Санкт-Петербург
+7 (812) 316-20-22
+7 (812) 571-20-22

Прогноз рисков в составе инженерных изысканий для проектирования транспортных тоннелей

Мнения наших экспертов
Технологии
14 декабря 2020

Введение

Разработка проекта организации строительства транспортных тоннелей регламентируется требованиями действующей нормативной технической документации (НТД) [4]. При проектировании организации строительства транспортных тоннелей учитываются инженерно-геологические, градостроительные и планировочные условия и их изменчивость. Сложные условия строительства приводят к необходимости использования при строительстве одного объекта разных технологий, применения специальных методов работ, освоения новых методов строительства, внедрения высокоэффективных современных горнопроходческих механизмов отечественного и зарубежного производства.

В соответствии с требованиями нормативных технических документов [4] проектирование строительства тоннелей должно осуществляться:

  • на основе принципов системного анализа и логистических подходов, позволяющих обеспечить принятие оптимальных организационно-технических и технологических решений, в наибольшей степени отвечающих требованиям надежности и долговечности сооружений при высоком качестве тоннельных конструкций, сокращении сроков и стоимости строительства, сбережении материальных ресурсов и минимизации эксплуатационных затрат;
  • с принятием в проекте организации строительства технологий, обеспечивающих безопасное и безаварийное строительство.

Для обеспечения перечисленных условий требуется оценка степени риска и его возможные последствия на всех этапах инженерных изысканий, проектирования и строительства, обеспечение систематического контроля качества тоннелестроительных работ, а в сложных условиях – и научное сопровождение строительства.

Требованиями Постановления Правительства РФ [3] регламентируется:

  •  расчет пожарных рисков угрозы жизни и здоровью людей и уничтожения имущества (при выполнении обязательных требований пожарной безопасности, установленных техническими регламентами, и выполнении в Материалы добровольном порядке требований НТД по пожарной безопасности расчет пожарных рисков не требуется);
  • разработка карты-схемы границ зон экологического риска и возможного загрязнения окружающей природной среды вследствие аварии на линейном объекте;
  •  указание границ территорий, подверженных риску возникновения чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера.

 Геотехнический риск в строительстве

Вместе с тем одними из основных видов рисков в подземном строительстве являются геотехнические риски. Ввиду их нелинейной изменчивости как по площади и глубине, так и во времени именно геотехнические риски вносят самый значительный вклад в уровень неопределенности при принятии проектных и конструктивных решений.

Базовым элементом в структуре управления геотехническими рисками является идентификация всех характерных для данного объекта факторов риска, с последующей их качественной и количественной оценкой. Другими составляющими системы управления геотехническими рисками в подземном строительстве являются: определение допустимого уровня риска, разработка мероприятий по снижению риска и другие процедуры.

Существенную роль в системе управления геотехническими рисками в процессе подземного строительства играет временной фактор – действие различных переменных параметров среды, изменение условий и воздействий природного и техногенного происхождения. В связи с этим контроль опасных явлений и процессов, происходящих в системе «подземное сооружение– вмещающая среда» и анализ их изменений должен вестись непрерывно на всех этапах существования подземного сооружения начиная с идентификации и прогноза рисков на предпроектном этапе.

Важнейшими этапами прогноза рисков является их идентификация и последующий количественный и качественный анализ, в ходе которых ранжируют риски, оценивают вероятность событий и связанные с этим опасности воздействия на цели проекта. Такой анализ должен вестись в течение всего срока строительства подземного сооружения.

В [1] рассмотрен один из возможных общих подходов к качественной оценке рисков подземного строительства, применяемый в зарубежной практике (США), который заключается в выполнении следующих шагов.

  1. Создается матрица ранжирования вероятности возможных рисков.
  2. Создается матрица тяжести последствий рисков для целей проекта:
    ‒ времени (сроков строительства);
    ‒ стоимости;
    ‒ содержания;
    ‒ качества.
  3. Каждый идентифицированный риск оценивается, основываясь на его вероятности, ранжируемой по пункту 1 и тяжести последствий, оцениваемой отдельно для каждой цели проекта по пункту 2. Для увеличения значимости более высоких степеней тяжести последствий риска им присваиваются оценки в нелинейной (усиленной) системе, в других случаях – в линейной (умеренной) системе.
  4. Создается матрица произведений класса вероятности риска и оценки тяжести его последствий. Определяются матричные зоны наиболее опасных рисков строительства [5].

