下沉式明挖隧道施工安全總體風險評估指標體系研究

朱曙光 長沙中核工程監(jiān)理咨詢有限公司 （湖南省核工業(yè)地質(zhì)局三〇四大隊下屬企業(yè)） 高級工程師

交通運輸部于2011 年5 月頒布了《公路橋梁和隧道工程施工安全風險評估指南（試行）》，2014 年12 月30 日下發(fā)了《交通運輸部關于發(fā)布高速公路路塹高邊坡工程施工安全風險評估指南（試行）的通知》（交安監(jiān)發(fā)〔2014〕266 號）（以下簡稱“《現(xiàn)行指南》”）等文件，明確要求在交通行業(yè)內(nèi)推行施工安全風險評估工作[1-2]。兩個指南中明確了橋梁、隧道、路塹高邊坡總體風險評估指標體系和無下沉式明挖隧道施工安全風險指標體系。下沉式明挖隧道施工所處的環(huán)境與施工工藝不同于一般隧道施工，用隧道總體風險評估體系不能有效評價其施工安全風險。

施工安全風險評估是針對工程施工過程中涉及的人、機、料、法以及環(huán)等方面存在的風險進行風險辨識、風險分析和風險估測等系列工作?？傮w風險評估是以整個下沉式明挖隧道工程為評估對象，根據(jù)隧道建設的長寬度、開挖深度、水文工程地質(zhì)特征、周邊施工環(huán)境、施工工程措施、風險誘發(fā)因素、氣候條件以及勘察設計資料完整性等風險因素，評估隧道工程施工的總體風險，確定其安全風險等級并提出控制措施建議。評估結(jié)論可為配置工程項目的人員和裝備等資源、決定是否開展專項風險評估等方面提供決策支持。

按照兩個《現(xiàn)行指南》以及國內(nèi)外標準、規(guī)范、文獻，通過對比分析初步確定，總體施工安全風險評估宜采用主因素控制指標體系法。這是一種根據(jù)下沉式明挖隧道工程施工存在的安全風險因素，建立體現(xiàn)風險特征的主控因素判識表與指標體系評估表，對各主控因素與評估指標進行量化分級，對施工安全總體風險作出評估的方法，包括主控因素辨識和指標體系評估兩個步驟。

1 施工安全總體風險評估步驟

總體風險評估需要分析項目資料，解讀總體施工組織，并勘察現(xiàn)場，做好風險調(diào)查，然后通過風險辨識、風險估測以及風險評價確定風險等級，提出風險防范與化解措施。

1.1 風險調(diào)查與風險辨識

根據(jù)項目所處的建設環(huán)境，勘察設計資料的完整性、總體施工組織設計的施工方案的合理性、適應性以及可行性，查找并分析可能引起下沉式隧道施工發(fā)生施工安全風險的各種風險因素，分解工序列出風險清單，畫出魚刺圖。

1.2 風險估測

風險估測是在風險辨識后，主要估測所列出工序風險事件發(fā)生的可能性及嚴重程度。通過行業(yè)近年來風險發(fā)生的頻次和概率來分析，同時客觀上對開挖可能帶來較大的風險因素進行量化分析，常用的分析方法有概率分析法、危險等級劃分法、危險源辨識及評價法等。

1.3 風險評價

在以上兩步的基礎上，通過建立的指標體系和評價標準，對風險進行分類、排序和量化分級，根據(jù)各指標對應的內(nèi)容進行相應的分級量化，為評分提供合理的依據(jù)，根據(jù)評分最終確定風險等級。

1.4 重要性排序

確定評估指標后，對所有的指標按復雜度和指標重要性排序兩種方法進行指標權(quán)重的確定。工程施工安全總體風險評估采用“按評估指標重要性排序確定權(quán)重取值”的方法，計算公式為：式中，γ為權(quán)重系數(shù)，n為評估指標(重要指標)項數(shù)，m為重要性排序號，m≤n。

2 下沉隧道明挖工程施工安全風險主控因素及指標體系

2.1 主控因素

下沉式明挖隧道大多是建設在交通發(fā)達、交通流量大以及周邊結(jié)構(gòu)物較多的交通要道處或城市立交處，其周邊環(huán)境復雜、施工條件差、施工范圍窄，不安全因素動態(tài)變化快、安全事故誘因復雜且主體從業(yè)人員流動性大。從以上施工環(huán)境和其特有的施工工藝分析，下沉式隧道主控因素有建設規(guī)模、地質(zhì)條件、誘發(fā)因素、施工環(huán)境以及資料完整性。

