河工程专业学生的专业方向课。2014年开始,将上述模块化教学方法应用于我校土木工程专业(中英班)、土木工程专业(交通土建方向)及道路桥梁与渡河工程专业的隧道工程课程。
首先,按照表2中的方法,从内容属性的角度出发进行模块划分,在讲授每一个模块之前,提醒学生复习与之相关的课程内容;在讲授课程的过程中,提醒学生讲授的内容涉及哪些专业基础知识,从而让学生认识到专业基础知识对于后续专业课学习的重要性。其次,在每一个模块内容讲授完毕时,归纳总结该模块的主要内容,详细分析将这些内容作为一个模块的原因,让学生理解同一模块中各部分内容之间的内在联系。再次,在全部课程内容讲授完毕时,引导学生回顾课程内容,分析各部分内容之间的逻辑关系,帮助学生建立专业思维,构建专业知识体系。最后,采用上述工程项目建设阶段模块(图1),引导学生再次回顾教学内容,可以有效促进学生的开放性思维,并全面提升学生运用专业知识分析和解决工程问题的能力。
经过一年多的模块化教学探索和实践,该课程教学取得了一定成效,学生的学习积极性得到普遍提升。学生反映,在学习隧道工程课程过程中,较全面地回顾了先行课程涉及到的知识,对专业知识体系的认识上升到了新的高度。
四、结语
基于学习迁移理论基本原理,按照涉及科学、工程问题的不同,将隧道工程课程内容分为基本概念模块以及地质、力学及支护结构模块、传统施工方法模块、非传统施工方法模块、管理与维护模块等。此外,按照工程项目建设的阶段,将该课程内容划分为:基本理论与基本概念、规划选址与设计、施工、运营管理4个模块。二者联系紧密,互为补充。实施该模块化教学方法,提高了学生的学习积极性,促进学生深入理解课程内容,培养学生运用专业基础知识分析、解决专业问题的能力,帮助学生构建专业知识体系,收到了良好效果。
需要指出的是,模块化教学方法绝不是简单地将课程内容划分模块分别讲解。在实际操作过程中,需要引导学生去分析、思考划分模块的依据以及各模块之间的内在联系,并站在教材编者的角度去分析课程的内容构成,从而帮助学生构建专业知识体系,培养学生善于运用专业知识分析和解决实际工程问题的习惯和能力。课堂上应适当组织学生进行研究性学习,并布置课程作业,充分发挥学生自主性,实现师生之间互动。
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[8]丁文其,杨林德. 隧道工程[M].北京:人民交通出版社,2012.
[9]覃仁辉,王成. 隧道工程[M].重庆:重庆大学出版社,2013.
[10]朱永全. 隧道工程[M].重庆:中国铁道出版社,2007.
摘要:岩爆与大变形是隧道工程施工中的需要进行考虑的重要问题,与隧道工程的岩体结构和应力作用有很大的关系。进行隧道岩爆以及大变形的综合集成预测分析,有利于提高隧道工程的施工工艺水平与质量效果。本文将应用数值模拟方法,以某隧道工程大埋深环境下围岩应力分布特征为例,通过模拟分析,对于该隧道工程施工中可能发生的围岩大变形以及岩爆部位进行预测分析。
关键词:隧道施工岩石爆破应力分布大变形爆破位置效果预测
某隧道工程为该地区二级公路的重要隧道工程施工标段,隧道全长约为4000多米,净宽约9米,净高约7.6米,是一个双向行驶的越岭特长人字坡单洞两车道隧道工程。在进行该隧道工程施工中,由于隧道施工地段位于盆地边缘的山区地形中,该地区的地质结构岩层活动强烈,以溶蚀高中山地形为主,山顶与山谷地区的高度落差值比较大,约在1100米到1800米之间,隧道施工地区的山岭地势走向与该地区的主要地质结构走向一致,该地区地形的主要地质结构走向为NWW向,地质结构的最大主应力分布方向为NEE向,与隧道工程的洞轴线趋于平行,隧道工程中围岩结构的应力作用方向与隧道洞壁相垂直。如下图1所示,为该隧道工程的地质岩层结构分布示意图。
本文将结合该隧道工程的大埋深环境下围岩应力分布特征,应用数值模拟方法进行隧道工程大埋深环境下的围岩应力特征模拟分析后,对于隧道爆破施工中的围岩大变形以及岩爆部位进行综合集成预测分析。
1、隧道岩层大变形与数值模拟分析研究
在上述隧道工程中,由于特殊的地质结构与环境特征,在进行隧道开挖掘进施工中,存在有一组软岩地质结构施工底层,由于软岩岩层本身的岩层强度比较小,因此,在进行该段特殊地质岩层结构的隧道掘进施工中,需要对于岩层的大变形问题进行分析,并通过数值模拟对于岩层大变形程度进行预测,以保证特殊岩层地质的隧道工程施工质量。如下表1所示,为该隧道工程软岩岩层的岩体强度参数表。
表1 某隧道工程软岩岩层的岩体强度参数表
在进行该软岩岩层地段的隧道掘进施工中,施工埋深设置在350米到800米之间,工程施工中岩体结构的最大主应力在12.03 Mpa到25.72 Mpa之间,岩体结构的垂直应力为10.41 Mpa到22.36 Mpa,水平应力作用为6.93 Mpa到15.93 Mpa,根据这一特殊地质结构岩层隧道工程施工中的埋深情况与应力作用大小,结合上表1所示某隧道工程软岩岩层的岩体强度参数值,在进行该隧道工程施工中,由于施工埋深设置比较大,并且地质结构应力作用也相对较大,而岩层结构中的岩体强度比较小,岩层软弱性比较高,因此,施工中需要对于岩层的大变形可能性进行模拟和预测分析。
