地鐵工程施工風(fēng)險量化控制及研究

耿帥 GENG Shuai

（中鐵二十三局集團(tuán)第六工程有限公司，重慶401124）

0 引言

近十幾年來，城市化進(jìn)程不斷加快，城市軌道交通也在不斷發(fā)展。一方面，地鐵的建設(shè)可以有效緩解交通壓力，但同時地鐵施工安全事故頻頻發(fā)生，不僅造成較大的財產(chǎn)損失，更重要的是危及人的生命，安全問題不容忽視。地下工程是一項高風(fēng)險建設(shè)工程，進(jìn)一步研究解決地鐵施工安全問題，是保證軌道交通又好又快發(fā)展一項重要任務(wù)[1]。地鐵土建施工包括地面工程施工和地下工程施工兩大部分，地面工程施工跟傳統(tǒng)土木工程施工完全一樣，而地下施工是地鐵施工的關(guān)鍵，施工的好壞關(guān)系地鐵的安危。地鐵工程施工具有作業(yè)空間有限、隱蔽性大、動態(tài)施工過程中的力學(xué)狀態(tài)是變化的、作業(yè)環(huán)境惡劣的特點。同時，地下工程施工可能引發(fā)基坑坍塌，地下水滲透等事故。因此，工程施工十分危險，各種不安全因素相互交錯，造成作業(yè)難度大、勞動強度高、傷亡事故多、管理難度大的。為了安全完成建設(shè)任務(wù)，必須對工程的風(fēng)險與安全實施系統(tǒng)管理。國外地鐵施工安全管理最早是20世紀(jì)70年代美國提出的。此后，美國、歐洲等地學(xué)者就開始從理論模型、風(fēng)險要素、管理措施等方面積極展開研究。經(jīng)過40多年的研究和發(fā)展，世界范圍內(nèi)的地鐵施工安全風(fēng)險管理體系日漸成熟。施工安全規(guī)范和指南也最大限度的運用于實踐中，極大地保證了地鐵工程施工的順利進(jìn)行。西方國家地鐵施工安全管理系統(tǒng)應(yīng)用已經(jīng)非常普遍，該領(lǐng)域研究已逐漸走向標(biāo)準(zhǔn)化。因此，為了更好的進(jìn)行風(fēng)險管理，各國針對施工安全制定了一系列強制性法規(guī)。我國是于20世紀(jì)末開始研究地鐵施工管理的，對地下工程的風(fēng)險管理也十分重視。我國形成了地鐵施工風(fēng)險評估框架與風(fēng)險管理機制，對施工安全做了相應(yīng)要求。無論是施工技術(shù)開發(fā)，還是管理能力都有所發(fā)展。近年來，我國也相應(yīng)成立了管理組織，出臺了相應(yīng)的管理規(guī)定和辦法。我國的風(fēng)險評估體系已經(jīng)日漸完善，但是仍然存在較多問題：安全管理體系還不夠完善、責(zé)任主體不算明確、技術(shù)規(guī)范不夠標(biāo)準(zhǔn)、信息化程度還很低等。因此，我國在地鐵施工安全領(lǐng)域仍有較多研究空間。

1 地鐵工程安全風(fēng)險因素

1.1 安全風(fēng)險的識別

風(fēng)險管理的基礎(chǔ)是風(fēng)險因素的識別，就是通過一定方法，找出潛在的影響安全的風(fēng)險因素。通過風(fēng)險識別能辨別工程項目實施過程中的風(fēng)險。任何一個工程項目都存在多種多樣的風(fēng)險，風(fēng)險識別過程有：收集相關(guān)數(shù)據(jù)、查找風(fēng)險源、分析風(fēng)險影響程度等。風(fēng)險識別要根據(jù)具體的對象，相對應(yīng)采用不同的識別方法和手段。

1.2 地鐵施工危險源的識別及分析評價

①觸電。導(dǎo)致觸電的原因有：施工人員素質(zhì)差、線路老化、線路亂接、漏電保護(hù)損壞、現(xiàn)場潮濕、管理不善。另外地鐵施工現(xiàn)場狹窄、用電量大、施工相對集中，更增加了其觸電事故的發(fā)生。

②火災(zāi)。工地焊接不規(guī)范、線路老化、亂扔煙頭，氣割作業(yè)不規(guī)范、明火作業(yè)多、易燃材料多等都存在火災(zāi)隱患。在北方干燥地區(qū)尤為嚴(yán)重。

③透水。如果施工現(xiàn)場的防水措施不到位，地下水易通過各種通道無控制地大量涌入施工現(xiàn)場，對地下施工人員造成溺水、窒息等的傷害。透水事故也稱為水災(zāi)事故。

④物體打擊。在施工現(xiàn)場，由于安全防護(hù)不周或操作人員不注意安全防護(hù)容易致使：1）空中落物砸傷；2）反彈物體對人體造成的撞擊；3）材料、器具碰撞；4）各種碎屑、碎片飛濺對人體造成的傷害；5）各種崩塊和滾動物體砸傷；6）器具部件飛出對人體造成的傷害等[4]。