2.2 評估指標

按上述主控因素設定評估指標：①建設規(guī)模A1：基坑深度、坑壁坡度；②地質(zhì)條件A2：地層土類、基底巖體完整性、地下水位；③誘發(fā)因素A3：自然災害的影響；④施工環(huán)境A4：圍護結(jié)構(gòu)、地下水治理、周邊環(huán)境、有毒氣體；⑤資料完整性A5：地質(zhì)資料、設計文件。

2.3 建立指標體系

下穿明挖隧道施工安全風險總體評估指標體系如表1 所示，其中對各指標對應的內(nèi)容進行了相應的分級量化。

表1 下穿明挖隧道施工安全風險總體評估指標體系

3 等級判定

權(quán)重系數(shù)根據(jù)隧道所處位置、地基條件、開挖深度以及圍護結(jié)構(gòu)等重要性進行排序。對應公式為：

式中，F(xiàn)為總體風險評估分值，Aij為評估指標分值（i=1,2,3,4,5；j=1,2,3,…,n），n為對應第i類評估指標包括的重要指標的數(shù)量。計算出F值，對照表2 確定安全總體風險等級。

表2 隧道工程施工總體風險評估表

評估指標體系中各指標的取值，綜合考慮指標因素對隧道施工的影響程度，每個指標分級要有明確的依據(jù)，數(shù)值應取整數(shù)。另外針對不同的隧道施工環(huán)境、評估指標按所處的水文工程地質(zhì)條件和施工影響因素進行相應的增加或刪減，同時按相應條件調(diào)整指標的風險分級。

對照如下標準確定安全總體風險等級。F＞60，等級Ⅳ(極高風險)；45 ＜F≤60，等級Ⅲ(高度風險)；30 ＜F≤45，等級Ⅱ(中度風險)；F≤30，等級Ⅰ(低度風險)。

4 實例驗證

4.1 下沉式隧道工程概況

以廣東某下沉式隧道為例，其地處三水盆地的北東側(cè)附近及珠江三角洲的北部邊緣地帶。隧道修建于原交通十字路口，均為雙向六車道一級公路加兩側(cè)輔道，車流量均較大，平面交通壓力大，而下沉隧道能解決此交通問題。隧道全長635 m，其中敞開段共長325 m，遮光段長50 m，暗埋段長260 m。敞開段采用U 型塢式斷面結(jié)構(gòu)型式，遮光段采用U 型塢式斷面+橫撐梁的結(jié)構(gòu)型式，暗埋段采用單箱雙室的矩形框架結(jié)構(gòu)型式。

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隧道處地質(zhì)情況如下，從上到下主要填筑土層（平均厚3.55 m，以下相同）、淤泥質(zhì)土層（2.79 m）、粉砂層（3.56 m）、中砂層（3.14 m）、淤質(zhì)粉砂層（1.63 m）、淤泥質(zhì)土層（2.34 m）、粉質(zhì)粘土、粉土層（2.8 m）、中（粗）砂、砂礫層（6.19 m）、殘積土層（1.23 m）、強風化巖層（4.41 m）以及中風化巖層（9.43 m）。主要不良地質(zhì)情況為淤泥質(zhì)土層、粉砂層、淤質(zhì)粉砂層和中（粗）砂、砂礫層。地下水位埋藏較淺，且地層含水豐富，基坑開挖在降低地下水水位時會產(chǎn)生某些不良作用，可能出現(xiàn)流沙和地面開裂下陷現(xiàn)象。

隧道兩側(cè)采用Φ800 ～Φ1200 鉆孔灌注樁+雙層高壓旋噴樁（或三軸攪拌樁）止水帷幕圍護結(jié)構(gòu)?；泳捎梅侄蚊魍?，分段施工底板，再外側(cè)墻和頂板。一段施工完成，再向前推進一段，隧道兩端同時對稱施工。

4.2 隧道總體施工安全風險評估

根據(jù)表1 和上節(jié)描述的內(nèi)容建立如表2總體風險評估表。

經(jīng)表2 計算評估，該下沉式明挖隧道的總體風險評估值為54.4，總體風險等級為Ⅲ級（高度風險），應納入專項風險評估。

5 結(jié)論

下沉式明挖隧道總體風險評估采用主因素控制指標體系法，通過風險指標的層次量化表，解決了指標體系各種風險的具體量化問題，對下沉式明挖隧道工程總體施工安全風險評估具有較好的參考價值。應用此體系對廣東某下沉式隧道的施工風險評估，所得結(jié)果與施工情況完全相符，證明了評估體系適用性強，可操作性強。