Для технических рисков подземного строительства часто используется способ качественной оценки, предложенный Международной тоннельной ассоциацией ITA-AITES, который базируется на классификации вероятности (частоты) рисков и тяжести их последствий, определяя, таким образом, действия, которые должны быть предприняты [11].

Система классификации вероятности должна быть общей для всех видов рисков, тогда как классификация тяжести последствий устанавливается раздельно для каждого вида риска.

В зависимости от оценки интегрального уровня риска предпринимаются действия по снижению его опасности (табл. 1).

В качестве примера практического прогнозирования рисков в составе инженерных изысканий для проектирования транспортных тоннелей можно привести некоторые аспекты этого вида работ на стадии разработки основных проектных решений по Второму Северо-Муйскому тоннелю, возводить который планируется параллельно существующему Северо-Муйскому тоннелю – сложнейшему из реализованных тоннельных проектов в истории нашей страны [2]. Прогнозом риска на предпроектной стадии Второго Северо-Муйского тоннеля являлся процесс определения вероятности возникновения факторов риска, то есть определенных событий и ситуаций, способных негативно повлиять на ход строительства тоннеля, а также процесс интегральной оценки уровня риска и разработки действий по снижению опасности.

Для разработки алгоритма прогноза рисков по данным анализа имеющихся материалов геологической документации по условиям проходки горных выработок существующего Северо-Муйского тоннеля было выделено три основных критерия для ранжирования вероятности возможных рисков по количественным и качественным параметрам:

  1. Прочность, устойчивость пород (по значению коэффициента крепости f по шкале проф. М.М. Протодьяконова, определенному при проходке горных выработок существующего тоннеля);
  2. Водопроявления (по водопритоку V в горные выработки существующего тоннеля на этапе их строительства и эксплуатации);
  3. Проявления горного давления (по масштабам и интенсивности геодинамических событий при проходке горных выработок существующего тоннеля).

Кроме этого, также учитывалось влияние других факторов в различных интервалах сооружения: ‒ особенности структурного строения массива;

  • воздействие землетрясений различной интенсивности и удаленности на горные выработки и массив;
  • вероятность выбросов водонасыщенных грунтовых масс в выработки;
  • радиационная обстановка в горных выработках;
  • радоновыделение;
  • изменение гидрогеологических условий при проходке выработок;
  • воздействие склоновых процессов на припортальные участки;
    климатические факторы;
  •  взаимовлияние существующих и строящихся горных выработок и некоторые другие.

 В результате по каждому фактору интегральный уровень риска был охарактеризован в соответствии с табл. 1 «пренебрежимый», «незначительный», «умеренный», «высокий».

Для дальнейшей обработки материалов каждому уровню было присвоено свое числовое значение в нелинейной (усиленной) системе, так чтобы высокий уровень был больше, чем сумма умеренных, а умеренный уровень – больше, чем сумма незначительных (табл. 2).

Итоговое значение риска определялось, как сумма числовых значений всех факторов и было представлено в виде графика, с проекцией на трассу одного из вариантов тоннеля – прогнозного профиля риска (табл.2).

На заключительном этапе прогноза выделенные зоны с высоким уровнем риска накладывались на трассу тоннеля, и их форма корректировалась с учетом косвенных признаков и актуализированных материалов инженерных изысканий. Кроме этого, корректировка осуществлялась по качественной оценке взаимовлияния совокупности различных опасных процессов и явлений, характерных для района строительства. Для оценки взаимовлияния совокупности рисков, а также степени и характера их взаимовлияний для комплекса сооружений существующего Северо-Муйского тоннеля и проектируемого Второго Северо-Муйского тоннеля реализован подход, при котором графически выделялись значимые связи между конкретными типами опасных явлений.

