本文是一篇项目风险管理论文，本研究在分析新线穿越工程中既有线变形机理及类型的基础上，基于事故致因理论及文献分析，系统识别了地铁新线穿越工程对既有线变形风险因素清单，并基于德尔菲法筛选出关键风险因素。结合解释结构模型及系统动力学理论构建了风险因素系统动力学仿真模型，并应用 Vensim 软件进行了案例工程的仿真预测分析。
1 绪论
1.1 研究背景
(1) 城市轨道交通建设规模大
随着社会不断发展进步，人们对出行的便捷性、安全性等需求大幅增加，城市轨道交通具有安全高效、全天候、运量大、节能环保等特点， 是城市公共交通系统的骨干。截至 2019 年末，全国共有 65 个城市的城轨交通线网规划获批（含地方政府批复的 21 个城市），其中，城轨交通线网建设规划在实施的城市共计 63个，在实施的建设线路规划总长为 7339.4 公里（不含已开通运营线路）[2]。
城市轨道交通密集建设时期，考虑到线网整体性、资源稀缺性以及交通客流聚集性等因素，新线建设必然会穿越既有线路，产生交叉节点，形成换乘车站或区间穿越段。在 2050 年北京市区轨道交通线路规划图中，节点车站和地铁区间穿越段的数目高达 118 处[25]，而新建线路与既有线路间穿越段数目越多，既有地铁线路安全正常运营的风险概率越高。故在地铁新线穿越既有线工程施工过程中，除了保证新线自身施工安全外，另一重点目标便是降低新线施工对既有结构的影响，以保障既有线路的安全正常运营。
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1.2 研究意义
随着地铁新线工程的大力建设，新线施工不可避免要与既有运营地铁发生交叉穿越。地铁新线穿越既有线工程施工，除了保证新线自身施工安全外，另一重点目标便是降低新线施工对既有结构的影响，以保障既有线路的安全正常运营。一旦既有地铁出现停运或安全事故，其影响将随着地铁网络的波及效应而影响到整个轨道交通运营网。既有线变形风险是地铁新线穿越工程对既有线安全运营的主要风险，研究地铁新线穿越工程对既有线变形风险因素，对地铁新线穿越工程中保障既有地铁安全运营具有重要的理论及实践意义。
(1) 理论意义
通过识别地铁新线穿越工程对既有线变形的风险因素，分析风险因素间的因果作用关系，构建地铁新线穿越工程对既有线变形的风险因素层级结构，明确地铁新线穿越工程中不同风险因素对既有线变形风险的作用路径，有助于提高地铁新线穿越工程中既有线变形风险事故预防工作的科学性，为保障既有地铁安全运营工作提供理论指导。
(2) 实践意义
通过建立地铁新线穿越工程对既有线变形风险因素的系统动力学仿真模型，探索风险因素的安全管理水平对既有线变形风险的影响程度，有助于加深管理人员对既有线变形风险因素的认识和理解，抓住主要矛盾，对制定高效的风险因素管控措施具有重要的现实指导意义。
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2 地铁新线穿越工程对既有线变形风险因素辨识
2.1 既有线变形机理及类型
新线穿越施工必然带来巨大的应力释放，引发周围地层应力重分布以达到新的应力平衡状态，而在应力平衡期间既有洞体周边地层发生变形则会带动其中已运营的既有地铁共同变形。早期既有地铁施工时已对周围地层产生扰动，洞体周围发生应力重分布，即破坏了围岩的原始应力平衡状态，既有地铁施工完成后，周边围岩达到新的平衡状态，即二次应力平衡状态，此时的二次应力场中既有地铁已经作为既有岩体中的一部分而存在。新线穿越施工将会对包含既有地铁在内的围岩再次产生扰动，再次破坏围岩的应力平衡状态，既有结构周围一定范围的围岩发生应力重分布，形成三次应力场，新线穿越施工引起的周围地层三次应力重分布会造成既有洞体周围土体变形，引发既有地铁变形。
隧道开挖造成的既有结构周围地层损失及重塑土再固结过程中引发的地层变形是影响既有线变形程度的主要原因[33]。一旦既有地铁结构变形程度超过其允许的安全限值，既有地铁结构破坏至无法正常使用，将会直接影响到既有地铁线路的安全、正常运营。尤其当既有线是繁忙的运营隧道时，工程措施不利导致的后果几乎是灾难性的。具体变形机理如下：
(1) 开挖面周围土体变动引发地层损失。新建隧道沿既定开挖路线向前穿越掘进过程中，开挖面周围地层会产生新的水平支护应力，改变原始应力场。当开挖面周围地层受水平支护应力小于原始侧向应力，开挖面周围土体有向开挖面内侧移动的趋势，极易引起开挖段上方土层损失，发生地层沉降变形现象；当开挖面周围地层所受水平支护应力大于原始侧向应力，施工工艺或设备开挖面前侧上方土体极易因负地层损失产生土体隆起现象。
(2) 既有线正常运营产生的冲击荷载引发地层变形。正常开放运营的既有地铁结构会通过列车运行时产生的冲击荷载和机车振动反作用于周围地层，引发周围地层变形，变形回传至既有地铁结构，进一步加深其变形程度。
