橋梁施工安全風險評估與控制研究

楊鑫

（廣東冠粵路橋有限公司，廣州 511450）

1 引言

隨著基礎交通網(wǎng)的完善，公路橋梁的建設規(guī)模日益擴大，施工風險控制也更加嚴格。橋梁工程（尤其是大橋和特大橋）往往具有施工時間長、施工技術復雜、受外部環(huán)境影響大的特點，存在較多的施工風險，容易發(fā)生各種安全事故，造成工期延誤、人員傷亡、經(jīng)濟損失等。近年來，許多學者通過現(xiàn)場調(diào)研、數(shù)值模擬等手段進行了橋梁施工風險方面的研究，并提出一些有價值的研究成果，如張軍校[1]構(gòu)建了橋梁施工安全風險因果模型，并將該模型應用于高架橋樁基施工的安全風險評估中，取得了良好效果；吳業(yè)雄[2]以某山區(qū)公路橋梁為研究對象，運用魚刺骨法匯總了橋梁施工期間的風險源和風險因素，并通過LEC 法計算出了各風險因素的安全等級；王麗[3]采用專家調(diào)查法對A 大橋的風險因素進行識別和打分，利用貝葉斯網(wǎng)絡法建立該大橋風險評估模型，并按照評估結(jié)果分析了施工風險的產(chǎn)生原因和防控措施。但是，施工人員在開展橋梁施工期間，安全意識不足，施工方案以參考以往工程經(jīng)驗為主，從而導致施工安全隱患大。因此，研究橋梁施工安全風險評估與控制研究是十分必要的。

2 橋梁施工風險特點及風險識別

2.1 橋梁施工風險特點

不同專業(yè)領域?qū)︼L險的定義存在差異，但均將風險視為對不利事件發(fā)生概率及其導致事故嚴重程度的綜合評價，并用危險度R 來表示[4]：

式中，pi為不利事件發(fā)生的可能性指標，i=(1～n)；ci為不利事件所導致后果嚴重程度的指標，i=(1～m)。

橋梁施工風險與其結(jié)構(gòu)形式、材料特性、施工技術、所處的地質(zhì)環(huán)境等密切相關，具有規(guī)律性、關聯(lián)性、不確定性等特點，主要體現(xiàn)在3 個方面：（1）規(guī)律性：橋梁上部結(jié)構(gòu)施工難度大，但作業(yè)工序較固定，施工風險也呈現(xiàn)一定的規(guī)律性，可通過制定相應的應急預案及時防控；（2）關聯(lián)性：橋梁結(jié)構(gòu)施工期間存在的各種風險并不是完全獨立的，而是相互影響的統(tǒng)一整體，甚至某個危險因素的發(fā)生可能導致橋梁的停工整改；（3） 不確定性：由于橋梁結(jié)構(gòu)受施工技術和外部環(huán)境影響較大，難以計算出所有不利事件的發(fā)生概率，有時只可定性評估施工風險。

2.2 橋梁施工風險識別

準確清晰地識別風險是橋梁施工風險管理的開端，也是風險評估和決策的前提。橋梁施工風險識別時要遵循全面性原則、全員參與原則、動態(tài)分析原則等，并根據(jù)項目建設目標選擇層次分析法、頭腦風暴法、事故樹法、檢查表法中的一種或多種方法來分析橋梁施工過程中的潛在風險，以編制風險源清單。橋梁施工風險識別的主要流程如圖1 所示[5]。

圖1 橋梁施工分析識別步驟

3 橋梁施工風險評估模型建立

3.1 施工總體風險評估

橋梁施工風險評估主要采用指標體系法。在選擇評價指標時，沒有必要考慮所有的風險因素，這樣，會在很大程度上提高風險評估工作量[6]。評價前只需要先確定橋梁施工期間涉及人、材料、機械、施工方法和外部環(huán)境等不良事件的關鍵評價指標，并賦予其相應權(quán)重即可。筆者結(jié)合多年項目經(jīng)驗，并參考相關資料，將評價指標按數(shù)量和重要性進行排序，得到指標權(quán)重系數(shù)如表1 所示。

表1 施工風險評價指標權(quán)重系數(shù)

在確定橋梁施工風險評價指標和權(quán)重系數(shù)后，就可按式（1）計算出總體風險值R，并得到橋梁的總體風險等級。

式中，pi為總體風險評價指標；γi為評價指標權(quán)重系數(shù)。當R≤30，為等級Ⅰ（低度風險）；當30＜R≤45，為等級Ⅱ（中度風險）；當45＜R≤60，為等級Ⅲ（高度風險）；當R＞60，為等級Ⅳ（極高風險）；n 為指標總數(shù)量。

3.2 施工專項風險評估

JTG/T 3650—2020《公路橋涵施工技術規(guī)范》規(guī)定，總體風險評級在Ⅲ級及以上則需要開展專項風險評估。橋梁專項風險評估可采用層次分析法和LEC 法。前者包括建立風險層次模型、構(gòu)建判斷矩陣、一致性檢驗等內(nèi)容；后者關鍵要確定事故發(fā)生可能性L、人員處在危險環(huán)境頻率E 及事故引起的后果C。

3.2.1 層次分析法

建立風險層次模型：為了準確建立橋梁施工風險層次模型，事先必須識別橋梁施工期間風險因素及各風險因素之間隸屬關系。風險層次模型分為目標層、判據(jù)層、準則層。其中，目標層是在模型最上端，往往只有1 個風險因素。判據(jù)層的各風險因素在隸屬于目標層的同時又受到準則層各風險因素的影響。