在上述隧道工程施工过程中,根据对于隧道工程的施工观测,隧道出口端掘进施工至软岩岩层时,隧道工程中的掌子面正前方出现鼓包现象,其中,隧道工程中掌子面正前方的软岩岩层倾角明显比隧道两端对应岩层的倾角要小,表现为隧道掌子面正前方软岩岩层倾角大小在52度到58度之间,而隧道两帮岩层的倾角大小却在64度到67之间,倾角相差约为12度,并且在该工程的这一地区底部明显出现弯折现象,岩体极易产生破碎。如下图2所示,为该软岩岩层隧道底部变形示意图。
图2 软岩岩层地区隧道底部变形示意图
根据这一地区隧道工程表面的倾角变化与底部弯折变形情况,在对其原因分析中发现主要是由于该地区软岩岩层的岩体强度较弱,而与隧道轴线相平行的最大主应力较大造成的。根据该隧道工程出口段掌子面的这一岩层大变形情况,为了避免隧道施工中其他地区岩层出现大变形,对于隧道施工造成影响,特使用数值模拟方法针对隧道的两帮与拱顶部位,在隧道开挖施工后毛洞内的围岩变形情况进行数值模拟分析,假设隧道施工中埋深为440米,应力作用分别为岩体最大主应力为12.03Mpa,垂直应力为10.41 Mpa,水平应力为6.93 Mpa至15.93 Mpa之间。
2、隧道大埋深施工环境下岩爆模拟预测分析
在隧道工程施工中,岩爆是在高应力作用条件下,隧道工程的地下掘进施工导致围岩结构中应力作用重新分布,从而造成隧道围岩中的硬脆性岩体在短时间内产生的储备弹性应变能突然或者是快速的进行释放,发生岩体石块剥落以及弹射、抛掷等动力性地质灾害情况。通常情况下,一旦隧道工程施工中出现岩爆现象,其危害作用十分大。根据岩爆形成过程来看,在隧道工程施工中岩爆的发生多是与岩体能否进行足够大的能量储存以及岩体中是否储存了较高的能量、岩体储存能量释放方式、岩体中是否有释放的能量等有关,而在上述隧道工程施工中,软岩岩层地区的隧道施工,其岩层岩体的单轴抗压强度大小为58Mpa,施工最大埋深超过1100米,根据这一情况在对于该地区的地质勘查与计算推测后发现,较大埋深的隧道施工地段有可能会发生岩爆情况。同时,在对于隧道施工中岩爆的数值模拟分析中,将施工隧道以直墙圆拱隧道为主,以埋深值为900米,一次开挖成洞形式进行模拟计算,根据计算结果,在大埋深条件下,隧道施工中压应力较高地点容易产生岩爆。
3、结束语
总之,岩爆与大变形是隧道施工中,与应力作用有关施工问题与现象,对于隧道施工进度与安全质量有很大的不利影响,进行隧道岩爆与大变形的综合集成预测,有利于保证隧道施工的安全和质量,具有积极作用意义。
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关键词:岩石隧道工程;施工风险;风险分析
Abstract: with the rapid development of our economy and the construction technology unceasing progress, also obtained the rapid development of road and bridge construction enterprise in our country rock tunnel construction has entered a new stage of rapid development. Due to unforeseen in rock tunnel engineering construction safety factor is more, easy to cause accidents, to construction unit caused casualties and economic losses. Accordingly based on the current risk factors in the process of rock tunnel construction has carried on the system analysis, and the reasonable classification, in the process of construction of the implementation of the scientific and reasonable risk management, through effective risk analysis, using the techniques involved in the project risk effective control and reasonable treatment measures are put forward and solutions, reduce a lot of factors on the impact of the project, effectively reduce the accident risk, reduce disaster loss is of great significance for the construction units, so as to achieve the aim of reducing project risk.
