超大型沉井基礎(chǔ)的施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

施 洲 ，劉東東 ，紀(jì) 鋒 ，馮傳寶

（1. 西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川 成都 610031；2. 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 200142）

沉井基礎(chǔ)具有良好的承載能力、結(jié)構(gòu)整體性好且施工便捷，在現(xiàn)代大型橋梁中應(yīng)用較多，然而，隨著橋梁跨度、承受公路及鐵路荷載的不斷發(fā)展，沉井基礎(chǔ)平面、體積記錄不斷刷新，在設(shè)計(jì)、施工階段均面臨更大的困難和工程風(fēng)險(xiǎn). 在施工階段，大平面尺寸沉井結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，且受復(fù)雜地質(zhì)因素影響顯著[1]，在開挖不均勻、涌水翻砂、突沉等異常工況下井壁易開裂甚至影響沉井施工的成敗[2]. 在國內(nèi)的南京長(zhǎng)江四橋、馬鞍山大橋、鸚鵡洲大橋等[3]大跨度橋梁的沉井基礎(chǔ)施工過程中，為滿足沉井施工安全與質(zhì)量要求，相關(guān)沉井施工關(guān)鍵技術(shù)、沉井結(jié)構(gòu)安全評(píng)估、施工監(jiān)控等措施得到高度重視[4]. 橋梁等大型土木工程在建設(shè)階段的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及控制對(duì)策問題日益受到關(guān)注，國內(nèi)外學(xué)者在工程事故研究、風(fēng)險(xiǎn)損失模型及概率模型表達(dá)、風(fēng)險(xiǎn)決策理論等多方面進(jìn)行了探索.Hillson 等[5]研究并開發(fā)了風(fēng)險(xiǎn)分解結(jié)構(gòu)法（RBS），并將工作分解結(jié)構(gòu)（WBS）[6]與之相結(jié)合成功用于軟件項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)分析[7]，推廣了WBS-RBS 在土木工程建設(shè)等項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)管理方面的應(yīng)用. 陳國華等[8]將WBS-RBS 結(jié)合層次分析法（AHP）[9]建立了施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系，完成跨海橋梁工程的施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估. 丁閃閃等[10]使用蒙特卡洛法建立橋梁施工階段風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，通過計(jì)算機(jī)模擬完成了風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分. 蘇潔等[11]在研究地鐵下穿橋梁項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)中，建立了既有橋梁安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估控制體系，應(yīng)用多種控制與監(jiān)測(cè)手段實(shí)現(xiàn)了工程的風(fēng)險(xiǎn)管控. 許振浩等[12]基于AHP對(duì)巖溶隧道在施工階段的突水、突泥風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究，提出了三階段評(píng)估與控制方法，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)控制.程遠(yuǎn)等[13]基于AHP，結(jié)合專家調(diào)查法完成了大跨淺埋公路隧道施工階段中重要風(fēng)險(xiǎn)事件的識(shí)別與權(quán)重分析工作，為風(fēng)險(xiǎn)處理提供了依據(jù).

可見，大型工程的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作在不斷發(fā)展之中，隨著大型沉井智能化施工的發(fā)展，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提出新要求. 目前，既有的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法各有其優(yōu)勢(shì)，但對(duì)大型橋梁沉井基礎(chǔ)施工分項(xiàng)工程的系統(tǒng)化、程序化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究較少. 在此，以連鎮(zhèn)鐵路五峰山長(zhǎng)江大橋北錨碇大型沉井基礎(chǔ)為對(duì)象，基于WBSRBS 及模糊層次分析法（FAHP）開展沉井施工階段的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究.

1 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與評(píng)估理論

1.1 基于WBS-RBS 與專家調(diào)查法的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別理論

大型工程的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別中，為避免常規(guī)識(shí)別方法[14]中風(fēng)險(xiǎn)源遺漏，并挖掘復(fù)雜工程所涉及的非常規(guī)、深層次的風(fēng)險(xiǎn)源，需發(fā)展新的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別理論方法. WBS-RBS 識(shí)別方法通過構(gòu)建一個(gè)工作、風(fēng)險(xiǎn)雙維度的結(jié)構(gòu)化逐級(jí)分解框架[7]，具有風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)識(shí)別全面的優(yōu)勢(shì). 專家調(diào)查法能夠集中工程專家和行業(yè)精英的經(jīng)驗(yàn)與洞察力. 結(jié)合兩者優(yōu)勢(shì)提出WBS-RBS與專家調(diào)查法復(fù)合識(shí)別法.

