穿越工程已成为既有地铁线路安全运营的重大风险源之一,从风险评估与控制层面讨论既有地铁线的安全问题,是保障地铁线正常运营和穿越工程顺利实施双方面的基础课题。目前,在风险评估与控制研究领域,由于穿越工程中被穿越对象(既有地铁线)的特殊因素以及参建各方的人员特性因素、管理措施因素等影响要素众多,风险评价指标的分析及模型建立成为研究的重点;其次,仅从风险源(新建工程)本身角度进行评价或者研究具体的工程控制技术,而忽略从风险承载体系统的角度分析,也将影响穿越工程系统及既有地铁线风险管控的效果。本文统计分析了穿越工程中针对既有地铁线安全的案例事故,识别了穿越工程中影响既有地铁线安全的风险因素,将穿越工程这一复杂系统分为新建工程子系统、地质环境子系统和既有地铁线子系统,基于对系统的脆弱性定义和特征的研究,构建脆弱性评价指标体系,进而建立针对既有地铁线的基于脆弱性的风险评估方法,提出穿越工程中既有地铁线的风险动态管控体系。主要包括以下研究内容:(1)在分析穿越施工对地层、既有地铁线影响机理的基础上,通过对北京市典型的新建地铁、新建市政隧洞等穿越既有地铁线工程案例的统计分析,得出了针对既有地铁线的事故特征及其影响因素;基于穿越工程事故的定义,从新建工程特性、地质环境条件、既有地铁线特性和施工管理四个维度识别了包括新建工程开挖面积、施工工法、与既有地铁距离等六个方面的风险因素,为穿越工程复杂系统中既有地铁线的风险评估和控制奠定了基础。(2)基于脆弱性理论,建立了脆弱性评价与风险评价之间的关系,指出风险是扰动作用于具有一定脆弱性的系统后所产生的结果。界定了穿越工程系统中既有地铁线的脆弱性概念,根据系统脆弱性递次演化规律,提出了脆弱性特征三要素,即暴露度、敏感度和适应度,构建了包含工程技术因素、项目管理因素和人员特征因素在内的脆弱性三级评价指标体系,提升了既有地铁线风险评估指标体系的全面性和系统性。(3)利用突变级数法的基本原理,建立了穿越工程系统中既有地铁线的脆弱性评价动力学模型,确定了三级评价指标的取值方法和脆弱性评价流程,根据计算所得脆弱性指数的大小,将系统脆弱性分为四个等级。结合风险损失等级和既有地铁线客流因素,建立了基于脆弱性的风险评估方法,为地下工程安全风险评估提供了一种新的思维模式。(4)基于霍尔三维结构模型,分别以“建设过程时间维”、“参与主体责任维”和“风险管控过程维”为轴,建立了穿越工程中针对既有地铁线的三维风险控制立体模型。基于该模型,分阶段讨论了穿越工程中针对既有地铁线的动态风险控制方法和流程。归纳了穿越工程的设计要点,建立了基于CBR原理的案例库,可开展基于案例的穿越工程设计。给出了设计方案的脆弱性评价指标体系,进而可实现不同设计方案的定量评价,为复杂工程管理者的决策提供依据。将设计方案的BIM模型与有限元软件相结合,实现了新建工程对既有地铁线影响的一体化分析,得出了不同施工步序的分阶段动态控制指标,从而建立了针对既有地铁线安全的风险动态控制体系。并以BIM技术和Bentley协同平台为基本工具,搭建了既有地铁线的风险管控信息化管理平台架构,可实现穿越工程中既有地铁线的安全风险动态管控。(5)针对工程实践中既有地铁线运营管理单位对穿越工程项目群管理的困难,分析了分级管理的必要性和可行性,以风险管控信息化平台为依托,讨论了针对不同风险等级的具体管控措施,搭建了分级管控的具体流程,并通过具体案例进行了分析,实现了不同风险等级项目的合理化管控,可提高管理资源的有效配置和管控成效。(6)以新建北环水系框架箱涵上穿既有地铁区间隧道工程为依托,对两个基于案例的设计方案进行了脆弱性评价,针对脆弱性指数高的环节改进设计方案,优化提出了适用于框架箱涵上穿既有地铁线的配重顶进法,通过BIM模型和有限元一体化分析,制定了既有地铁线的分阶段变形控制指标和控制措施,工程实施完毕后既有地铁区间隧道上浮变形不到1mm,有效验证了本文的理论研究成果。