Key words: rock tunnel project; Construction risk; The risk analysis.
中图分类号:U45 文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2013)
前言:因岩石隧道工程与其它工程相比,在施工的过程中经常会发生一些不可预见的风险,极易受到不良自然条件的影响,在施工过程中经常出现崩塌、岩爆等工程事故,给施工单位造成严重的人员伤亡与财产损失。因此最大限度地减小岩石隧道事故发生成为施工单位最为关注的问题。目前,无论是国外还是国内对岩石隧道工程风险的研究还不够深入,因此采用风险分析与工程事故统计分析的方法,对岩石隧道施工的风险进行系统的研究,有效避免岩石隧道施工中可能发生的各类风险因素,对施工单位工程的质量与安全保障有着极其重要的作用。
1、岩石隧道工程施工中的风险识别
我国是一个地貌十分复杂的国家,有75%左右的国土是山地或丘陵,随着世界科学、技术、经济的发展,对隧道工程在数量和难度上提出了更高的要求,如施工技术日趋安全化、自动化、省力化及系统化,岩石隧道施工中的灾害也在日益减少,但重大灾害或人员伤亡的情况与其他建设行业相比数量仍然较高,岩石隧道工程在施工的过程中所面临的风险因素较多,而且大多数风险事件的发生都无法提前预见,很难通过有效的数据累计确定风险事件发生的概率,也无法准确地判断其后果的严重程度。因此综合采用多种方法对可能发生的风险加以识别,对可能发生的风险进行准确预测、分析、识别,同时按类别形成一份合理的施工风险清单,为岩石隧道工程的施工安全提供有力保障。但风险识别仅仅是对风险事件发生的可能性进行预测过程,很容易受到主观因素的影响,如何确保预测的准确性,使预测结果更加符合岩石隧道工程的施工实际状况,首先要求数据来源必须准确可靠,基次要根据岩石隧道工程的施工特点采用分解的方法对风险进行分类,将可能存在的风险分解成多个容易识别的小系统,在不同的施工阶段采用不同的方法。再次对数据的分析必须科学合理。
2、岩石隧道工程施工中常见的风险事件
2.1施工技术风险和施工组织风险
岩石隧道工程中的施工技术风险主要包括:工地条件差,施工设备备件短缺、设备缺陷、设备故障或施工设备维修不当,新技术或新方法的应用失败,施工工艺的落后,施工技术方案以及项目计划需要调整,施工进度不合理,材料质量不合格,施工技术水平低,设计方案变更,爆破控制不得当,隧道轴线定位出现偏差,隧道变形超出计划控制或质量检测技术失误等。而岩石隧道工程的施工组织风险主要包括:施工组织设计是否合理,后勤供应是否有缺陷,季节性拖延等。
2.2岩石隧道工程施工现场风险
岩石隧道工程施工现场风险主要体现在地质资料的不全面,施工控制计划可操作性差,洞外有危石,工作面塌方或洞口滑坡,密封漏损,岩爆岩溶或瓦斯爆炸,突然有水涌出,硫化氢等有毒气体释放,以及人为造成的安全措施不完善、施工用电事故,通讯不畅,施工控制计划不完善等等。
2.3岩石隧道工程施工的自然风险、管理风险、社会风险及政治经济风险
岩石隧道工程中施工的自然风险主要气候条件、地质条件及地震、滑坡、洪水、雷击、严寒、高温、雨季等各种突发性的自然灾害。岩石隧道工程中施工的管理风险包含管理措施有误、管理制度不完善、安全事故、被盗、材料和设备着火或行政干预、合同管理不完善等。社会风险包含技术失败、协调不善、环境保护罢工、安全规则和污染等因素。政治经济风险含法律法规政策约束、政局稳定性、冲突与战争、项目获准的不确定性、市场预测失误、经营管理不善、贸易条件变化、供求关系转变、价格波动、通货膨胀、资金供应和汇率变动等,以上各种因素均会影响到岩石隧道工程的施工。
3、岩石隧道工程施工中的风险评估
在岩石隧道工程施工的过程中,以统计资料和专家评判为基础,采用概率法对风险因素发生概率和后果进行评估。在目前的施工风险评估中所采用统计和风险分析的方法主要有:定量概率树分析、敏感度分析、德尔菲方法、层次分析法、影响图方法、蒙特卡洛法和模糊综合评判方法等,从具体的步骤上来说岩石隧道工程施工的过程中分为风险估计和风险评价两个方面。
3.1岩石隧道工程施工中的风险估计