⑤坍塌事故。坑在開挖過程中，如果基坑邊堆放過重物資材料，且圍護(hù)樁未達(dá)到設(shè)計強度受力，支撐本身材質(zhì)不能滿足受力，使圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形，坑內(nèi)土體過分?jǐn)_動主動土壓力大，則容易造成坍塌事故。

⑥盾構(gòu)施工。盾構(gòu)機的操作十分復(fù)雜，操作人員不熟練、不按規(guī)定操作等原因均會引發(fā)一系列的事故。例如：易引起地面塌陷，容易造成地基土體擾動，從而導(dǎo)致地面建筑物、構(gòu)造物基礎(chǔ)變形、位移，結(jié)構(gòu)開裂、破壞[5]。

2 地鐵事故樹分析及應(yīng)用

2.1 安全風(fēng)險的識別

事故樹分析主要分為熟悉系統(tǒng)、定頂上事件，建造事故樹、修簡事故樹、定性分析和定量分析，最后根據(jù)分析結(jié)果制定針對性的安全管理措施，如圖1所示。

圖1 事故樹分析流程

2.2 事故樹分析軟件應(yīng)用

①繪制頂上事件。輸入事件名稱、選擇與門、或門，點擊確定，如圖2所示。②繪制基本事件。③連接事故與基本事件。④計算最小割集。⑤計算最小徑集。⑥計算結(jié)構(gòu)重要度。⑦計算頂上事件的概率。

圖2 繪制頂上事件

3 地鐵工程事故樹分析

①繪制地鐵工程施工事故樹。為進(jìn)一步探明上述危險因素與安全措施之間的關(guān)系，本文擬將地鐵施工坍塌事故、火災(zāi)事故和透水事故作為重大危險，利用事故樹分析系統(tǒng)作為分析工具，在此基礎(chǔ)上繪制地鐵施工事故的事故樹進(jìn)行定量分析，歸納出地鐵工程施工的風(fēng)險，如圖3所示，各基本事故樹如表1所示。

圖3 地鐵工程施工總事故樹

表1 地鐵工程施工事故樹的符號及含義

②求最小割集。

最小割集為{X1}，{X2}，{X3}，{X4}，{X5}，{X6}，{X7}，{X8}，{X14}，{X15}，{X16}，{X20}，{X21}，{X11，X12，X13}，{X17，X18，X19}，{X10，X11，X12}

③求最小徑集：T=[X1’·A2’·A3’]=[B1’·B2’·B3’]·[C1’·C2’]·[D1’·D2’·D3’]

結(jié)構(gòu)重要度：I（1）=I（6）=I（8）=I（20）=I（4）=I（5）=I（7）=I（16）=I（3）=I（21）=I（2）=I（14）=I（15）>I（11）=I（12）>I（13）=I（17）=I（10）=I（18）=I（19）

⑤概率重要度如表3。

表3 概率重要度

概率重要度Ig（1）=Ig（2）=Ig（3）=Ig（4）=Ig（5）=Ig（8）=Ig（6）=Ig（7）=Ig（16）=Ig（14）=Ig（15）=Ig（21）=Ig（20）>Ig（11）>Ig（12）>Ig（13）=Ig（10）>Ig（19）>Ig（18）>Ig（17）>Ig（9）

⑥危險重要度如表4。

表4 危險重要度

危險重要度：Cg（8）>Cg（14）>Cg（2）=Cg（6）=Cg（16）=Cg（4）=Cg（15）=Cg（21）>Cg（5）=Cg（3）=Cg（1）=Cg（7）=Cg（20）>Cg（11）>Cg（12）>Cg（10）>Cg（13）>Cg（18）=Cg（19）>Cg（17）>Cg（9）

⑦頂上事件發(fā)生概率。頂上事件發(fā)生的概率是：8.19。

④結(jié)構(gòu)重要度分析如表2。

表2 結(jié)構(gòu)重要度分析

4 總結(jié)

本文針對坍塌事故、火災(zāi)事故和透水事故進(jìn)行事故樹分析，根據(jù)事故樹分析方法得到，造成地鐵工程施工事故的因素主要為：設(shè)計不符合要求、施工未按照設(shè)計進(jìn)行、監(jiān)督管理不到位、應(yīng)急預(yù)案制定不到位、作業(yè)工人施工操作不當(dāng)?shù)取Ｒ陨辖Y(jié)論對地鐵工程施工風(fēng)險提出相應(yīng)控制與管理措施。地鐵在很大程度上有利于解決交通問題，得到國家的大力支持，但地鐵施工事故頻頻發(fā)生，值得企業(yè)深入探討地鐵施工的安全管理。本文從城市軌道交通地下工程施工入手，以施工風(fēng)險管理理論為基礎(chǔ)，結(jié)合地鐵施工的特點，從各個方面識別地鐵施工的風(fēng)險源，進(jìn)行分析，基于事故樹分析法，最后提出一系列的安全控制措施。