風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別中，基于WBS-RBS，結(jié)合專家調(diào)查建立工程風(fēng)險(xiǎn)結(jié)構(gòu)分解矩陣（event risk breakdown matrix，eRBM），如圖1. 矩陣的橫、縱向代表了風(fēng)險(xiǎn)和工作分解狀況，每個(gè)矩陣元素表示一施工分項(xiàng)在一類風(fēng)險(xiǎn)下存在的具體風(fēng)險(xiǎn). 然后在工程建設(shè)各崗位中選取風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估人員及行業(yè)專家獨(dú)立判斷各矩陣元素位置風(fēng)險(xiǎn)是否存在、可能的風(fēng)險(xiǎn)形式（即風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)及致險(xiǎn)原因），并初步考慮可能的出險(xiǎn)概率及風(fēng)險(xiǎn)損失，對(duì)具體風(fēng)險(xiǎn)事件狀態(tài)作必要說明. 通過專家調(diào)查，還可以對(duì)基于WBS-RBS 識(shí)別的風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)進(jìn)行增補(bǔ)調(diào)整. 經(jīng)上述工作，實(shí)現(xiàn)工程活動(dòng)中所有風(fēng)險(xiǎn)的全面識(shí)別.

圖1 WBS-RBS 風(fēng)險(xiǎn)分解矩陣Fig. 1 Event risk breakdown matrix of WBS-RBS

1.2 基于風(fēng)險(xiǎn)分解矩陣的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估理論

在大型沉井基礎(chǔ)工程施工階段的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估中，為提升評(píng)估的合理性與可靠性，降低人為因素干擾及相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)樣本少等不足的影響，提出基于WBSRBS 及FAHP[15]的復(fù)合風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估方法，采用修正風(fēng)險(xiǎn)值Rrij來表征風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重程度. 以修正風(fēng)險(xiǎn)值Rrij組成修正后風(fēng)險(xiǎn)矩陣（Rr），并將Rr作為風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的評(píng)判依據(jù). 其中,i、j為Rr元素對(duì)應(yīng)的行、列序號(hào). WBS-RBS 及FAHP 的復(fù)合風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估方法的評(píng)價(jià)流程如圖2 所示.

圖2 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估流程Fig. 2 Operation flowchart of risk assessment

1） 初始風(fēng)險(xiǎn)值矩陣RI計(jì)算

計(jì)算初始風(fēng)險(xiǎn)值矩陣RI，基于WBS-RBS 風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別結(jié)果通過專家調(diào)查、事故分析或觀測(cè)統(tǒng)計(jì)等獲得發(fā)生概率、風(fēng)險(xiǎn)損失結(jié)果、環(huán)境影響等量化數(shù)據(jù). 在具體的風(fēng)險(xiǎn)量化中，參考既有公路橋隧及鐵路橋梁風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法中使用模糊的概率區(qū)間P來描述風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的概率大小，將具體風(fēng)險(xiǎn)按出險(xiǎn)可能性劃為5 個(gè)等級(jí)，如表1 所示.

表1 風(fēng)險(xiǎn)概率等級(jí)區(qū)間劃分標(biāo)準(zhǔn)Tab. 1 Interval division standard of risk probability grades

風(fēng)險(xiǎn)損失按照人員傷亡（casualty）、經(jīng)濟(jì)損失（economics）和環(huán)境影響（environment）分類，根據(jù)國家和行業(yè)對(duì)事故損失的劃分標(biāo)準(zhǔn)同樣分為5 個(gè)等級(jí)，并按照1～5 的量值賦值. 風(fēng)險(xiǎn)損失值重點(diǎn)考慮單項(xiàng)大風(fēng)險(xiǎn)，并考慮多種損失的疊加，第x項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)的損失值為

式中：Cx1、Cx2、Cx3分別為第x項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)事件造成的人員傷亡等級(jí)、經(jīng)濟(jì)損失等級(jí)和環(huán)境影響等級(jí)，從高到低排列；系數(shù)0.7、0.2、0.1 亦可根據(jù)不同的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及接受標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整.

