摘 要

伴随我国城市现代化进程的加速推进，地铁工程等轨道交通建设项目方兴未艾。盾构法作为一种高机械化、自动化的施工技术，不但具有对不同土层的高适应性，而且对施工场地周围环境影响小。在现代城市建设中，盾构法施工正在得到十分广泛的应用。如今地铁盾构施工的安全事故依旧频频发生。受其工作环境封闭、设备操作复杂等因素的影响，施工过程中常常面临瓦斯泄露、电击、机械伤害等安全风险，地铁盾构施工法也对施工人员提出了更高的技术要求，施工人员也需要具备更强的安全防范意识。因此为了避免安全事故的发生、减少不必要的经济损失，加快对地铁盾构施工的研究并对其进行系统的安全风险评价是必要且紧急的。

本文选取了能够处理复杂因素关系的ISM模型为研究方法，通过对比分析详细阐述了该模型在地铁盾构施工风险评价领域应用的优越性。本文首先演示了从风险评价到风险因素关联关系的梳理、邻接矩阵的建立、可达矩阵的建立、矩阵分层等一系列建模过程，然后绘制了风险关联关系逻辑图，按层级分析了不同风险因素的危害及应对态度。最后以某市地铁2号线为研究对象，评价了该线路施工过程中的重大风险因素：未按要求建立安全生产监察制度是该工程中的深层次因素，应当尽快落实并处理；暴雨影响、施工人员工作环境不佳等作为中间层次因素，应当及时控制，防止其不良影响的扩大；噪音及震动、盾构机进出洞口事故等作为表层因素，应当给予高度重视，并深究其发生的内在原因。

本文以理论与实际相结合的方式，论述了ISM模型在地铁盾构施工安全风险评价领域的应用方法与可行性，并以某市地铁2号线为例展开了一定深度的案例分析，其评价结果对施工具有一定的指导与预测作用。

关键词：地铁工程；盾构施工；安全风险评价；解释结构模型；

Abstract

With the acceleration of urban modernization in China, shield tunneling, as a highly mechanized and automated construction technology, not only has a high adaptability to different soil layers, but also has a small impact on the surrounding environment of the construction site. Shield tunneling will be widely used in the future urban construction.

However, safety accidents in shield construction of subway are still frequent. Under the influence of closed working environment and complex equipment operation, safety risks such as gas leakage, electric shock and mechanical injury are often encountered in the construction process. Shield construction method of subway will put forward higher technical requirements for construction personnel, who also need to have stronger safety awareness. Therefore, it is necessary and urgent to speed up the research on shield construction and systematically evaluate its safety risk.

This article selects the ISM model of relationship can handle complicated factors as the research method, through detailed analysis of the model in the field of subway shield construction risk assessment the superiority of application, and demonstrates the relationship from risk assessment to the risk factors of carding, adjacency matrix, accessible matrix and matrix, and a series of hierarchical modeling process, and draw the relationship between the risk associated with logic diagram, according to the harm of hierarchy analysis of the different risk factors and attitude. Finally, taking subway line 2 of a city as the research object, this paper evaluates the major risk factors in the construction process of this line. The impact of rainstorm and the poor working environment of construction personnel should be controlled in time to prevent the expansion of their adverse effects. As the surface factors, noise and vibration, the accident of the shield tunneling machine entering and exiting the mouth of the tunnel should be paid more attention to, and the internal causes should be studied deeply.

In this paper, the application method and feasibility of ISM model in the field of safety risk assessment of subway shield construction are discussed by combining theory with practice, and the results have certain guidance and prediction function for construction.

