港珠澳大橋水下隧道工程的HSE風險管理應用與示范

張志剛， 李金峰

(1. 中交公路規劃設計院有限公司， 北京 100088； 2. 中國交通建設股份有限公司， 北京 100088)

0 引言

HSE是健康(health)、安全(safety)和環境(environment)的總稱，健康、安全與環境共同組成了三位一體的管理體系。HSE是20世紀90年代在國際上興起的現代管理模式，被稱為一種后工業化時代的管理方法。

因為經濟和社會發展的需要，19世紀建造了很多橋梁，20世紀建造了大量的高層建筑。為了節約能耗、保護環境，需要大量地利用地下空間，業內人士將21世紀稱作是“地下空間”的世紀。地下空間的利用將帶來前所未有的發展機遇，但地下空間開發也會伴隨著超乎尋常的高風險。

水下隧道工程屬于地下空間開發的重大項目，按照國家基礎設施建設規劃以及人們對快速便捷交通運輸的強烈需求，當前及今后一段時間，水下隧道作為我國跨越江河及海灣的主要交通方式會受到越來越多的青睞。水下隧道項目具有工程規模巨大、建設條件復雜、技術標準要求高、施工組織管理困難、巖土體分布形態及物理力學性質不易把握，以及施工作業的風險與難度大等特點。除此之外，水下隧道工程的社會影響大，承載的社會責任大，工程項目管理不僅是為了實現質量、進度和成本的管理，而且需要注重HSE管理目標的實現。現階段，如何控制工程項目的風險并進行行之有效的HSE管理，是項目業主及承建單位都必須面對的重要課題。

20世紀90年代，我國的一些石油企業在對外合作的實踐中率先接觸并采用了相應的一些HSE管理經驗和做法，SY/T 6276—1997《石油天然氣工業健康、安全與環境管理體系》頒布實施使HSE正式登陸中國，隨后陸續出現了《基建施工HSE風險管理》與《HSE風險管理理論與實踐》著作，成為規范建立與實施HSE管理體系的理論工具和指南[1-2]。崔文彩[3]針對石油天然氣資源勘探開發中石油鉆井的關鍵環節，結合鉆井工程項目作業活動生產規模大、投資多、風險大、多工種、多工序、立體交叉及連續作業等的特點，對鉆井工程作業HSE進行風險識別，并建立了一套HSE的風險評價模式。吳武生[4]、陳國華等[5]以跨海橋梁施工作業為背景，基于HSE管理模式，建立了跨海橋梁工程施工風險評價模型及方法。馬曉彤等[6]針對常規橋梁工程項目施工進行了HSE風險管理分析并予以實踐應用。王國發等[7]以港珠澳大橋沉管隧道管內附屬工程施工為對象，為控制施工中的各類高風險，開展應用了一系列HSE標準化建設。

針對地下工程，特別是水下隧道主體工程建設開展HSE風險評價及對策措施還沒有開展過專門研究。本文以港珠澳海底隧道工程為對象，詳細論述基于HSE對水下隧道工程進行風險評價與風險控制的方法和過程。

1 工程概況

港珠澳大橋主體工程中的海底隧道采用沉管方案，隧道總長6 704 m，東人工島島上段隧道長520 m，西人工島島上段隧道長520 m，海中沉管段長5 664 m，隧道東端位于圓曲線上。沉管段采用節段式半剛性管節結構，沉管段由33個管節組成，其中曲線段管節5節，標準管節長180 m，由8節長22.5 m的節段組成，縱向連接設置永久預應力。管節橫斷面采用斜中墻2孔1管廊結構形式，結構外包尺寸為37.95 m×11.4 m(寬×高)，頂、底板及兩側墻一般厚度均為1.5 m。沉管段混凝土強度等級不低于C45，抗滲等級不低于P12。標準管節質量約7.5×107kg，采用工廠法預制，最大沉放水深約45 m[8-10]。隧道管節浮運安裝實景如圖 1所示。

圖1 隧道管節浮運安裝實景

港珠澳主體工程的建設目標是“建設世界級跨海通道，成為地標性建筑，為用戶提供優質服務”。 工程處于珠江口伶仃洋上，建設條件復雜，是我國第1次在外海建設隧道工程，是我國交通建設史上面臨到的前所未有的全新課題，技術、管理及工程風險均極具挑戰[11]。

港珠澳海底隧道工程施工期間HSE風險的特點主要有：

1)工程規模宏大，超長周期海上施工，作業線長、點多、面廣、工序復雜，作業船舶種類多、數量大，參與作業的人員數量多。

2)工程區域地處珠江口中華白海豚保護區核心區，環保要求高。

3)部分施工水域跨越粵港分界線，施工中應考慮香港特區相關規定要求。

4)珠江口水域通航航線縱橫交錯、航行船舶密度大，建設期間需進行臨時航道與主航道的通航轉換、局部區域限制通航。

5)災害性天氣多發。

6)技術復雜，采用新技術、新工藝、新設備多。

隧道工程是由各個分項組成的系統工程，HSE體系是一項綜合體系，集風險分析與評價、設施設計、施工及管理要求于一體，在隧道工程中應用HSE管理實現“追求零傷害、零污染、零事故”總體目標。