將風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)的發(fā)生量化概率值Px與風(fēng)險(xiǎn)損失值乘積作為對(duì)應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)的初始風(fēng)險(xiǎn)值Rin，即

Rin按對(duì)應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)在eRBM 中的出現(xiàn)位置排列即為RI.

2） 綜合風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重W計(jì)算

為防止不同風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)因數(shù)據(jù)少及風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識(shí)不足而導(dǎo)致初始風(fēng)險(xiǎn)值差異顯著，引入模糊層次分析 （FAHP），開展各風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)之間的1～9 標(biāo)度法對(duì)比分析關(guān)系，從而形成單層模糊判斷矩陣A=[auv]m×m，（u，v= 1，2，3，···，m），其中auv指風(fēng)險(xiǎn)pu相對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)pv的重要性比例；m為上層風(fēng)險(xiǎn)分解個(gè)數(shù)，如圖1 中R1 即向下分為m個(gè)風(fēng)險(xiǎn). 根據(jù)非零對(duì)稱判斷矩陣性質(zhì)，矩陣A滿足A?B=λmaxB，其中，λmax為最大特征值，對(duì)應(yīng)特征向量B=[b1b2b3···bm]T，即為風(fēng)險(xiǎn)pu對(duì)應(yīng)單層權(quán)重ωu[16]. 為避免風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中人為判別中可能存在的不一致性，考慮隨機(jī)性條件，引入隨機(jī)一致性比率C，如式（3）. 當(dāng)C< 0.1 時(shí)，認(rèn)為矩陣A滿足一致性要求，基于專家調(diào)查的判斷合理有效，否則須進(jìn)行修正.

式中：R為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，由計(jì)算或查表得到[17].

采用相同方法計(jì)算其他同層、上層節(jié)點(diǎn)的單層權(quán)重后，按RBS 層級(jí)結(jié)構(gòu)關(guān)系，將同一分支路徑上風(fēng)險(xiǎn)的單層權(quán)重相乘得到底層風(fēng)險(xiǎn)的綜合風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重值Wi，組成綜合風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重W=[W1W2···Wn]T，n為底層風(fēng)險(xiǎn)個(gè)數(shù).

3） 風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)等級(jí)評(píng)估

在初始風(fēng)險(xiǎn)值矩陣RI和綜合風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重W的基礎(chǔ)上，將兩者乘積作為修正的風(fēng)險(xiǎn)值矩陣Rr，如式（4）.

其元素值（即修正風(fēng)險(xiǎn)值）越大表示該風(fēng)險(xiǎn)越嚴(yán)重，通過排序得知具體風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)嚴(yán)重性序列. 此外，綜合不同專家意見時(shí)，引入加權(quán)平均計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)值，并根據(jù)專家的專業(yè)偏向、經(jīng)驗(yàn)水平等確定不同專家個(gè)人權(quán)重.第x項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)的專家綜合加權(quán)風(fēng)險(xiǎn)值為

式中：wl為第l位專家的權(quán)重系數(shù)；rx，l為由第l位專家對(duì)第x項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)源判斷算得的加權(quán)風(fēng)險(xiǎn)值；q為專家人數(shù).

為便于衡量風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重性，建立風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)判斷標(biāo)準(zhǔn). 極端條件下單項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)的最大風(fēng)險(xiǎn)值RMx= 1 ×Px×Cx= 1 × 5 × 5 = 25. 單項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)服從正態(tài)、二項(xiàng)分布、等概率分布等，在此以正態(tài)分布模型為基礎(chǔ)，并以68%、90%、95%的概率保證率劃分4 個(gè)等級(jí)區(qū)間，如表2 所示. 其中，風(fēng)險(xiǎn)分解識(shí)別項(xiàng)目越多則單項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)值越小，k為所識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)數(shù)目，以其作為分母構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)值.