Key words： Shield construction ；ISM；Risk estimates；Subway project

目 录

中文摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.1.1 研究背景 1

1.1.2 课题意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 国内研究现状 2

1.2.2 国外研究现状 3

1.2.3 国内外研究现状分析 4

1.3 研究内容 5

1.4 研究方法及技术路线 5

1.4.1 研究方法 5

1.4.2 技术路线 6

第2章 相关基本理论概述 7

2.1 地铁盾构施工安全风险概述 7

2.1.1 地铁盾构施工过程 7

2.1.2 地铁盾构施工安全风险特点 8

2.2 典型风险评价方法概述 9

2.2.1 风险评价 9

2.2.2 典型风险评价方法 9

2.3 ISM方法概述 11

第3章 基于ISM的地铁盾构施工安全风险模型构建 12

3.1 地铁盾构施工安全风险识别 12

3.2 ISM模型的建立 14

3.2.1   确定因素间关联关系 14

3.2.2   建立解释结构模型 15

3.3 地铁盾构施工安全风险的ISM分析 16

第4章 ISM的实际应用——以某市地铁二号线盾构施工为例 18

4.1 工程概况 18

4.1.1 工程地质条件 18

4.1.2 施工方法 18

4.2 地铁盾构施工安全风险识别及风险清单 18

4.3 ISM模型的建立 19

4.3.1 风险间关联关系的确定 19

4.3.2 建立解释结构模型 20

4.4 某市地铁2号线盾构施工安全风险的ISM分析 23

第5章 结论与展望 26

5.1结论 26

5.2 展望 26

致谢 28

参考文献 29

附录A Matlab可达矩阵运算代码 31

附录B Matlab矩阵分层运算代码 32

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.1.1 研究背景

伴随着我国城市化进程的不断加深，城市拥挤化、交通环境污染严重、土地资源匮乏等诸多问题逐渐显现出来，传统的交通方式已经不再能满足城市现代化的发展需求。地下空间的利用为解决交通堵塞、交通事故、私家车高能耗等问题提供了合理的解决方法。地铁凭借自身速度快、运输量大、无污染等优势受到了政府及人民群众的青睐。

目前我国在建的地铁隧道工程以盾构法施工为主要手段之一，其以受地面环境干扰小、自动化程度高、对地面设施影响小等为主要特点。在推动我国地铁行业飞速发展的同时，也伴生出诸如：触电伤害、隧道坍塌、瓦斯泄露、机械伤害等诸多安全事故^[1]。据不完全统计，近十年来地铁施工安全事故已发生二百余起^[2]。

由于地铁盾构施工具有发展历史较短、施工机械操作复杂、涉及人员及设备众多、工程地点隐蔽等特点。在施工过程中容易受到设备操作不规范、施工环境恶劣、人员调度及管理不当等一系列安全因素影响，致使建设过程中存在安全隐患甚至引发安全事故。若未能对施工过程中存在的风险因素进行充分的认识，未能综合项目风险进行周密的部署并做出正确的决策，则很有可能面临巨大的生命财产损失。因此，为了降低安全事故发生频率，减小事故所造成的损失，对盾构施工安全风险实施有效地监管与控制，并对其中的风险因素进行科学地评估与论证是很有必要的^[3]。

1.1.2 课题意义

（1）理论意义

本文概述地铁盾构施工的安全风险因素，研究风险评价的相关理论，并将理论与实际相结合进行案例分析。本文利用在各行业中得到广泛应用的ISM模型，通过对已识别出的风险因素进行定量评价，在一定程度上避免了传统人为评价方法的主观因素影响，使评价结果更加准确、科学。同时，基于盾构施工安全风险因素间存在着复杂的关联性，ISM模型的应用可以使评价结果呈现出更加层次分明、逻辑清晰的形式，其有利于管理人员对工程中的风险进行更加全面的把控，可以从根本上进行风险管理与事故预案。最后，本文将对一工程案例进行实证分析，利用理论知识解决实际问题，也为ISM模型在该领域的应用提供了实例支持，为后人在此基础上进行再研究提供参考。

（2）现实意义

在项目施工开始前对项目进行一套系统、全面的风险评价工作，可以使建设单位和施工单位更有针对性的管控风险，有效减少或杜绝施工过程中安全事故的发生，并减少不必要的财政支出，以保证工程项目的顺利进行。在为企业赢得良好信誉、使工程项目利益最大化的同时，也为社会节约了资源，避免给社会及人民留下隐患、带来损失。

同时，本文以某市地铁二号线为例进行了实证分析，其分析结果对于指导该项目降低施工安全风险，确保项目顺利实施具有较大的现实意义。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

虽然我国在地铁盾构施工安全风险评价方面的研究起步较晚，但是由于近十年来地铁行业发展迅速，对施工安全风险方面的研究需求不断加大，加之有发达国家研究成果的借鉴，目前已有越来越多的科研工作者加入到该行业中来，并取得了一定的成就。