В результате выполненных работ разработан принципиальный подход к прогнозированию, контролю и снижению геотехнических рисков на этапе строительства Второго Северо-Муйского тоннеля. Аналогичные подходы с соответствующей спецификой могут применяться для исследования, оценки и прогнозирования рисков в составе инженерных изысканий для проектирования других транспортных тоннелей.

Заключение

Оценка и прогноз геотехнических рисков на протяжении всего жизненного цикла транспортного тоннеля является весьма актуальной задачей в практике мирового тоннелестроения. В настоящее время разрабатываются новые подходы и методики количественной и качественной оценки геотехнических рисков для тоннельных проектов [6‒10].

В нашей стране необходимость оценки и прогнозирования степени риска на всех этапах инженерных изысканий, проектирования и строительства транспортных тоннелей предусмотрена нормативной технической документацией. Прогноз геотехнических рисков в составе инженерных изысканий для проектирования транспортных тоннелей является обобщающей интегральной оценкой комплексной безопасности проекта строительства сооружения.

Прогноз рисков на этапе проектно-изыскательских работ позволяет осуществлять риск-ориентированный подход при проведении горноэкологического (геотехнического) мониторинга при строительстве и эксплуатации транспортных тоннелей, когда в зонах высокого уровня риска контроль увеличивают, а в зонах пониженного риска – снижают или исключают вовсе. Это позволяет оптимально использовать трудовые, материальные и финансовые ресурсы, снижать издержки и повышать результативность контроля.

Авторы статьи: Лебедев М.О.,заместитель ген.директора ОАО «Научно-исследовательского и проектно-изыскательного института “Ленметрогипротранс”», по научно-исследовательской работе.
Романевич К.В., старший научный сотрудник научно-исследовательского отдела ОАО «Научно-исследовательского и проектно-изыскательного института “Ленметрогипротранс”», лаборатория геофизических исследований.

Источник:https://undergroundexpert.info/

Список литературы:

 1. Кауфман Л.Л., Лысиков Б.А. Зарубежный опыт управления геотехническими рисками подземного строительства на стадии проектирования // Горный информационно-аналитический бюллетень. Строительная геотехнология. 2010. Отдельный выпуск № 6.
2. Лебедев М.О., Романевич К.В. Оценка и прогнозирование природных и техногенных рисков на этапе проектирования Второго Северо-Муйского тоннеля // Книга тезисов и Программа Первой Евразийской конференции «Инновации в минимизации природных и технологических рисков». Баку, 2019. С. 106.
3. Постановление Правительства РФ от 16.02.2008 № 87 «О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию».
4. СП 122.13330.2012 «СНиП 32-04-97 Тоннели железнодорожные и автодорожные».
5. СП 48.13330.2011 «СНиП 12-01-2004 Организация строительства. Актуализированная редакция». 6. A code of practice for risk management of tunnel works, 2nd edition. International Tunneling Insurance Group, 2012. 28 p. Материалы XV Общероссийской научно-практической конференции «Перспективы развития инженерных изысканий в строительстве в Российской Федерации», г. Москва, 26 ‒ 29 ноября 2019 г. 435
7. A review on the risk analysis and construction claims in Tehran underground projects / S.M. Pourhashemi, A.S. Tarigh, M. Ghorbani, E. Khorasani // Proceedings of the World Tunnel Congress-2019. London, 2019. Р. 4547‒4557.
8. Bourget A.P.F., Chiriotti E., Patrinieri E. Evolution of risk management during an underground project’s life cycle // Proceedings of the World Tunnel Congress-2019. London, 2019. Р. 4375‒4385.
9. Brox D. A simplified quantitative risk assessment for the insurability of tunnel projects // Proceedings of the World Tunnel Congress-2018. Dubai, 2018. Р. 3718‒3731.
10. Integrating risk management in underground works: the french experience and AFTES recommendations / M. Pré, E. Chiriotti, G. Hamaide, J. Piraud // Proceedings of the World Tunnel Congress-2019. London, 2019. Р. 4558‒4566.
11. Proprenter М., Lenz G. Risk Management in tunneling – a joint approach of all Involved // Proceedings of the World Tunnel Congress-2018. Dubai, 2018. Р. 439‒450.
12. International Tunneling and Underground Space Association [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.ita-aites.org/ (дата обращения: 04.10.1019).