表2 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)Tab. 2 Risk classification criteria

4） 風(fēng)險(xiǎn)類別及施工分項(xiàng)總體評(píng)估

為進(jìn)一步宏觀分析施工分項(xiàng)及風(fēng)險(xiǎn)大類的總體風(fēng)險(xiǎn)狀況，將Rr元素按行累計(jì)，得到第i類風(fēng)險(xiǎn)的累加風(fēng)險(xiǎn)值Rai，類似地，按列累計(jì)得到第j項(xiàng)施工分項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)值Rcj，如式（6）、（7）.

式（6）、（7）中：Pij、Cij分別為Rr矩陣元素的出險(xiǎn)概率值和損失值.

最后，將Rai、Rcj分別按數(shù)值大小排序，得到風(fēng)險(xiǎn)程度高低的風(fēng)險(xiǎn)類型序列和施工分項(xiàng)序列.

2 基于WBS-RBS 的沉井基礎(chǔ)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與評(píng)估方法

2.1 超大型沉井基礎(chǔ)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別步驟

采用WBS-RBS 復(fù)合專家調(diào)查法進(jìn)行超大型沉井基礎(chǔ)工程風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別時(shí)，從風(fēng)險(xiǎn)和工序流程兩個(gè)方向，分層次、分環(huán)節(jié)對(duì)工程施工階段進(jìn)行考察，通過以下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟1 成立評(píng)估小組，查閱沉井地勘報(bào)告、設(shè)計(jì)圖紙、施工組織設(shè)計(jì)等相關(guān)資料，廣泛收集類似工程事故案例，初步了解風(fēng)險(xiǎn)特征及發(fā)生原因.

步驟2 使用WBS-RBS 建立風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別模型，主要分3 步：首先是工作分解（WBS），將沉井項(xiàng)目按工作流程逐級(jí)劃分形成樹狀分解結(jié)構(gòu)，末端為具體可實(shí)施的具體工序；其次是風(fēng)險(xiǎn)分解（RBS），將工程風(fēng)險(xiǎn)按歸屬關(guān)系進(jìn)行逐級(jí)展開，得到風(fēng)險(xiǎn)結(jié)構(gòu)；最后是結(jié)果耦合，將RBS 風(fēng)險(xiǎn)類型與WBS 工作內(nèi)容逐一對(duì)應(yīng)組成風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別矩陣eRBM 框架，并初步識(shí)別各風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng).

步驟3 向8～12 位沉井設(shè)計(jì)、施工及監(jiān)理專家發(fā)函進(jìn)行調(diào)查咨詢，由專家對(duì)eRBM 元素逐個(gè)進(jìn)行判斷，若該處風(fēng)險(xiǎn)存在，則說明風(fēng)險(xiǎn)事件狀態(tài)、類型等信息，并判別其發(fā)生概率等級(jí)、風(fēng)險(xiǎn)損失等級(jí)等；否則計(jì)“0”.

步驟4 根據(jù)eRBM 內(nèi)容，將矩陣元素對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)事件按施工項(xiàng)目流程進(jìn)行匯總整理，得到工程施工階段風(fēng)險(xiǎn)清單，詳細(xì)說明風(fēng)險(xiǎn)名稱、類型及影響，完成風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)識(shí)別.

2.2 沉井基礎(chǔ)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估步驟

在大型沉井基礎(chǔ)風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別的基礎(chǔ)上計(jì)算RI，并通過FAHP 確定風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重，最后綜合加權(quán)計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)值劃分風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，具體步驟如下：

步驟1 基于WBS-RBS 計(jì)算RI：采用專家調(diào)查法重點(diǎn)對(duì)沉井施工風(fēng)險(xiǎn)事件的產(chǎn)生原因、發(fā)生概率、損失情況進(jìn)行調(diào)查，其中損失主要考慮人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失、環(huán)境影響3 類. 匯總專家判斷，得知每個(gè)沉井工程eRBM 元素（基本風(fēng)險(xiǎn)事件）的風(fēng)險(xiǎn)概率等級(jí)與損失等級(jí). 每個(gè)矩陣元素計(jì)算得到唯一初始風(fēng)險(xiǎn)值Rin，形成新的矩陣RI.

