城市立體有軌交通拼寬橋梁施工安全風險模糊綜合評價

景語

(山西誠達公路勘察設計有限公司, 山西 太原 030006)

目前,以有軌電車為代表的城軌交通系統建設在全國多個地區鋪展開來。該類工程具有建設規模大、建設周期長、施工環境復雜、工藝工法特殊等特點,在一定程度上增加了其施工難度,施工過程中的風險類型比其他工程項目多,且其施工階段的風險發生概率、風險等級較高。尤其是在舊橋上進行拼寬改造,面臨的問題更多、更復雜:被拼寬的橋梁自身已運營一段時間,暴露了一些缺陷;原有舊橋的設計及施工時并未考慮拼寬,特殊結構設計、預留的各項參數可能存在不足;缺少相關施工經驗,施工中對安全管理可能做不到位,安全風險發生概率增大[1]。王峰重點分析某橋梁工程技術、環境等層面的現狀,構建該工程施工風險指標體系,建立全過程模糊評價模型,通過模型綜合評價,得到了各風險指標的風險等級及風險發生概率[2]。熊山銘采用文獻調研法識別橋梁施工對周邊建筑結構安全影響的風險指標,結合模糊評價法對某市政橋梁工程的施工安全風險進行模糊評價,確定了其風險等級[3]。現有研究以相關經驗分析和可行性研究階段給出的風險內容及建議為基礎,易受工作人員自身綜合能力的影響,所選用的風險指標涵蓋的范圍不足,風險識別存在片面及碎片化的問題;風險指標識別多采用傳統方法,獲得的風險指標全面性及科學性不足。本文采用德爾菲法識別風險指標,采用模糊綜合分析法對某城市立體有軌交通拼寬橋梁工程施工安全風險進行綜合評價,分析橋梁施工過程中風險因素的風險等級。

1 模糊綜合分析理論

模糊綜合分析法是從模糊數學的角度對受多因素影響的事物進行綜合評價的方法[4]。采用模糊綜合分析法評價拼寬橋梁施工安全風險的步驟:

(1) 構建評價因素的指標集。拼寬橋梁施工安全風險評價指標集用U={U1,U2,U3,…,Un}表示,其中Un為風險指標。

(2) 計算指標權重。采用層次分析法計算拼寬橋梁施工安全的各層次風險指標的權重[5]。

(3) 構建評價結果的評語集V。拼寬橋梁施工安全風險評價水平用V={V1,V2,V3,…,Vn}表示,其中Vn為評價水平。結合風險特點,確定拼寬橋梁施工安全風險評價水平V=(高,較高,中等,較低,低)。

(4) 建立隸屬度矩陣R。邀請專家按照評語集對風險指標進行歸類,統計歸類結果構建模糊關系矩陣。

(5) 按式(1)計算模糊綜合評判集B,按照最大隸屬度原則對風險水平進行評價。

B=AR=(a1,a2,a3,…,an)·

(1)

式中:A為指標權重向量;R為隸屬度矩陣;bj(j=1,2,…,m)為評語集元素。

2 拼寬橋梁施工安全風險評價體系

2.1 篩選拼寬橋梁施工安全風險指標體系

從施工安全控制的角度,分析拼寬橋梁施工中的風險因素。在中國知網搜索拼寬橋梁施工、施工安全風險、施工安全對策等關鍵詞,篩選出33篇文獻,從橋梁、既有建筑物施工、橋梁施工技術、橋梁施工環境、橋梁施工組織管理等方面進行風險指標篩選,獲得19項風險因素(見表1)。

表1 城市立體有軌交通拼寬橋梁施工安全風險初次識別結果

2.2 結合德爾菲法識別拼寬橋梁施工安全風險指標

2.2.1 構建初始問卷

根據表1設計調查問卷,除風險因素外,還包括工程項目背景介紹、項目風險介紹、調研目的等,同時設置專家意見欄,目的是希望專家提出建設性意見,進一步完善拼寬橋梁施工安全風險指標體系。選擇118名調研人員,包括32名市政橋梁工程方面的高級工程師、19名質監部門及住建部門的工作人員、16名高校土木工程專業的教授、26名市政工程建設單位管理人員、13名拼寬橋梁設計人員、12名監理工程師。共發放118份問卷,回收118份問卷,問卷回收率100%,達到預期回收效果。