在開展風險評估時，可將橋梁施工風險作為目標層，將人的違章作業(yè)、機械不安全狀態(tài)、不良作業(yè)環(huán)境、管理缺陷等作為判據(jù)層。準則層內(nèi)容可按照上述4 個方面結(jié)合項目實際情況共同確定。

構(gòu)建判斷矩陣：在確定橋梁施工風險層次模型后，應通過兩兩對比的方法，確定同一層次各風險要素的相對重要程度，以建立判斷矩陣。橋梁風險因素的相對重要程度用標度值進行量化，詳見表2。

表2 橋梁施工風險因素的標度值

n 個風險因素相互比較，就可以得到n 階判斷矩陣A，根據(jù)公式Ax=λmaxx 計算出矩陣的最大特征根和相應的特征向量。

矩陣一致性檢驗：由于橋梁施工風險因素的相對重要程度往往是邀請若干專家評分得到，容易受到主觀因素干擾，根據(jù)評價指標標度值得到的判斷矩陣可能不具備一致性，此時要進行矩陣一致性判定[7]：式中，CI 為評價指標的判斷矩陣一致性指標；λmax為判斷矩陣最大特征根；n 為判斷矩陣階數(shù)。當CI=0，判斷矩陣具有完全一致性。

3.2.2 LEC 法

LEC 法是用于橋梁施工風險評估的1 種半定量方法，用風險值D 等于事故發(fā)生可能性L×人員處在危險環(huán)境頻率E×事故引起的后果C。D 值的大小可以評價橋梁施工期間的危險性：D≤20，稍有風險，可以接受；當20＜D≤70，一般風險，需要注意；70＜D≤160，高度危險，立即整改。

4 橋梁施工風險評估實例分析

4.1 項目概況

依托項目為大埔至潮州高速公路TJ16 標段，路線位于梅州市大埔縣楓朗鎮(zhèn)和大東鎮(zhèn)境內(nèi)，擬對該標段內(nèi)的雙溪大橋主橋展開總體風險評估和專項風險評估。雙溪大橋上部采用四跨預應力混凝土變截面連續(xù)剛構(gòu)體系，橋梁長度為370 m，孔數(shù)-跨徑為65 m+2×120 m+65 m，如圖2 所示。其中，箱梁采用單箱單室截面，縱、橫、豎三向預應力體系。橋?qū)?2.5 m，箱梁根部梁高7.2 m，跨中梁高2.8 m，箱梁頂板設橫坡，底板橫橋向為水平。主橋箱梁主橋共有3 個“T”構(gòu)，各單“T”箱梁中的0#～1#塊為現(xiàn)澆段，2#～16#掛籃懸澆段，17#塊位合龍段，18#塊為邊跨現(xiàn)澆段。施工順序為0#～1#塊三角支架現(xiàn)澆→2#～16#掛籃懸澆→邊跨18#塊三角支架現(xiàn)澆→邊跨吊架合龍→中跨利用掛籃底模吊架合龍。

圖2 雙溪大橋主橋橋跨設計圖

4.2 總體風險評估

根據(jù)項目概況，并結(jié)合謝海濤[7]提出的總體風險評估體系和專家調(diào)查結(jié)果，選擇施工水平、建設規(guī)模、橋位特征、地質(zhì)條件、氣候條件、地形地貌條件為雙溪大橋總體風險評估指標（已按指標重要性排序），將各評價指標的標準分值定為60、50、50、30、10、10，權(quán)重系數(shù)參考表1，則計算出的橋梁施工總體風險值如下：

橋梁總體風險值R＞45，風險等級為Ⅲ級高風險，需要對其開展專項風險評估。

4.3 專項風險評估

針對雙溪大橋施工期間的鉆孔灌注樁、支架現(xiàn)澆混凝土、預應力筋張拉、橋跨合龍等主要風險源，利用LEC 法進行專項風險評估，得到橋梁施工風險評價見表3。

表3 橋梁施工風險評價表

4.4 施工風險控制措施

在橋梁實際施工期間應根據(jù)風險因素的風險等級評價結(jié)果選擇適當?shù)娘L險控制措施：首先，要加強橋梁施工的現(xiàn)場管理，提高工人和技術人員的安全意識、安全技能等；其次，要建立完善的安全生產(chǎn)管理機構(gòu)，明確各級管理人員的施工責任，并制訂安全計劃，不定期對施工現(xiàn)場進行安全檢查。同時，在橋梁施工之前要結(jié)合項目概況、勘察設計資料、工期安排、施工工藝、資源需求計劃等編寫完整的施工方案，開展三級技術交底，確保各級技術人員和班組作業(yè)人員清楚橋梁施工期間的潛在風險源。

5 結(jié)語

在分析橋梁施工風險特點的基礎上，依托雙溪大橋，探討了總體風險評估和專項風險評估方法。主要得到以下結(jié)論：

1）橋梁施工風險與其地質(zhì)地貌、結(jié)構(gòu)形式、施工技術、施工人員素質(zhì)等因素有關，且通常具有規(guī)律性、關聯(lián)性、不確定性。

2）橋梁施工風險評估可采用指標體系法，事先應確定橋梁施工期間的關鍵評價指標，并賦予其相應權(quán)重即可。

3）橋梁專項風險評估可選擇層次分析法或LEC 法。前者包括建立風險層次模型、構(gòu)建判斷矩陣、一致性檢驗等內(nèi)容；后者的關鍵要確定L、E、C。

4）在橋梁實際施工期間可通過加強人員管理、建立完善的施工方案、不定期安全檢查等措施來加強風險控制。