(3) 地下构筑物/障碍物位置变动引发地层损失。施工推进可能造成周围地层既有构筑物或障碍物发生位置偏移，原始障碍物位置出现空隙，若不能及时采取支护加固措施，会加深周围地层变形程度。而为弥补地层损失发生的重塑土再固结过程会再次改变周围地层的应力场，造成既有线二次变形；且构筑物或障碍物的移动也会改变周围地层孔隙水压力和地层应力，孔隙水排除易引起上方既有结构沉降现象。
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2.2 基于事故致因理论的风险因素分析
事故致因理论是通过分析事故发生的始末过程及后果，追根溯源，探寻导致事故发生的原因及其作用机理。本节基于事故致因理论，通过分析地铁新线穿越工程参与要素，提出地铁新线穿越工程对既有线变形的风险因素分析思路，明确风险因素分析范畴及方法，为下节基于文献分析的风险因素分析建立理论基础。
(1) 事故因果连锁理论
海因里希(W.H.Heinrich)最早提出事故因果连锁理论，他强调事故的发生是具有因果关系的一连串事件依次顺序发生的结果，即 M（遗传及社会环境）→P（人的缺点）→H（人的不安全行为或物的不安全状态）→D（事故）→A（伤害）。海因里希认为人的不安全行为或物的不安全状态是导致事故发生的直接原因，比如人员疲劳作业，设备操作不当，机械设备超负荷运转等；而不良的工作环境或先天遗传因素造成的个人缺陷是人产生不安全行为或者是物产生不安全状态的主要原因，既包括人心理或生理上的先天缺陷，亦包括人安全知识与技能匮乏等后天不足。
博德后期基于海因里希理论提出了反映现代安全观点的事故因果连锁理论，详见图 2-1。他将具有因果关系的一连串事件更新为：管理因素、个人因素及与工作有关的因素、人的不安全行为或物的不安全状态、事故和损失。博德认为，人的不安全行为和物的不安全状态是导致事故发生的直接原因；个人及工作因素是导致事故发生的间接原因，如缺乏知识与操作技能，工作态度不端正，身体和精神方面的问题等；而究其根本原因是管理缺陷，即对人或物的管理缺陷。
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3 地铁新线穿越工程对既有线变形风险因素系统分析...................17
3.1 既有线变形风险因素系统结构.........................17
3.2 既有线变形风险因素子系统分析........................19
4 地铁新线穿越工程对既有线变形风险因素仿真研究......................30
4.1 系统动力学概述............................30
4.1.1 系统动力学基本原理及特点.............................30
4.1.2 系统动力学建模步骤....................30
5 结论与展望..............................50
5.1 研究结论.......................50
5.2 研究创新点.......................50
4 地铁新线穿越工程对既有线变形风险因素仿真研究
4.1 系统动力学概述
4.1.1 系统动力学基本原理及特点
(1) 系统动力学基本原理
系统动力学是一种针对复杂信息反馈系统的分析工具。其认为系统具有多重信息因果反馈机制，系统的结构决定了系统的行为，系统内的众多变量在它们相互作用的反馈环里具有因果联系。系统动力学通过剖析系统，获得完整的变量信息之后建立起系统变量的因果关系反馈图，并将之转变为系统流图建立系统动力学模型，最终借助仿真语言和仿真软件进行模型的检验、优化及仿真运行。仿真的目的在于优化系统结构及其行为。
(2) 系统动力学特点系统动力学可通过计算机语言实现对系统内参数变量的复杂反馈结构的仿真研究。具有特点如下：
1) 系统动力学适用于解决具有高阶次、非线性的多重反馈系统问题。
2) 系统动力学适用于时间周期长的问题。既可对自然界中已存在的周期性问题进行科学解释，亦可对研究对象未来一定时间段内的趋势进行预测分析。
3) 系统动力学适用于解决数据获取困难或无法量化分析的问题。系统动力学建模可借助于各因素间的因果关系及反馈结构设置参数变量，或构建变量方程进行推算分析。
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5 结论与展望
5.1 研究结论
研究在分析新线穿越工程中既有线变形机理及类型的基础上，基于事故致因理论及文献分析，系统识别了地铁新线穿越工程对既有线变形风险因素清单，并基于德尔菲法筛选出关键风险因素。结合解释结构模型及系统动力学理论构建了风险因素系统动力学仿真模型，并应用 Vensim 软件进行了案例工程的仿真预测分析，最终得到以下结论：
(1) 地铁新线穿越工程对既有线变形风险因素系统是一个风险因素众多且因素间作用关系复杂的多层递阶系统。研究
