大跨徑懸索橋施工階段風(fēng)險(xiǎn)評估

叢霄，賈麗君，肖汝誠

(同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，上海200092)

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大跨徑懸索橋施工階段風(fēng)險(xiǎn)評估

叢霄，賈麗君*，肖汝誠

(同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院，上海200092)

摘要：針對大跨度懸索橋施工過程，提出一種簡化的基于模糊層次分析法的風(fēng)險(xiǎn)評估方法。按懸索橋的施工過程劃分層次，普查可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)源，基于模糊層次分析法結(jié)合專家調(diào)查評分計(jì)算各風(fēng)險(xiǎn)源權(quán)重。根據(jù)權(quán)重篩選風(fēng)險(xiǎn)因素，對權(quán)重較大的風(fēng)險(xiǎn)因素提出可行的現(xiàn)場應(yīng)對方案，以便用于施工方現(xiàn)場處理。該方法將模糊數(shù)學(xué)方法引入大跨度懸索橋施工階段的風(fēng)險(xiǎn)評估，對施工中可能面對的風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行定量評估的同時(shí)又減輕了層次分析的復(fù)雜性。

關(guān)鍵詞：大跨度懸索橋；風(fēng)險(xiǎn)評估；施工階段；模糊層次分析法；風(fēng)險(xiǎn)源普查

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國橋梁工程發(fā)展迅猛，橋梁建設(shè)的速度和能力均處于國際領(lǐng)先地位。但由于橋梁工程從投資、設(shè)計(jì)、施工到全壽命周期的運(yùn)營管理，具有周期長、涉及面廣、各種風(fēng)險(xiǎn)因素錯(cuò)綜復(fù)雜等特點(diǎn)，近年來自然災(zāi)害(地震、颶風(fēng)等)和人為因素(船撞、爆炸、設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、施工誤差等)導(dǎo)致的橋梁事故頻頻發(fā)生，造成了惡劣的社會影響[1]。懸索橋作為跨越能力最強(qiáng)的橋型，施工周期更長，技術(shù)難度高，風(fēng)險(xiǎn)源眾多且對橋梁施工安全性的影響程度參差不齊。為了在施工過程中更好的規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，最大程度降低施工成本、提高施工進(jìn)度，建立橋梁工程風(fēng)險(xiǎn)評估體制、研究橋梁工程風(fēng)險(xiǎn)評估理論和方法、進(jìn)行施工過程的風(fēng)險(xiǎn)管理是十分必要的[2]。對此，國內(nèi)外不少學(xué)者也做過較多探索研究，且在幾座大型橋梁上得到過應(yīng)用[3-6]。

工程風(fēng)險(xiǎn)評估中普遍采用的評估流程為：風(fēng)險(xiǎn)因素識別、通過風(fēng)險(xiǎn)概率和風(fēng)險(xiǎn)損失評價(jià)風(fēng)險(xiǎn)等級、確定風(fēng)險(xiǎn)是否可接受并判斷進(jìn)一步的處理方法。評估過程中需具體給出每個(gè)致險(xiǎn)因素的風(fēng)險(xiǎn)概率和損失程度[7-12]。然而，懸索橋施工過程中引起工程風(fēng)險(xiǎn)的因素多而繁雜，若概括地評判不能起到實(shí)質(zhì)性的指導(dǎo)作用，但若對每一個(gè)致險(xiǎn)因素的風(fēng)險(xiǎn)概率和損失進(jìn)行準(zhǔn)確評判，難度很大并且可操作性不高。本文基于可操作性，針對大跨徑懸索橋施工階段提出一種簡化的風(fēng)險(xiǎn)評估方法：詳細(xì)普查施工風(fēng)險(xiǎn)源，通過模糊層次分析方法直觀地計(jì)算出各致險(xiǎn)因素對施工風(fēng)險(xiǎn)影響的權(quán)重，根據(jù)權(quán)重對各風(fēng)險(xiǎn)源的重要程度進(jìn)行把握，提出預(yù)防或改進(jìn)措施。

1懸索橋施工過程的風(fēng)險(xiǎn)評估方法

1.1步驟

評估步驟為：

1)風(fēng)險(xiǎn)源普查；

2)基于模糊層次分析法的風(fēng)險(xiǎn)因素識別；

3)根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)因素的重要程度給施工方提出可行性意見。

1.2方法

采用模糊層次分析法評估懸索橋施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)[13-15]。模糊層次分析法是指運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)工具，對多種因素進(jìn)行綜合考慮，對分析目標(biāo)做出某種決策。將某個(gè)實(shí)際問題層次化，構(gòu)造出一個(gè)層次分析的結(jié)構(gòu)模型，將復(fù)雜問題分解成基本元素指標(biāo)，同時(shí)這些元素又可根據(jù)需要分成若干子組，形成不同層次。同一層次的元素作為準(zhǔn)則對下一層次的某些元素起支配作用，同時(shí)又受到上一層次元素的支配[16]。