步驟2 FAHP 確定風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重：模型分析可利用WBS-RBS 中的風(fēng)險(xiǎn)結(jié)構(gòu)RBS 建立權(quán)重分析模型，對(duì)處于相同層次和分支的風(fēng)險(xiǎn)的相對(duì)危害性進(jìn)行兩兩比較，將比較結(jié)果（風(fēng)險(xiǎn)重要性比例auv）對(duì)號(hào)入座得到模糊判斷矩陣A=[auv]m×m. 計(jì)算單層風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重B，并檢驗(yàn)矩陣一致性，滿足一致性比率C<0.1000，否則作修正. 對(duì)底層風(fēng)險(xiǎn)在不同層次上的權(quán)重進(jìn)行累乘，即得各風(fēng)險(xiǎn)的綜合權(quán)重值.

步驟3 綜合加權(quán)及風(fēng)險(xiǎn)排序：綜合RI與風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重值W，對(duì)RI按風(fēng)險(xiǎn)類別賦以對(duì)應(yīng)權(quán)重，得到Rr，從而將風(fēng)險(xiǎn)事件按風(fēng)險(xiǎn)值排序得到嚴(yán)重性序列，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)劃分風(fēng)險(xiǎn)源等級(jí)，并進(jìn)一步進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)類別及施工分項(xiàng)總體評(píng)估.

3 大跨度公鐵兩用懸索橋沉井基礎(chǔ)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與評(píng)估

3.1 工程背景

主跨為1 092 m 的公鐵兩用懸索橋——連鎮(zhèn)鐵路五峰山長(zhǎng)江大橋承載四線高速鐵路及八線高速公路. 在大跨重載特點(diǎn)下，北錨碇采用沉井基礎(chǔ)平衡主纜的巨大拉力. 沉井長(zhǎng)寬分別達(dá)到100.7 m 和72.1 m，高56 m，是目前世界上平面尺寸最大的沉井基礎(chǔ).沉井結(jié)構(gòu)如圖3 所示. 第一節(jié)使用鋼殼混凝土結(jié)構(gòu)，第二至第十節(jié)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu). 沉井下沉穿過的土層有淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉砂夾粉土、粉砂、粉細(xì)砂1、粉細(xì)砂2、粉細(xì)砂3、粉細(xì)砂4 等. 工程具有覆蓋層深厚且松軟，施工控制難度大的特點(diǎn).

圖3 沉井結(jié)構(gòu)示意（單位： cm）Fig. 3 Layout of the caisson structure (unit： cm)

五峰山長(zhǎng)江大橋超大型沉井尺寸巨大，需分多次接高和下沉，且施工精度要求高；沉井下沉施工方法采用排水下沉和不排水下沉，開挖方法也經(jīng)歷十字拉槽開挖、8 區(qū)開挖、4 區(qū)開挖、大鍋底開挖等多次方法轉(zhuǎn)換，對(duì)沉井各部分強(qiáng)度、剛度、在復(fù)雜受力狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)耐受能力方面形成諸多風(fēng)險(xiǎn). 對(duì)工程復(fù)雜的大型沉井施工，有必要通過施工階段風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)施工中可能遇到的各類潛在風(fēng)險(xiǎn)問題進(jìn)行分析把握，并有針對(duì)性地提出控制對(duì)策，達(dá)到降低綜合成本、保證施工安全和工程質(zhì)量的目的.

3.2 風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別

在該沉井基礎(chǔ)項(xiàng)目施工階段風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別中，使用WBS-RBS 對(duì)工程完成工作、風(fēng)險(xiǎn)結(jié)構(gòu)分解和潛在風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，并在RBM 基礎(chǔ)上結(jié)合專家意見對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源完成系統(tǒng)性調(diào)查. 沉井項(xiàng)目的工作結(jié)構(gòu)分解按沉井施工流程，按次序逐級(jí)進(jìn)行細(xì)化分解, 如圖4所示.