在风险估计过程中,要以历史资料为依据,对施工项目活动的相关风险事件进行具体分析,在大量的施工实践与长期积累的经验中,对施工进度产生影响的风险事件发生的可能性及其程度大小进行估计,并对所有的风险因素发生概率及其带来的后果的严重性进行有效评估,做出风险因素发生概率及其损失的统计表。然后对所有的风险因素根据其概率进行随机组合,得到各种不同的风险组合,进而也就得到了每一种情况的概率和损失,将所有情况综合即可得到研究对象的每一个参数的概率分布。
3.2岩石隧道工程施工中的风险评价
在岩石隧道工程施工的过程中的风险评价指的是评估已识别风险影响和可能性确定风险量的过程,根据风险估计的结果对风险因素进行定性排序。尽管分析方法有很多种,但在实际的施工中应用最广的只有"风险量=概率×风险影响程度",采用这种方法,计算出每一个风险的风险量,绘制水平矩阵或坐标曲线。以这种分析方法为基础,根据工程本身的重要程度确定权重,即可以清淅的找到风险管理的重点。
4、岩石隧道工程施工中的风险控制措施
4.1根据风险评估的结果采取相应的措施
岩石隧道工程的风险控制措施有风险缓解,风险自留、风险转移,施工单位可以根据风险量的大小及企业自身的风险承受能力,采取最佳的应对方式。
风险缓解是指施工单位采取一定的预防措施或纠正措施,采用合适的应急方案,将岩石隧道施工中的风险事件的发生概率与不良后果尽可能的降低。风险转移则是采取一定的方式方法将施工风险转移给他人承担的方式,由他人承受风险事件的后果并享受风险事件未有发生所带来的收益。但是这种方式并没有完全消除风险,只是把风险承担的主体改变了,目前风险转移主要有保险或分包两种形式,由于我国有关隧道方面的保险费率研究相对比较落后,而且分析基本上是由保险公司单方面进行,业主基本上不作相应研究,所以工程保险对施工单位来讲仍然存在很大风险。而风险自留则是施工单位通过对施工风险进行预测、识别、评估和分析,明确风险的性质及可能产生的后果,由自己承担风险所造成的一切后果,因此施工单位要采取相应措施进行防治,尽可能消除那些会造成人员伤亡或重大工程事故的风险。例如在混凝土浇注中的混凝土搅拌质量风险,分项分部工程工期风险,加强隧道开挖后的支护以及加强施工检测等。
4.2制定严格的规章制度
建立健全的岩石隧道施工风险管理制度是降低施工风险的重要手段之一。施工单位要配备专业的施工风险管理人员,成立专门的组织机构,对可能发生的风险实行全过程的动态监控与管理,以提高施工企业的抗风险能力,在最大程度上降低施工风险。
结束语
总之,岩石隧道的施工风险,是每个施工企业都十分关注的问题,在施工的过程中对可能发生的风险进行系统的识别、分析、评价,并提出合理的预防措施,为岩石隧道工程的安全施工提供有力保障,对我国岩石隧道施工的发展具有重要意义。
参考文献
关键词:隧道施工;风险管理;措施;
Abstract: the tunnel construction is a kind of special construction form, has its unique characteristics, at the same time these characteristics also determine the construction of various difficulties and various risk exists. This paper focuses on the construction of the tunnel in the form of all sorts of risks, the risk of all kinds of positive measures to deal with, and in-depth analysis of the construction of the tunnel of risk management of the basic content and the basic mode, points out the tunnel construction of all kinds of risk prevention measures.