1)模糊層次分析模型

2.1 4組血清中CRP、IL-6水平 細(xì)菌感染組的CRP、IL-6水平顯著高于混合感染組、其他感染組及對照組，混合感染組的CRP、IL-6水平顯著高于其他感染組和對照組，其他感染組的CRP、IL-6水平顯著高于對照組，其差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05)。見表1。

設(shè)U={u1,u2,…,un}為描述評價(jià)對象的n種因素的集合。則優(yōu)先關(guān)系判斷矩陣[17-18]

由r可以得到模糊一致判斷矩陣

利用模糊層次分析法的最終目的是求出指標(biāo)層D上各元素對總目標(biāo)A的相對權(quán)重。而求解過程需在相鄰層次之間進(jìn)行，從上至下，直到指標(biāo)層，得到下一層次對上一層次的權(quán)重向量

2)專家調(diào)查法

專家調(diào)查法也稱專家評估法，是以專家作為獲取信息的對象，依靠專家的知識和經(jīng)驗(yàn)，由專家通過調(diào)查研究對問題做出判斷、評估和預(yù)測的一種方法[19-20]。由于懸索橋施工中的風(fēng)險(xiǎn)源眾多，短時(shí)間內(nèi)很難通過實(shí)際可行的計(jì)算得到風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果，在這種情況下專家調(diào)查法是比較可行的調(diào)查方法。

2案例分析

2.1層次設(shè)置

地錨式懸索橋的施工可以分為錨錠、橋塔、纜索系統(tǒng)、貓道和加勁梁5個(gè)部分，因而懸索橋的施工風(fēng)險(xiǎn)也可以由此劃分。在此僅以懸索橋施工中最重要、也最有特色的纜索系統(tǒng)施工為例進(jìn)行計(jì)算分析。

纜索系統(tǒng)施工可以分為主纜施工、索夾和吊索施工兩大部分，而主纜施工又分為主纜安裝、緊纜、纏絲涂裝3個(gè)步驟，索夾吊索施工分為索夾安裝和吊索安裝兩個(gè)部分。層次設(shè)置如圖1所示。其中A層為施工風(fēng)險(xiǎn)；B層為錨錠、橋塔、纜索系統(tǒng)、貓道、加勁梁；C層為主纜、索夾、吊索；D層為安裝主纜、緊纜、纏絲涂裝、安裝索夾、安裝吊索；E為D層的子項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)源分項(xiàng)。

圖1　層次設(shè)置圖

2.2風(fēng)險(xiǎn)源普查

對D層的子項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行普查[21]，羅列出5個(gè)分項(xiàng)的風(fēng)險(xiǎn)源，將該風(fēng)險(xiǎn)源層定為E層。

2)緊纜(D2)。①緊纜機(jī)就位之前沒有放松南北邊跨的抗風(fēng)索系統(tǒng)；②沒有拆除主纜外層索股上的纏包帶和緊纜機(jī)百米以內(nèi)的成形裝置；③沒有及時(shí)調(diào)整平衡架，緊纜機(jī)框架與主纜不相垂直；④緊纜過程中，每次操作移動緊纜機(jī)，沒有對主纜的周長、垂直直徑和水平直徑進(jìn)行詳細(xì)檢查測量，導(dǎo)致誤差過大；⑤緊纜機(jī)上的千斤頂壓力過大，機(jī)器壽命受到影響；⑥緊壓過程中施工人員經(jīng)驗(yàn)不足，沒有同時(shí)敲打主纜，造成外層鋼絲分布不均勻；⑦索夾的位置沒有加密緊壓導(dǎo)致拆除鋼帶安裝索夾時(shí)，主纜尺寸無法控制；⑧主纜孔隙率過小導(dǎo)致索夾安裝到位時(shí)螺桿達(dá)不到要求的張力；⑨由于大風(fēng)、暴雨等天氣原因?qū)е驴刂茰y量的參數(shù)不精確而造成安裝位置的偏差。

4)索夾安裝(D4)。①沒有在溫度較恒定的情況下安裝索夾；②測量索夾基準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)未能將主纜從貓道上松開；③測量位置、溫度存在誤差；④出現(xiàn)夾絲現(xiàn)象，且沒有及時(shí)處理；⑤攜帶索夾的天吊索工作車在主跨的兩半跨同時(shí)行駛造成安全事故；⑥去除捆綁鋼帶之后索股出現(xiàn)橫向擴(kuò)展損傷、擠出鋼絲；⑦施工過程中沒有控制和緊固索夾螺桿的張力；⑧安裝兩側(cè)鞍座、收緊索夾后主纜頂?shù)撞砍霈F(xiàn)間隙，導(dǎo)致螺桿張拉后螺桿彎曲、索夾變形。