圖4 沉井基礎(chǔ)施工階段工作分解結(jié)構(gòu)Fig. 4 WBS structure of the open caisson foundation during construction stage

風(fēng)險(xiǎn)結(jié)構(gòu)分解時(shí)需充分考慮沉井在施工階段面臨的各類風(fēng)險(xiǎn)，包括在工程設(shè)計(jì)與組織階段的可能存在的風(fēng)險(xiǎn)遺留. 將沉井基礎(chǔ)施工風(fēng)險(xiǎn)R 作為頂層，二級(jí)指標(biāo)層分為：建設(shè)條件風(fēng)險(xiǎn)R1、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)R2、施工工藝風(fēng)險(xiǎn)R3 等5 項(xiàng)初級(jí)風(fēng)險(xiǎn). 類似于工作結(jié)構(gòu)分解，對(duì)各初級(jí)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行再次分解，達(dá)到將風(fēng)險(xiǎn)因素完全暴露的目的，所得沉井RBS 底層k=14，詳細(xì)分解如表3 所示.

表3 沉井工程風(fēng)險(xiǎn)分解Tab. 3 Risk decomposition table for caisson engineering

根據(jù)具體工程條件，討論WBS 和RBS 底層元素對(duì)應(yīng)耦合時(shí)暴露出的單個(gè)或多種風(fēng)險(xiǎn)事件，若風(fēng)險(xiǎn)元素存在則注明存在形式，作必要解釋，否則計(jì)“0”，得到eRBM. 使用MATLAB 進(jìn)行程序化操作，將沉井eRBM 中風(fēng)險(xiǎn)元素進(jìn)行提取統(tǒng)計(jì)，將結(jié)果擴(kuò)展生成風(fēng)險(xiǎn)清單. 經(jīng)過WBS-RBS 程序性識(shí)別，得到大橋超大型沉井基礎(chǔ)施工全階段（包括井壁開裂、井底翻砂/涌水、沉井突沉、沉井幾何偏位等）共158 項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)源的風(fēng)險(xiǎn)源清單，其中代表性的風(fēng)險(xiǎn)源（W3-2）工序下的識(shí)別的風(fēng)險(xiǎn)事件結(jié)果包括：局部軟弱土層、過江電塔沉降超限、長(zhǎng)江大堤變形、其他民建開裂、極端天氣、過降水或補(bǔ)水不當(dāng)、井底翻砂及涌水、傾斜/扭轉(zhuǎn)/開裂、下沉速度控制差、井外土體液化.

3.3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

沉井風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生概率和損失程度估測(cè)是風(fēng)險(xiǎn)估測(cè)的兩項(xiàng)關(guān)鍵工作. 經(jīng)過前述的項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)細(xì)化和識(shí)別工作，得到風(fēng)險(xiǎn)估測(cè)與評(píng)價(jià)的風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)元素. 將不同階段存在的風(fēng)險(xiǎn)源一一列舉，編制成風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估調(diào)查表. 根據(jù)超大型沉井基礎(chǔ)工程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、現(xiàn)場(chǎng)工程條件和施工工藝流程、現(xiàn)場(chǎng)管理狀況等，并調(diào)研既有類似工程事故，借鑒專家經(jīng)驗(yàn)和洞察力來共同確定沉井風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生概率，得出各風(fēng)險(xiǎn)所處概率等級(jí). 類似地，通過專家調(diào)查來估算風(fēng)險(xiǎn)事件造成的損失，如沉井突沉事故可能造成的傷亡人數(shù)、直接或間接經(jīng)濟(jì)損失、環(huán)境影響這3 個(gè)控制指標(biāo)，從而評(píng)定出各風(fēng)險(xiǎn)源的損失等級(jí). 匯總處理多位專家數(shù)據(jù)時(shí)，對(duì)各組專家數(shù)據(jù)賦以不同的權(quán)重值，盡可能降低專家的個(gè)人傾向而得到共識(shí)，對(duì)比工程單位的事故損失容忍級(jí)別確定風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)等級(jí)[18]. 沉井施工風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查匯總（部分）如表4 所示.

表4 沉井施工風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查表（部分）Tab. 4 Questionnaire on the open caisson construction risks (part)

對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值Rin進(jìn)行加權(quán)修正，可以很好地消除由于部分非重要風(fēng)險(xiǎn)被忽略對(duì)系統(tǒng)評(píng)價(jià)產(chǎn)生的影響，使評(píng)估結(jié)果切近客觀風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)和正常工程經(jīng)驗(yàn).