张竣洋^[4](2013)利用层次分析法与模糊综合评价法相结合的方式，建立了地铁盾构施工风险管理结构模型，并结合苏州轨道交通二号线进行实证分析，得出了该工程属于中度危险水平的结论，并针对盾构进出洞、盾构掘进、管片工程等过程给出了相应的风险应对策略。

冯文成^[5](2014)以广州地铁八号线北段为研究对象，利用层次分析法及风险矩阵法将风险按照发生的可能性和危害大小进行综合考量，将风险分为四个等级，并针对不同等级给出了相应的应对态度及应对策略。

杨珍^[6](2015)利用基于欧式贴近度的模糊物元综合评价法对郑州地铁二号线展开定量的风险评价工作，并参照现场施工风险管理人员完成的施工风险分析，验证了该方法的有效性与准确性。

吴贤国、李铁军等人^[7](2016)研究了基于粗糙集和贝叶斯网络的风险评价体系，并应用于广州地铁六号线双线隧道的盾构开挖过程中去，起到了事前预测风险等级、事中识别敏感因子、事后诊断事故致因的作用。

刘文、赵挺生等人(2017)运用迭代自组织数据分析算法，对地铁盾构施工安全风险规律进行深入地定量研究，得到了：盾构始发至到达阶段风险最高，端头加固质量和复杂地质因素等高危风险源容易导致涌水及坍塌等严重事故后果的结论，并将施工安全生产工艺学引入风险管理过程中，绘制了可指导现场施工的安全作业工艺流程图。

王义盛^[8](2018)分析了当前地铁盾构施工中存在的风险因素以及施工企业在技术、管理方面的不足，并提出了相应的优化手段及管理措施。

ISM作为一种分析抽象问题的常用方法，多用于梳理多因素间的交叉影响及其相互关系等类问题，该方法在国内已有了较为广泛的研究及应用。

张守芳、周丽^[9](2018)运用ISM分析了影响企业薪酬水平的几大因素，并得出了教育背景、国家政策等是影响薪酬水平的根本因素，而企业经营状况、人才市场的供应情况为影响薪酬水平的直接因素的结论。

李德智、李欣^[10](2019)通过专家调查的方式得到了数十个影响装配式建筑的驱动因素，并利用ISM梳理了各因素间的关联关系并对其分层，最终发现构件的工厂生产及现场作业量的日益减少是推广装配式建筑的核心因素。

宋思雨、徐克等人^[11](2019)利用德尔菲法对有限空间作业的中毒风险进行识别，并结合ISM对其进行分层分析，最后按照风险所处层级给出了分别的应对态度及管控措施。

1.2.2 国外研究现状

地铁盾构施工的安全风险评价研究在国外发展较早，目前在该方面已有了较为丰硕的成果。解释结构模型在国外也同样得到了广泛的应用。

McFest-Smith^[12]（2000）对地铁隧道施工安全风险进行综合分析，利用定性分析评价法，建立了适用于各类隧道的安全风险评价体系。

Hanifi Copur等人^[13]（2012）对在伊斯坦布尔盾构施工现场发生的瓦斯爆炸事故进行了多方分析，得到了爆炸是由于螺旋输送机与机壳摩擦产生的火花所引起的结论。

Mirhabibi A等人^[14] (2012)以Shiraz地铁一号线为研究对象，进行了二维数值参数模拟。分析了包括隧道的深度在内的数项因素对隧道以及沉降槽的影响，并引入 “相对抗弯刚度”来综合这些因素。最终用设计图的形式表现出隧道施工引起的建筑物最大沉降量与相应的绿地沉降量之间的联系。

A Jurado^[15] (2012)结合计算机信息方法，对地铁施工期间地下水风险进行了深入的研究。解决了随机微分方程计算基本风险事件概率等问题，并提炼出一种利用信息化处理事件概率来定量处理地下水风险的方法。

XuejiaoXing等人^[16](2019)开发了一个领域本体论（SRI-Onto），其可以规范并整理地铁建设中的安全风险知识，并用以支持安全风险识别工作。SRI-Onto将安全风险知识划分为七个类别（即项目、建筑活动、风险因素、风险、风险等级、风险后果和风险预防措施）用以实现高效的知识共享体系。