下沉式明挖隧道施工安全總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系研究

朱曙光 長(zhǎng)沙中核工程監(jiān)理咨詢有限公司 （湖南省核工業(yè)地質(zhì)局三〇四大隊(duì)下屬企業(yè)） 高級(jí)工程師

交通運(yùn)輸部于2011 年5 月頒布了《公路橋梁和隧道工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南（試行）》，2014 年12 月30 日下發(fā)了《交通運(yùn)輸部關(guān)于發(fā)布高速公路路塹高邊坡工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南（試行）的通知》（交安監(jiān)發(fā)〔2014〕266 號(hào)）（以下簡(jiǎn)稱“《現(xiàn)行指南》”）等文件，明確要求在交通行業(yè)內(nèi)推行施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作[1-2]。兩個(gè)指南中明確了橋梁、隧道、路塹高邊坡總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系和無(wú)下沉式明挖隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系。下沉式明挖隧道施工所處的環(huán)境與施工工藝不同于一般隧道施工，用隧道總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系不能有效評(píng)價(jià)其施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是針對(duì)工程施工過(guò)程中涉及的人、機(jī)、料、法以及環(huán)等方面存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、風(fēng)險(xiǎn)分析和風(fēng)險(xiǎn)估測(cè)等系列工作。總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是以整個(gè)下沉式明挖隧道工程為評(píng)估對(duì)象，根據(jù)隧道建設(shè)的長(zhǎng)寬度、開(kāi)挖深度、水文工程地質(zhì)特征、周邊施工環(huán)境、施工工程措施、風(fēng)險(xiǎn)誘發(fā)因素、氣候條件以及勘察設(shè)計(jì)資料完整性等風(fēng)險(xiǎn)因素，評(píng)估隧道工程施工的總體風(fēng)險(xiǎn)，確定其安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)并提出控制措施建議。評(píng)估結(jié)論可為配置工程項(xiàng)目的人員和裝備等資源、決定是否開(kāi)展專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等方面提供決策支持。

按照兩個(gè)《現(xiàn)行指南》以及國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、文獻(xiàn)，通過(guò)對(duì)比分析初步確定，總體施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估宜采用主因素控制指標(biāo)體系法。這是一種根據(jù)下沉式明挖隧道工程施工存在的安全風(fēng)險(xiǎn)因素，建立體現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)特征的主控因素判識(shí)表與指標(biāo)體系評(píng)估表，對(duì)各主控因素與評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行量化分級(jí)，對(duì)施工安全總體風(fēng)險(xiǎn)作出評(píng)估的方法，包括主控因素辨識(shí)和指標(biāo)體系評(píng)估兩個(gè)步驟。

1 施工安全總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估步驟

總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估需要分析項(xiàng)目資料，解讀總體施工組織，并勘察現(xiàn)場(chǎng)，做好風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查，然后通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、風(fēng)險(xiǎn)估測(cè)以及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，提出風(fēng)險(xiǎn)防范與化解措施。

1.1 風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查與風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)

根據(jù)項(xiàng)目所處的建設(shè)環(huán)境，勘察設(shè)計(jì)資料的完整性、總體施工組織設(shè)計(jì)的施工方案的合理性、適應(yīng)性以及可行性，查找并分析可能引起下沉式隧道施工發(fā)生施工安全風(fēng)險(xiǎn)的各種風(fēng)險(xiǎn)因素，分解工序列出風(fēng)險(xiǎn)清單，畫(huà)出魚(yú)刺圖。

1.2 風(fēng)險(xiǎn)估測(cè)

風(fēng)險(xiǎn)估測(cè)是在風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)后，主要估測(cè)所列出工序風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的可能性及嚴(yán)重程度。通過(guò)行業(yè)近年來(lái)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的頻次和概率來(lái)分析，同時(shí)客觀上對(duì)開(kāi)挖可能帶來(lái)較大的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行量化分析，常用的分析方法有概率分析法、危險(xiǎn)等級(jí)劃分法、危險(xiǎn)源辨識(shí)及評(píng)價(jià)法等。

1.3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

在以上兩步的基礎(chǔ)上，通過(guò)建立的指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分類、排序和量化分級(jí)，根據(jù)各指標(biāo)對(duì)應(yīng)的內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的分級(jí)量化，為評(píng)分提供合理的依據(jù)，根據(jù)評(píng)分最終確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

1.4 重要性排序

確定評(píng)估指標(biāo)后，對(duì)所有的指標(biāo)按復(fù)雜度和指標(biāo)重要性排序兩種方法進(jìn)行指標(biāo)權(quán)重的確定。工程施工安全總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估采用“按評(píng)估指標(biāo)重要性排序確定權(quán)重取值”的方法，計(jì)算公式為：式中，γ為權(quán)重系數(shù)，n為評(píng)估指標(biāo)(重要指標(biāo))項(xiàng)數(shù)，m為重要性排序號(hào)，m≤n。

2 下沉隧道明挖工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)主控因素及指標(biāo)體系

2.1 主控因素

下沉式明挖隧道大多是建設(shè)在交通發(fā)達(dá)、交通流量大以及周邊結(jié)構(gòu)物較多的交通要道處或城市立交處，其周邊環(huán)境復(fù)雜、施工條件差、施工范圍窄，不安全因素動(dòng)態(tài)變化快、安全事故誘因復(fù)雜且主體從業(yè)人員流動(dòng)性大。從以上施工環(huán)境和其特有的施工工藝分析，下沉式隧道主控因素有建設(shè)規(guī)模、地質(zhì)條件、誘發(fā)因素、施工環(huán)境以及資料完整性。