沉井工程二、三級(jí)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算過程如下：

判別大型沉井基礎(chǔ)施工底層風(fēng)險(xiǎn)元素對(duì)上層目標(biāo)的重要性. 將二級(jí)分解元素，如表3 所示二級(jí)指標(biāo)R1、R2、R3 等風(fēng)險(xiǎn)組成5 階風(fēng)險(xiǎn)判斷矩陣，采用1-9 標(biāo)度法進(jìn)行重要比率賦值，得到判斷矩陣如表5 所示. 計(jì)算得矩陣最大特征值 λmax= 5.290 6，相容性指標(biāo)CI= 0.072 7，一致性比率C= 0.064 9 < 0.1000，矩陣結(jié)果滿足一致性要求，計(jì)算元素權(quán)重B=（0.068 5，0.306 6，0.450 6，0.137 1，0.037 3）.

表5 二級(jí)指標(biāo)元素判斷矩陣Tab. 5 Element judgment matrix of secondary indicators

三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)元素對(duì)上層元素的重要性權(quán)重通過類似方法計(jì)算得到，并以施工工藝風(fēng)險(xiǎn)R3 為例作說明如下：五峰山沉井的施工工藝風(fēng)險(xiǎn)R3 如表3 所示分為4 類風(fēng)險(xiǎn)，計(jì)算其判斷矩陣如表6所示. 通過一致性檢驗(yàn)得，矩陣最大特征值λmax=4.0787，相容性指標(biāo)CI= 0.0262，一致性比率C=0.0292 < 0.1000，說明判斷結(jié)果滿足一致性要求，計(jì)算出各元素權(quán)重值B=（0.0626，0.1464，0.4721，0.3189）. 經(jīng)過計(jì)算得到沉井施工階段RI與風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重向量，對(duì)RI依次按列賦權(quán)，得到同時(shí)考慮整體風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)和工程細(xì)部條件的Rr. 在分析風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果時(shí)，按帶權(quán)風(fēng)險(xiǎn)值大小進(jìn)行排序. 按等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，由于k= 14，則Ⅳ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)應(yīng)帶權(quán)風(fēng)險(xiǎn)值Rrij>1.696，計(jì)算結(jié)果如表7 所示，最終識(shí)別出重大風(fēng)險(xiǎn)源共16 項(xiàng).

表6 施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)判斷矩陣Tab. 6 Risk judgment matrix of construction technology

表7 重大風(fēng)險(xiǎn)源加權(quán)風(fēng)險(xiǎn)值表Tab. 7 Weighted risk values of major risk sources

對(duì)Rr進(jìn)行橫向和縱向累加，對(duì)比后確定具高風(fēng)險(xiǎn)性的風(fēng)險(xiǎn)類型和施工階段. 通過橫向累計(jì)排序評(píng)出最危險(xiǎn)的前幾類風(fēng)險(xiǎn)：智能施工及技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)R3-3、幾何姿態(tài)偏斜風(fēng)險(xiǎn)R3-4 等前6 類風(fēng)險(xiǎn)即占總風(fēng)險(xiǎn)值的95%，風(fēng)險(xiǎn)程度最為突出，需重點(diǎn)防控.風(fēng)險(xiǎn)類型比較結(jié)果見表8. 對(duì)Rr進(jìn)行縱向累加表明：2 次不排水分區(qū)開挖及控制W3-3、首次均勻開挖及控制W3-2 等13 項(xiàng)工作在施工階段風(fēng)險(xiǎn)較明顯，是風(fēng)險(xiǎn)控制的主要對(duì)象. 工作風(fēng)險(xiǎn)比較結(jié)果見表9.

表8 風(fēng)險(xiǎn)類型比較（RBS）Tab. 8 Comparison of risk types (RBS)

表9 工作風(fēng)險(xiǎn)比較（WBS）Tab. 9 Comparison of construction works (WBS)

4 風(fēng)險(xiǎn)控制對(duì)策

通過對(duì)五峰山北錨碇沉井基礎(chǔ)工程的施工風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估，識(shí)別出工程所涵蓋的一般、中度、高度及重大風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng).