Keywords: tunnel construction; Risk management; The measure;
中图分类号:U45文献标识码:A文章编号:
1. 前言
伴随着我国经济以及世界经济发展进程的不断加快,我国的社会发展也在一前所未有的速度向前发展。国与国、地区与地区、城市与城市连接更加紧密,除了高科技网络化连接外,直接连接方式还有四通八达的交通线。尤其是在十二五期间,我国的高速公路、铁路以及最新兴起的城际交通轨道和市内交通轨道的兴建也正在以前所未有的速度快速发展,我们已经兴建和正在兴建的隧道工程数目正在不断增加。但是,从技术上与理论上来讲,隧道工程都是一种具有独特之处的工程形式,因为隧道工程不但具有一般的道路施工所具有的基本特点,还具有极强的隐蔽性、施工的极端复杂性,同时还会受到地层条件以及周围环境不确定性的显著影响。这些基本的特点都从很大程度上加大了隧道工程施工的难度,也给隧道工程的施工带来了更多的风险,因此就从更大程度上对隧道工程施工现场的风险管理提出了各种要求。
2. 隧道工程施工的基本内涵和重要意义
2.1 隧道工程施工风险管理的基本内容
隧道工程风险管理具有复杂性、动态性和开放性的基本特点,受到自身因素以及来自很多方面的外界因素的影响,并且在这些因素的影响下隧道工程的风险评估所产生的后果具有很大的差异性。隧道工程施工风险管理复杂性主要体现在系统因素确定性和不确定性同时并存,比如对工程质体的描述:岩体节理发育程度、围岩级别、岩体质量指标、岩体完整性系数、岩体物理力学参数等,都具有随机的不确定性,系统的动态性具体表现为时间和空间之间的关系,隧道工程施工的风险管理系统会伴随着时间以及地点的变化而不断发生变化。隧道工程施工的风险管理系统稳定性和强度则会随着施工时间的延长有一定程度的缩小。此系统的开放性则主要指的是在工程施工的过程中不断地与外界发生信息、能源、材料交换等。
2.2 隧道工程施工风险管理的重要意义
隧道工程的施工具有周期较长、不确定因素较多以及风险性大和容易发生意外事故等基本特点。隧道工程施工的风险管理便显得尤为重要,便成为关系到隧道工程项目能否顺利完成和减小其他各项损失的关键因素。同时,隧道工程施工的风险管理还关系到提高投资的使用效益、控制工期的进度和质量,加强整个工程施工的控制水准的关键环节,更是市场经济运行机制发挥作用的重要基础和保障。
隧道工程的施工特点决定了在此工程中存在较多的潜在人为因素以及非人为因素影响工程的安全性和其他施工质量,这成为造成施工过程中巨大经济损失以及严重人身伤害甚至是人身伤亡的重要原因。如何正确的了解此类事故发生的原因和概率,如何对此类事故发生的后果以及损失进行尽可能相近的估计,以及如何采取科学性和有效性并存的措施解决这些问题是风险管理所面临的主要内容,也是风险管理的核心内容。
隧道工程项目风险管理在项目管理中的地位是不容忽视的,但是这一管理由具有其他各种类型的管理所不具有的强大功能。如何积极地开展隧道工程风险管理以实现隧道工程施工的总体效益最大化是一项值得我们研究的重大课题,具有非常重要的理论意义与现实意义。
第一,可以帮助相关人员更好的了解工程的目标、应该完成的任务以及在隧道施工过程中所面临的主要风险,在充分认识的基础上可以较好的加强各个部门之间的合作,可以从更大程度上规避风险。
第二,隧道工程施工风险管理可以使决策更加具有科学性,因为在进行风险评估管理的过程中管理者与决策人员能够对工程的工期以及成本等基本内容做出更加详细的了解,可以在此基础上制定更加科学与可行的施工方案。第三,可以更好地提高所有工程参与人员的风险分配的基本意识。第四,有利于提高所有工程参与人员的风险管理意识以及风险管理水平,从根本上做到更好的控制风险和避免事故、减少风险。总之,建立隧道工程风险管理体系是为了实现对于该工程中所出现的风险的主动控制和及时发现,以尽可能地实现投资、工期、质量和安全控制。伴随着经济的不断发展以及科学技术和社会的不断进步,社会对于隧道工程施工质量的要求也越来越高,隧道工程的风险管理作为一种先进的风险管理与预测模式正在受到更加广泛的关注。