2.2.2 檢驗風險因素的一致性

對專家對決策指標的熟悉程度及判斷依據賦予合理系數,根據專家的判斷依據和熟悉程度大小形成權威程度。其中:熟悉程度包括不熟悉、不太熟悉、一般熟悉、熟悉、很熟悉,系數分別為0.0、0.2、0.6、0.8、1.0;判斷依據包括經驗類、理論類、了解程度類、直觀類,系數分別為1.00、0.75、0.50、0.25。權威程度=(判斷依據+熟悉程度)/2。收集各專家的判斷依據及熟悉程度,整理形成專家權威程度檢驗值,經兩輪檢驗,權威程度值均大于0.7。根據文獻[6],問卷調查權威程度為可接受。

采用肯德爾和諧系數W對專家意見一致性進行判斷,其取值為[0,1]。W值越大,數據結果展示的一致性程度越高。W=1,專家意見完全一致;W=0,專家意見完全不一致。計算公式如下:

(2)

式中:Ri為第i個評價對象數量之和;N為評價對象數量;K為評定人數。

采用SPSS軟件進行數據處理。兩輪的W值分別為0.876、0.896,較接近,專家意見的一致性較高。

2.2.3 問卷初次調研

初始問卷調研結果見表2。

表2 拼寬橋梁施工安全風險因素初始問卷調研結果

續表2

根據表2,19項風險中,拼裝方案風險和拼裝規模風險在概念上有重復,用拼裝規?？烧宫F拼裝方案;與周邊建筑物的位置關系可由設計合理度、橋位特征等因素展現;污染環境風險較籠統,各環節均可能產生污染環境風險,不必單獨作為一個風險指標。

另外,有65位專家建議在一級指標的施工技術風險中增加破壞既有橋梁結構風險,在施工管理風險中增加高空作業風險。拼寬橋梁施工會對既有橋梁產生擾動,可能引起既有橋梁結構破壞。拼寬橋梁施工中,高空作業是經常性的,在施工管理中須重視高空作業的科學管控。

2.2.4 問卷再次調研

以初次問卷調研結果為基礎形成二次問卷內容,將二次問卷發放給一次問卷調研中的93位專家,問卷回收率為100%。調研結果見表3。

表3 最終問卷風險因素識別結果

根據表3,拼寬橋梁施工安全風險包括18項。

3 案例分析

3.1 工程概況

3.1.1 拼寬橋梁概況

為降低某立體軌道交通道路增設有軌電車對道路通行的影響,對某路段A線和B線引橋的一側分別新建一車道拼寬橋梁。拼寬橋梁主梁采用與既有橋梁一致的預應力混凝土梁,橋面寬4.50 m,梁高1.40 m?？紤]到橋梁寬度較小,整體側向剛度小,采用連續梁以提高結構體系的整體性。主梁采用單箱單室直腹板截面,翼緣板懸挑長度為1.00 m,箱梁頂板厚度為0.25 m,底板厚度為0.25～0.30 m,腹板厚度為0.30～0.40 m。拼寬橋梁采用現澆施工。橋墩采用獨柱T形墩,墩柱截面尺寸為1.20 m×1.20 m。墩基礎采用1.50 m樁,設雙樁承臺,承臺尺寸為4.50 m×2.00 m×1.50 m。A線拼寬橋梁的結構形式見圖1。

圖1 A線拼寬橋梁的結構形式(單位:mm)

3.1.2 關鍵風險描述

(1) 破壞既有橋梁結構。有軌電車占用既有橋梁內側一條車道,拆除外側車道的防撞墻并新增拼寬車道,對應機動車道整體外移,拼寬橋梁實施后既有橋梁承受的荷載發生變化,進而影響既有橋梁結構受力。橋梁拼寬后橫向梁數量增加,荷載橫向分布系數減小,拼寬橋梁施工對既有橋梁的影響顯著。新建拼寬橋梁下部基礎施工可能導致較大的基礎變形。拼寬橋梁樁基與既有橋梁樁基之間的距離較小,最小的只有3.5 m,樁基或承臺基坑施工會對自身及周邊既有橋梁基礎產生影響,如造成周邊橋梁樁基變形、下陷等。

(2) 鄰近既有鐵路線施工。該工程施工涉及橫跨鐵路的公路橋梁病害處理,病害處理作業區過于靠近既有營運鐵路,一旦發生危及火車正常運行的行為,將直接影響鐵路運營及人員、設備安全。

(3) 施工及運營對已有高壓桿線的影響。拼寬橋梁北段引橋前段的路基中央存在220 kV高壓輸電線路鐵塔,拼寬橋梁施工會對既有高壓線鐵塔結構安全產生影響,導致鐵塔基礎水平位移和垂直不均勻沉降,造成鐵塔頂部發生傾斜或偏移等。