針對(duì)北錨碇沉井基礎(chǔ)施工階段識(shí)別的風(fēng)險(xiǎn)源，以常規(guī)的風(fēng)險(xiǎn)控制、安全教育等控制中低度等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源；以施工專項(xiàng)方案、實(shí)時(shí)施工監(jiān)控及風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案等措施控制16 項(xiàng)重大風(fēng)險(xiǎn)源，部分代表性風(fēng)險(xiǎn)源及其具體控制措施如下：1） 對(duì)周邊環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)中存在的風(fēng)險(xiǎn)事件，如長(zhǎng)江大堤、電塔不均勻沉降，提出以下措施：詳細(xì)補(bǔ)充勘察場(chǎng)地周邊土層性質(zhì)及水體條件；嚴(yán)格驗(yàn)算并分析降水及開挖對(duì)大堤、電塔的影響，引入智能化的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控其沉降情況，嚴(yán)控棄土堆放等. 2） 對(duì)首次排水下沉中井壁及隔墻開裂、沉井傾斜等風(fēng)險(xiǎn)提出控制措施：開挖啟動(dòng)平穩(wěn)控制；嚴(yán)控井內(nèi)降水位；開展仿真分析優(yōu)選十字開槽各倉室均勻開挖工藝；實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)沉井應(yīng)力及變形. 3） 對(duì)不排水下沉施工中突沉風(fēng)險(xiǎn)控制：引入三維聲吶技術(shù)監(jiān)測(cè)井內(nèi)水下泥面標(biāo)高，控制均勻取土；下沉至砂土層時(shí)，嚴(yán)控沉井內(nèi)外水位；下沉后期采用射水和空氣幕降低摩阻力并促進(jìn)下沉，避免滯沉及突沉. 4） 對(duì)翻砂涌水的措施：及時(shí)監(jiān)測(cè)井下泥面標(biāo)高；嚴(yán)控刃腳埋深；控制井下吸泥速度，并避免刃腳過度吸泥開挖形成局部深坑及翻砂通道；嚴(yán)格控制沉井內(nèi)外水頭差等.

此外，在工程施工過程中，需跟蹤相應(yīng)控制措施的具體實(shí)施，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行再次評(píng)估其殘余風(fēng)險(xiǎn). 對(duì)于沉井姿態(tài)偏斜、下沉困難、翻砂涌水、突沉等重大風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)控制后的殘余風(fēng)險(xiǎn)的具體存在形式和等級(jí)實(shí)施再評(píng)估驗(yàn)證，從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)循環(huán)評(píng)估與控制.

5 結(jié) 論

1） 基于WBS-RBS 方法并結(jié)合專家調(diào)查法提出大型沉井基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別理論及方法；在其基礎(chǔ)上提出初始風(fēng)險(xiǎn)分解矩陣RI計(jì)算方法，并引入FAHP 及綜合加權(quán)風(fēng)險(xiǎn)排序，形成沉井施工風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估理論方法.

2） 基于WBS-RBS 及專家調(diào)查法，完成五峰山公鐵兩用懸索橋北錨碇沉井基礎(chǔ)在施工階段的風(fēng)險(xiǎn)分解和識(shí)別，成功識(shí)別出施工全過程中潛在的風(fēng)險(xiǎn)源共158 項(xiàng).

3） 基于提出的WBS-RBS 及FAHP 綜合加權(quán)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，評(píng)估出大橋沉井基礎(chǔ)施工階段高度風(fēng)險(xiǎn)源：不良性質(zhì)地層、沉井突沉、滯沉、姿態(tài)偏斜、沉井扭轉(zhuǎn)、涌水翻砂等共16 項(xiàng)，并提出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施及殘余風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法.

4） 五峰山長(zhǎng)江大橋超大沉井基礎(chǔ)施工階段的風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別與評(píng)估驗(yàn)證了風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、評(píng)估理論方法的可靠性，風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與評(píng)估成果、相關(guān)控制措施為項(xiàng)目安全施工提供了技術(shù)參考.

致謝：感謝中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計(jì)劃重大課題（2017G006-A）對(duì)本論文相關(guān)內(nèi)容研究的支持.