3. 做好隧道施工的风险管理的主要措施
3.1 选择科学与合理的施工方法
伴随着隧道施工技术的不断发展与不断进步,新的施工方法正在以前所未有的速度出现。我们如何让对这些方法进行选择,如何在多种方法中选择具有针对性的方法进行施工是一项技术性的问题也是施工单位综合能力的具体体现。长期以来大量的施工实践已经证实所采取的施工方法是否具有科学性与合理性直接关系到施工的质量与效益,采用合理与科学的施工方法不但能够避免地质条件的不足引起的损失和风险,还可以较好的规避因为对于地质条件的判断不足引起的潜在风险。并且这也是一种锻炼队伍,提高企业的管理质量以及增强企业抵御风险能力的有效途径。
3.2 加强风险的辨识
风险辨识是隧道工程施工风险管理中的一个关键环节,主要的目的是要通过各种科学与可行的方法找出可能存在的潜在风险,并且要在进行充分的调查研究的基础上对这些风险可能会引起的后果和危险做出定量的评估。风险辨识是隧道工程施工风险分析中的一个重要基础性环节,是做好整个工程风险分析工作的前提条件和基础性工作。能否正确识别风险和判断风险的程度,对风险分析能否取得较好的效果具有极为重要的影响。风险辨识的方法很多,常用的风险辨识方法有专家调查法、故障树法、情景分析法、决策树法、流程图法、检查表法等。由于隧道的有些危险很难在短时间内用统计的方法或其他方法得到证实,因此,建议采用专家调查论证的方法。
3.3 做好风险估计
隧道工程施工的风险管理中也是一个至关重要的环节,主要是以风险事件发生的概率为基本依据,以可能会发生的后果为基本的预测指标做好风险预测,并且要根据判断的结果对风险评估进行等级确定。这是一项极具复杂性和精密性工作,不能够仅仅从风险发生的概率大小上适用于隧道工程风险估计的常见方法有专家打分法、层次分析法、工程风险模糊估计法等。
3.4 遵循风险管理的基本准则
隧道工程施工的风险管理的基本准则是全过程的风险管理。全过程风险管理指的是在对施工风险因素进行充分的风险分析和风险预测基础上,针对可能存在的风险因素以及可能会出现的风险进行科学合理的评估,把评估结果作为风险决策的基本依据,以此来避免和减少风险发现发生的概率,或者转移风险。在风险管理中,隧道工程施工的各参与方共同创造一个良好的合作环境是进行全过程风险管理的有力保障。为了达到这个目的,伙伴关系是有价值的工具。在合作过程中,项目各方之间应进行良好的沟通与交流,制定以降低业主成本和提高承包商的利润、减少工期延迟等的风险管理共赢原则。
4. 结语
[关键词]BIM技术;公路隧道工程设计;应用
引言
BIM技术能够构建出三维可视化模型,帮助设计人员从三维立体的角度对公路隧道工程各部分的结构进行分析和设计。同时,应用BIM技术进行公路隧道工程的设计,数据信息的分析处理也能够变得更加高效,设计人员可以依靠特定的软件对数据信息进行整合和处理,设计工作的效率能够得到极大提高。
1BIM技术概述
BIM技术是一项极为先进的、用于构建三维模型的技术,也被称为是建筑信息模型,在应用BIM技术的过程中需要以工程的各种数据、信息作为基础来进行三维模型的构建,并仿真模拟出工程的真实信息。在工程施工前利用BIM技术可以根据收集到的各项信息对工程内部的结构、设施进行模拟,以数字化的形式体现出来,能够推动后续施工的顺利、高效进行。BIM技术在应用过程中所收集的数据信息之间都是有关联的,工作人员可以随时找到和当前数据信息有关联的部分进行使用,可以利用收集到的数据信息模拟出工程的实况,工程的各种特点也能够直观地体现在三维模型中。在应用BIM技术时,工作人员需要将工程的各项信息输入到系统中,通过各种数字化技术对这些信息进行分类、整合,最终构建一个符合工程实际情况的三维模型。工程的设计人员可以将建筑材料、施工工艺、施工工序等信息输入到系统中,对工程的整个施工过程进行模拟,最终完成工程设计、成本预算等工作。通过在工程施工前利用BIM技术构建工程的信息模型,可以极大提高工程设计的效率和质量,并推动工程施工效率、施工质量的提高。