5)吊索安裝(D5)。①水流、不利氣候等原因?qū)е卵b載吊索的駁船定位困難；②起吊速度過快導(dǎo)致放線架出現(xiàn)故障；③施工人員指揮控制不當(dāng)導(dǎo)致索頭碰撞事故或駁船漂移量過大；④沒有做好貓道清理工作，上下交叉作業(yè)導(dǎo)致安全事故；⑤轉(zhuǎn)向滑輪架及其他吊裝設(shè)備部件松動導(dǎo)致吊裝事故；⑥吊裝過程中臨時(shí)保護(hù)措施不到位導(dǎo)致PE護(hù)套損傷；⑦安裝遇雨天且沒在工廠預(yù)先完成上錨頭防水工作，導(dǎo)致雨水進(jìn)入吊索；⑧6級以上大風(fēng)或夜間、霧天等惡劣天氣下施工；⑨索夾涂裝前沒有清理干凈表面油脂、灰塵；⑩涂裝時(shí)的空氣條件不能滿足要求。

2.3專家調(diào)查

通過專家調(diào)查方法確定優(yōu)先判斷關(guān)系矩陣，限于篇幅，僅選取緊纜對施工風(fēng)險(xiǎn)的影響，建立各層次之間的優(yōu)先關(guān)系判斷矩陣

2.4計(jì)算分析

運(yùn)用上述層次分析法計(jì)算出E層(風(fēng)險(xiǎn)因素)對A層(施工風(fēng)險(xiǎn))的影響程度，如圖2所示，其中，橫坐標(biāo)標(biāo)號對應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)源普查羅列的風(fēng)險(xiǎn)因素；縱坐標(biāo)為各風(fēng)險(xiǎn)因素對應(yīng)權(quán)重與最大權(quán)重的比。

根據(jù)圖2，以“纏絲及涂裝”項(xiàng)為例，風(fēng)險(xiǎn)因素4、6、10影響權(quán)重較小，風(fēng)險(xiǎn)因素5、7、8、9、11影響權(quán)重較大，在給施工方的意見中應(yīng)分情況予以說明。針對分析結(jié)果，給施工方編制詳實(shí)的施工手冊，對于施工中出現(xiàn)可能性較大且影響權(quán)重大的風(fēng)險(xiǎn)源，應(yīng)給出切實(shí)可行的處理意見。對于在施工設(shè)計(jì)中即可避免的問題，應(yīng)明確列出并提示施工方及時(shí)避免(如涂裝中使用的溶劑能相互溶解導(dǎo)致涂裝之后鼓泡的問題)；而對于某些較難避免的問題(如調(diào)索中主鞍邊跨端和散索鞍錨跨端的鼓絲問題)，應(yīng)羅列出經(jīng)驗(yàn)性處理方案，便于施工方在現(xiàn)場控制與處理。

3結(jié)論

1)懸索橋施工過程中致險(xiǎn)因素多，因而施工過程的風(fēng)險(xiǎn)評估至關(guān)重要。

2)通過模糊層次分析法可以直觀地計(jì)算出各風(fēng)險(xiǎn)源因素對施工風(fēng)險(xiǎn)影響的權(quán)重，便于施工方把握各風(fēng)險(xiǎn)因素的重要性程度，做出決策。

a)主纜安裝風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重比　　　　　　　　b)緊纜風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重比　　　　c)纏絲及涂裝風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重比

d)索夾安裝風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重比　　　　　　e)吊索安裝風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重比圖2　風(fēng)險(xiǎn)因素的影響權(quán)重比

3)根據(jù)計(jì)算給施工方編制施工手冊，羅列出容易出現(xiàn)但在施工設(shè)計(jì)時(shí)可以避免的問題以及難以避免但可以提供相關(guān)解決措施的問題，給施工方進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避和應(yīng)對提供借鑒。

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(責(zé)任編輯：郎偉鋒)

Risk Assessment of Long-Span Suspension Bridge During Construction Period

CONGXiao,JIALijun,XIAORucheng

(CollegeofCivilEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

Abstract:A simplified method based on Fuzzy Analytic Hierarchy Process (FAHP) for risk assessment of a long-span suspension bridge during construction period is presented. Weighing various factors is calculated based on FAHP according to the dividing hierarchy of construction process, the possible risk factors in the general investigation and combining with the expert investigation. Then, the risk factors are selected based on the weight and practical solutions are put forward to the risk factors with higher weight, which is easy for the construction side to operate. For this method, the fuzzy mathematics method introduced into the risk assessment of the construction period of the long-span suspension bridge can make the quantitative evaluation of the possible risk factors in the construction and reduce the complexity of the analytic hierarchy process.

Key words:long-span suspension bridge; risk assessment; construction period; fuzzy analytic hierarchy process; general risk factors investigation

中圖分類號：U445.4

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1672-0032(2016)01-0047-06

DOI：10.3969/j.issn.1672-0032.2016.01.009

作者簡介：叢霄(1993—)，女，江蘇南通人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榇罂缍葮蛄?，E-mail:shcongxiao@163.com.*通訊作者：賈麗君(1966—)，女，浙江上虞人，工學(xué)博士，副教授，主要研究方向?yàn)榇罂缍葮蛄?E-mail:jialj@#edu.cn.

基金項(xiàng)目：國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(2013CB036300)

收稿日期：2016-01-14