(4) 擾動高壓燃氣管。北段引橋第一跨地下存在3根高壓燃氣/輸油管,既有橋梁為“先橋后管”,實測距離不足5 m(規范要求橋梁基礎距管道凈距不得小于5 m)。拼寬橋梁的建設拉大了第一跨和管線的距離,第二跨跨度相應減小,施工中存在破壞既有市政管線的風險。施工現場存在工程車輛及運輸車輛,其作業過程對土體產生交通荷載,并間接對管道施加應力,重載車輛碾壓路面可能造成管道變形或破壞等。

(5) 占道施工影響交通。拼寬橋梁施工封閉部分車道,造成周邊道路交通擁堵,擁堵導致的交通分流也會在一定程度上增加其他相鄰路段的交通壓力。施工期間,拼寬橋梁核心施工區域的路網服務水平將顯著降低。

3.2 拼寬橋梁施工安全風險評價

3.2.1 確定安全風險指標權重

采用層次分析法計算各風險指標的權重,計算結果見表4,其中綜合權重=一級指標權重×二級指標權重。

由表4可知:一級指標中,施工環境和施工管理的權重一致,施工技術的權重較小;二級指標中,破壞既有橋梁結構的權重最大,其次是設計合理度、橋位特征、高支模工程、高空作業、占道施工影響交通、施工及運營對已有高壓桿線的影響等,這些因素對整個項目施工安全的影響較大。

3.2.2 計算風險指標等級

按照GB/T 23694—2013《風險管理 術語》[7]、GB/T 27921—2023《風險管理 風險評估技術》[8]等規范對風險概率、影響程度、風險等級的劃分要求計算拼寬橋梁施工安全二級指標的風險發生概率及影響程度,綜合確定各風險的加權分值,據此確定風險等級(見表5)。

表4 拼寬橋梁施工安全風險評價指標的權重w

表5 風險等級計算結果

續表5

由表5可知:破壞既有橋梁結構、施工及運營對已有高壓桿線的影響、占道施工影響交通的風險等級最高,為5級;達到4級風險的風險指標包括高支模工程、預應力施工、高空作業、鄰近高壓線施工、設計合理度等;自然災害和工期的風險等級最低。拼寬橋梁施工中,可結合表7有針對性地進行風險防范,通過加強現場施工管理、完善技術方案等盡可能地降低風險發生概率及損失程度。

3.2.3 計算隸屬度矩陣

風險隸屬度矩陣由專家對各風險指標的等級判斷統計獲得。拼寬橋梁施工安全風險隸屬度分為5個等級,即高、較高、中等、較低、低。收集專家的打分,形成風險因素等級隸屬度矩陣:

3.2.4 風險模糊綜合評價

設拼寬橋梁施工風險的一級指標評價向量為Bi(i=1,2,3,4,5),則有:

B1=w1×R1=(0.22,0.16,0.40,0.12,0.10)

B2=w2×R2=(0.15,0.25,0.39,0.10,0.11)

B3=w3×R3=(0.11,0.17,0.36,0.26,0.10)

式中:w1、w2、w3分別為施工技術風險、施工環境風險、施工管理風險指標權重集合;R1、R2、R3分別為3個一級指標的隸屬度矩陣。

將一級風險指標的評價向量匯總形成拼寬橋梁施工安全的總隸屬評價矩陣:

拼寬橋梁施工安全風險程度綜合評價結果A為:

A=w×R=(0.150,0.155,0.460,0.110,0.035)

按照最大隸屬度原則,該拼寬橋梁施工整體風險處于中等水平。

4 結論

(1) 一級指標中,施工環境和施工管理的權重一致,施工技術的權重較低。二級指標中,破壞既有橋梁結構的權重最大,其次是設計合理度、橋位特征、高支模工程、高空作業、占道施工影響交通、施工及運營對已有高壓桿線的影響等,權重大的風險因素對拼寬橋梁施工安全的影響較大。

(2) 拼寬橋梁施工的整體風險處于中等水平。單項風險指標中,破壞既有橋梁結構、施工及運營對已有高壓桿線的影響、占道施工影響交通的風險等級最高,為5級;達到4級風險的指標包括高支模工程、預應力施工、高空作業、鄰近高壓線施工、設計合理度等。風險等級較高的因素是施工中應重點監測的指標,施工前應針對這些指標進行風險全過程分析,制定專項施工方案,并加強施工現場管控。