2.2 評(píng)估指標(biāo)

按上述主控因素設(shè)定評(píng)估指標(biāo)：①建設(shè)規(guī)模A1：基坑深度、坑壁坡度；②地質(zhì)條件A2：地層土類、基底巖體完整性、地下水位；③誘發(fā)因素A3：自然災(zāi)害的影響；④施工環(huán)境A4：圍護(hù)結(jié)構(gòu)、地下水治理、周邊環(huán)境、有毒氣體；⑤資料完整性A5：地質(zhì)資料、設(shè)計(jì)文件。

2.3 建立指標(biāo)體系

下穿明挖隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)總體評(píng)估指標(biāo)體系如表1 所示，其中對(duì)各指標(biāo)對(duì)應(yīng)的內(nèi)容進(jìn)行了相應(yīng)的分級(jí)量化。

表1 下穿明挖隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)總體評(píng)估指標(biāo)體系

3 等級(jí)判定

權(quán)重系數(shù)根據(jù)隧道所處位置、地基條件、開(kāi)挖深度以及圍護(hù)結(jié)構(gòu)等重要性進(jìn)行排序。對(duì)應(yīng)公式為：

式中，F(xiàn)為總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分值，Aij為評(píng)估指標(biāo)分值（i=1,2,3,4,5；j=1,2,3,…,n），n為對(duì)應(yīng)第i類評(píng)估指標(biāo)包括的重要指標(biāo)的數(shù)量。計(jì)算出F值，對(duì)照表2 確定安全總體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

表2 隧道工程施工總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估表

評(píng)估指標(biāo)體系中各指標(biāo)的取值，綜合考慮指標(biāo)因素對(duì)隧道施工的影響程度，每個(gè)指標(biāo)分級(jí)要有明確的依據(jù)，數(shù)值應(yīng)取整數(shù)。另外針對(duì)不同的隧道施工環(huán)境、評(píng)估指標(biāo)按所處的水文工程地質(zhì)條件和施工影響因素進(jìn)行相應(yīng)的增加或刪減，同時(shí)按相應(yīng)條件調(diào)整指標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)。

對(duì)照如下標(biāo)準(zhǔn)確定安全總體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。F＞60，等級(jí)Ⅳ(極高風(fēng)險(xiǎn))；45 ＜F≤60，等級(jí)Ⅲ(高度風(fēng)險(xiǎn))；30 ＜F≤45，等級(jí)Ⅱ(中度風(fēng)險(xiǎn))；F≤30，等級(jí)Ⅰ(低度風(fēng)險(xiǎn))。

4 實(shí)例驗(yàn)證

4.1 下沉式隧道工程概況

以廣東某下沉式隧道為例，其地處三水盆地的北東側(cè)附近及珠江三角洲的北部邊緣地帶。隧道修建于原交通十字路口，均為雙向六車道一級(jí)公路加兩側(cè)輔道，車流量均較大，平面交通壓力大，而下沉隧道能解決此交通問(wèn)題。隧道全長(zhǎng)635 m，其中敞開(kāi)段共長(zhǎng)325 m，遮光段長(zhǎng)50 m，暗埋段長(zhǎng)260 m。敞開(kāi)段采用U 型塢式斷面結(jié)構(gòu)型式，遮光段采用U 型塢式斷面+橫撐梁的結(jié)構(gòu)型式，暗埋段采用單箱雙室的矩形框架結(jié)構(gòu)型式。

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隧道處地質(zhì)情況如下，從上到下主要填筑土層（平均厚3.55 m，以下相同）、淤泥質(zhì)土層（2.79 m）、粉砂層（3.56 m）、中砂層（3.14 m）、淤質(zhì)粉砂層（1.63 m）、淤泥質(zhì)土層（2.34 m）、粉質(zhì)粘土、粉土層（2.8 m）、中（粗）砂、砂礫層（6.19 m）、殘積土層（1.23 m）、強(qiáng)風(fēng)化巖層（4.41 m）以及中風(fēng)化巖層（9.43 m）。主要不良地質(zhì)情況為淤泥質(zhì)土層、粉砂層、淤質(zhì)粉砂層和中（粗）砂、砂礫層。地下水位埋藏較淺，且地層含水豐富，基坑開(kāi)挖在降低地下水水位時(shí)會(huì)產(chǎn)生某些不良作用，可能出現(xiàn)流沙和地面開(kāi)裂下陷現(xiàn)象。

隧道兩側(cè)采用Φ800 ～Φ1200 鉆孔灌注樁+雙層高壓旋噴樁（或三軸攪拌樁）止水帷幕圍護(hù)結(jié)構(gòu)。基坑均采用分段明挖，分段施工底板，再外側(cè)墻和頂板。一段施工完成，再向前推進(jìn)一段，隧道兩端同時(shí)對(duì)稱施工。

4.2 隧道總體施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

根據(jù)表1 和上節(jié)描述的內(nèi)容建立如表2總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估表。

經(jīng)表2 計(jì)算評(píng)估，該下沉式明挖隧道的總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估值為54.4，總體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅲ級(jí)（高度風(fēng)險(xiǎn)），應(yīng)納入專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

5 結(jié)論

下沉式明挖隧道總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估采用主因素控制指標(biāo)體系法，通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的層次量化表，解決了指標(biāo)體系各種風(fēng)險(xiǎn)的具體量化問(wèn)題，對(duì)下沉式明挖隧道工程總體施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估具有較好的參考價(jià)值。應(yīng)用此體系對(duì)廣東某下沉式隧道的施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，所得結(jié)果與施工情況完全相符，證明了評(píng)估體系適用性強(qiáng)，可操作性強(qiáng)。