2在公路隧道工程设计中应用
BIM技术的必要性传统的交通设计行业由于受到设计技术的极大限制,大多采用的是二维设计、平面出图的方法,相关设计人员需要依靠自己所学习到的知识、经验来将工程的三维结构、构思表达在二维平面上,这一过程十分的复杂、困难,对设计人员自身的专业水平、设计经验等有着极高的要求。随着我国经济、社会的不断发展,我国构建的公路交通网络也越来越完善,在许多地形复杂的地区也建设了公路隧道工程。在针对地形复杂的地区开展公路隧道工程的建设时,公路隧道工程设计工作的难度也会得到极大提高,地形复杂地区地势崎岖不平,地质条件等因素也各不相同,如果设计人员仍然采用二维设计、平面出图的方法的话,很容易由于理解错误而出现问题,难以对各项因素进行综合考虑,最终设计的公路隧道工程也就存在着许多的问题,设计的质量得不到有效保证。BIM技术有着信息一致性、信息关联性、模拟性、可协调性、可视化等优点,对于提高工程施工效率、施工质量来说有着极为重要的作用,在建筑行业得到了极为广泛的应用。针对公路隧道设计工作,也可以大力应用BIM技术,利用BIM技术从构建模型、深化设计等不同阶段进行研究和分析,能够有效提高公路隧道设计的工作水平,对于公路隧道工程设计和建设来说有着极为重要的意义。
3BIM技术在公路隧道工程设计中的应用分析
3.1基于BIM技术的协同运作
在公路隧道工程设计中开展基于BIM技术的协同设计,主要包括局域网、广域网两种不同的协同设计方式。局域网的协同设计也可以看作是基于本地模式的协同,不同的设计人员掌握不同专业的设计文件,每一位设计人员都需要将自己掌握的和公路隧道工程有关的数据信息输入到计算机中,构建本专业的三维模型,在完成自己的工作任务后将设计文件通过局域网和其他设计人员进行共享和交流,让其他设计人员了解到自己最新的设计成果。其他设计人员要想对共享来的设计文件进行修改,需要得到设计文件所有者的授权。通过这种模式的协同设计可以确保各个专业设计文件数据的准确性和唯一性,设计文件的数据不会轻易发生改变,最终有效保障了整个公路隧道设计工作的准确性。广域网的协同设计和局域网协同设计的原理、流程大致相同,隶属于各专业的设计人员需要将自己构建的模型文件储存到服务器中,其他设计人员通过网络服务器来对模型文件进行调用和参考。
3.2基于BIM技术的三维隧道设计
设计人员可以利用BIM技术来进行三维隧道设计,通过选取纵断线、平面线并采取标准断面放样融合的方法来创建隧道的三维模型。这种设计方法可以表达出公路隧道工程的设计思路,能够根据创建的三维隧道模型来开展后续的设计工作,但是隧道的部分局部模型无法建模,比如行车通道和主洞的连接部分、紧急停车带等,在三维模型图上的斜井、洞口等构件设计精度也得不到保证,虽然能够表达出整体的设计思路,但是设计的意图无法充分表现出来。为了解决这个问题,切实提高三维隧道模型的精确度,就需要对建模的方法进行更新和完善,设计人员可以利用可视化编程建模软件、三维建模软件来进行隧道的建模。设计人员首先需要将二维设计路线的数据导入到相关的软件中,根据各种数据生成路线的三维文件,将勘测数据导入到软件中,生成三维地形、地质文件,之后再对各种三维文件进行更加细致地处理,通过对不同模块进行拉伸、融合、空间变换,并将不同模块进行组合,可以初步构建出三维隧道模型,之后对细节进行不断修正,不断提高三维隧道模型的精确度,最终隧道各部分都能够进行建模,各构建的设计精度也能够得到保证。