肯特指數法在高速公路隧道中的安全風險評估

余鵬程，王意明，喻 東

(1.廣西桂東高速公路有限公司，廣西 貴港 537300；2.中車建設工程有限公司，北京 100071)

0 引言

近幾年國內高速公路建設勢頭迅猛，到2017年，全國高速公路里程已達13.1萬km[1]。隨著高速公路建設規模的擴大，公路隧道建設規模也與日俱增，而高速公路隧道經常會穿越復雜的地下環境，如江河流域或高山峻嶺等，這些都給隧道施工安全帶來了很大的風險隱患，施工事故發生概率普遍高于其他工程[2]。高速公路隧道的建設需要多個部門共同協調工作，包括協調施工方內部各部門、施工方與設計方、施工方與材料供應商、施工方與當地政府部門、施工方與當地百姓等，而這些因素都具有不確定性和模糊性[3]。

高速公路隧道施工過程中遇到的各種因素都存在一定的隨機性和不確定性，目前通常采用風險評估方法對這些因素進行分析和評價，從中得到這些因素對公路隧道影響程度的大小，進而確定該高速公路隧道的風險等級。目前常用的風險評價方法有[4-10]：專家調查打分法、風險矩陣法、模糊數學法、層次分析法、風險樹分析法(RTA或ETA)、肯特指數法等。本文根據安全評價的原則和要求，選擇肯特指數法對廣西某高速公路隧道施工安全進行風險評估，將施工安全水平定量化，為其他公路隧道安全施工提供指導。

1 公路隧道施工概況

該隧道位于廣西某高速公路，為曲線連拱隧道，技術標準為雙向四車道，隧道全長為315 m，屬于短隧道，最大埋深74.22 m，隧道凈空(寬×高)10.75 m×5.0 m，采用新奧法進行施工。隧址區位于廣西山字型構造前弧東翼外側，華夏構造帶北緣，經歷了加里東、印支等多期構造運動，有相互改造、相互干擾、相互疊加的特征，斷層和褶皺發育。洞身圍巖主要是由強-中風化粉、細砂巖夾薄層頁巖石灰巖組成。圍巖級別為Ⅴ～Ⅳ級，局部穩定性差，開挖后如不及時支護可能產生大的坍塌。地下水位位于洞頂以上，預測每延米涌水量為1.34 m3/d，開挖后隧道可能出現淋雨、涌流狀出水現象，雨季涌水更大。

2 高速公路隧道施工安全風險估計分析

2.1 高速公路隧道施工安全風險分析

根據高速公路隧道的特點，從環境因素、設計因素和施工技術因素對該隧道的施工安全風險進行分析。

2.1.1 環境因素風險

環境因素包括自然環境、社會環境和施工環境三個方面。自然環境是該隧道所穿越的地質條件，從工程資料和施工現場可以知道，地質構造相對復雜，圍巖等級低，開挖后如不及時支護可能發生大的坍塌；隧道從山嶺中穿越，社會環境相對簡單；施工環境受人為因素影響比較大，當自然環境和社會環境都對施工不利時，通過調整施工環境可以減少施工過程中的安全隱患。

2.1.2 設計因素風險

設計因素風險一般分為勘察技術風險和設計技術風險。在隧道開挖之前，需要對隧道的地質情況進行勘察，但由于地質情況復雜、勘察技術水平受限和人為因素的影響，會出現勘察資料不準確、鉆探后試驗提供的土層物理力學性能指標不符合實際、勘探鉆孔選點不恰當或者鉆探數量較少等問題，這些都是不可避免的風險。

設計技術風險主要體現在設計與施工脫節、結構設計不能滿足現場需要、設計方法不夠合理等，這些風險因素的存在是設計人員考慮不周、現場經驗不足等所導致的。

2.1.3 施工技術因素風險

施工技術風險是三個風險中最主要的風險因素，影響施工技術水平的因素主要包括施工設備材料、工作人員素質和施工管理等。

2.2 肯特指數法的建立

肯特指數法是由美國最早提出并應用于管道的一種風險評分指標體系[11]。由于該方法分析簡明、操作簡單，逐漸應用于其他行業和工程。與之相類似，隧道工程的安全風險評估與管道評估流程一致。

2.2.1 指數分類

結合高速公路隧道施工的特點和上節對施工風險因素的分析，將指數分為四個大類：基本指數、設計指數、施工指數和風險損失指數。基本指數包括地形地質、周邊環境和隧道自身特征(長度、開挖斷面、洞口形式和施工方法等)。設計指數主要包括勘察設計和施工圖設計。施工指數主要包括施工設備材料、工作人員素質和施工管理三個方面。施工指數權重可以參照《公路橋梁和隧道工程施工安全風險評估指南》[12]，通過專家打分和隧道事故具體原因分析來確定肯特指數權重性及評分，如表1所示。風險損失指數也是參照文獻[12]進行風險等級的確定，主要考慮人員傷亡數量、社會影響和經濟損失，如表2所示。

2.2.2 計算公式的確定

基于風險評估的基本概念，風險綜合指數R等于風險發生的概率P×風險損失指數D。結合公路隧道指數分類標準，風險概率指數包括基本系數A、設計系數B、施工系數C。相關系數計算公式如下：

R=P×D

(1)

P=A×B×C

(2)

A=(a1+a2+a3)/a

(3)

B=(b1+b2)/b

(4)

C=(c1+c2+c3)/c

(5)

式中：a、b、c分別表示基本指數、設計指數和施工指數最大值的1/2。

肯特指數法對高速公路隧道施工風險評估的流程如圖1所示。

表1 施工指數評分標準表

表2 人員傷亡、經濟損失等級表

圖1 隧道施工安全風險評價流程圖

2.2.3 肯特指數法評分準則

參照《公路橋梁和隧道工程施工安全風險評估指南》[12]，風險接受準則分為：不可接受(R≥100)、不愿接受(50≤R<100)、可接受(20≤R<50)和可忽略(R<20)，對應的風險等級分別是Ⅰ～Ⅳ級(可忽略～不可接受)。

2.3 肯特指數法的工程應用

通過肯特指數法的評估過程與公路隧道的實際概況相結合，得到該公路隧道的風險等級類型。肯特指數法評估的步驟為：

(1)由于基本指數和設計指數沒有列出具體的打分標準，所以采用專家打分確定基本系數和設計系數的數值[13]。

(2)每個施工指數類型的指數值根據表1進行確定，最終得到施工系數C為6.273。

(3)根據下頁表3可以確定風險損失指數D為18。

(4)將上述確定的系數和指數分別代入公式(1)、公式(2)，最終得到隧道風險綜合指數D為32.4。

利用肯特指數法對公路隧道施工風險進行評估，其評估結果見下頁表3。

表3 某高速公路隧道的肯特法評估結果表

由表3可知，該高速公路隧道施工風險綜合指數R為32.4，根據風險等級評價標準，可以判斷該公路隧道的風險結果在可接受范圍之內，這與實際隧道施工現狀比較吻合，所以需要加強該高速公路隧道的施工安全措施，保證施工過程的順利進行。

3 結語

(1)本文結合隧道施工風險特點，將肯特指數法的評估指數分為基礎指數、設計指數、施工指數和風險損失指數，符合現場實際工程的要求。

(2)運用建立的肯特指數法模型對某高速公路隧道施工進行風險評估，并對各個指數的取值進行確定，得到的評估結果認為該高速公路隧道施工處于可接受風險水平，與現場實際安全檢查基本吻合，從而驗證了該方法可以進行隧道施工風險的評估。根據評估結果，需要采取相應措施加強隧道施工過程的安全。