2 HSE的風險評價方法及標準

HSE管理體系中的風險評價包括2層含義： 一是評價風險的大小，指某一特定風險事件發生的可能性和后果的嚴重性； 二是風險分級劃分，對于不可允許發生的風險，通過體系要素的控制方法采取有效的措施加以消除、削減和控制，以預防事故的發生。

HSE體系管理中的常用風險評價方法有2類： 一類是以作業條件危險性分析為基礎，包括LEC法、MES法、ESP法； 另一類是以矩陣原理為基礎，包括RAC法、定性風險矩陣法、半定量風險矩陣法。這些方法的基本原理基本相同，首先確定風險事件的可能性和后果的嚴重性，然后通過各自的方式(計算或矩陣)對風險的大小進行分級，并有針對性地采取必要的削減和控制措施[12-13]。

結合本項目的工程規模、復雜程度、風險特性及使用經驗，采用作業條件危險性分析(LEC)法對辨識的風險源進行HSE風險評價。

2.1 方法及評價公式

LEC法是由美國的格雷厄姆(Graham)和金尼(Kinney)提出的，是一種評價人們在具有潛在危險性環境中作業時的危險性的半定量評價方法，用與系統風險率有關的3種因素指標值之積來評價系統人員傷亡風險大小[14-15]。

D=L×E×C。

(1)

式中：D為風險值；L為發生事故的可能性(分值0.1～10)；E為暴露在危險環境中的頻率程度(時間)(分值0.5～10)；C為發生事故產生的后果(分值1～100)。

2.2 作業條件危險性分析風險等級判定

2.2.1 發生事故的可能性L判定

考慮一個系統的危險性，絕對不可能發生事故是不可能的，即概率為0情況不確切。以不可能發生的情況作為“打分”參考點，定其分數值為0.1。人為地將極少可能發生的情況規定為1； 能預料將來某個時候會發生事故的分值規定為10。發生事故或危險事件的可能性L評分標準如表1所示。

表1發生事故或危險事件的可能性L評分標準

Table 1 Evaluation standards for possibility of accident or dangerous event

L事故或危險情況發生可能性10完全可以預料6相當可能3可能,但不經常1可能性小,完全意外L事故或危險情況發生可能性0.5可以設想,很不可能0.2極不可能0.1實際上不可能

2.2.2 暴露于危險環境的頻率E判定

作業人員暴露于危險作業條件的次數越多，時間越長，則受到傷害的可能性也就越大。規定連續出現在潛在危險環境的暴露頻率分值為10，一年僅出現幾次非常稀少的暴露頻率分值為1。以10和1為參考點，在其區間根據在潛在危險作業條件中暴露情況進行劃分。暴露于危險環境的頻率E評分標準如表2所示。

表2暴露于危險環境的頻率E評分標準

Table 2 Evaluation standards for frequency of exposure to hazardous environments

E出現于危險環境的情況10連續暴露6每天工作時間內暴露3 每周1次或偶然的暴露E出現于危險環境的情況2每月暴露1次1每年幾次暴露0.5非常罕見的暴露

2.2.3 發生事故產生的后果C判定

事故造成的人身傷害與財產損失變化范圍很大，將需要救護的輕微傷害的可能結果分值規定為1，以此為一個基準點； 將造成許多人死亡的可能結果規定為分值100，作為另一個參考點。在1～100，插入相應的中間值。本項目中結合工程實際條件，對發生事故產生的后果進行了定量化處理，使風險評價的結果能更加客觀、合理。發生事故產生的后果C評分標準如表3所示。

表3 發生事故產生的后果C評分標準

2.2.4 危險性D判定準則及控制措施

確定了上述3個具有潛在危險性的作業條件的分值，按式(1)進行計算，即可得風險具體數值。根據表4所示提供的風險級別界值進行風險等級的判定，從而為進行HSE風險控制提供依據。風險識別與評價中應重點關注3級以上風險，這類風險會給工程帶來極大的困難及嚴重的后果。

3 HSE的風險識別與評價

根據海底隧道的施工階段，結合施工期間HSE的風險特點，以及生產和生活不同區域，按施工基地的辦公、生活區，海上運輸、管節浮運沉放區及施工區識別評價其涉及的健康、安全和環境方面的危險源。本項目施工期綜合采用對照、經驗法、類比方法和事故樹分析法等辨識方法，參照前述的危害類別，分別辨識海底隧道各施工區域內施工作業活動的危險源及其危害。HSE評價具體可按圖2所示的基本步驟進行實施。

表4 風險值D判定準則

圖2 風險識別與評價流程

3.1 職業健康風險評價

根據本工程的施工期危險源辨識結果，采用LEC法得到的職業健康風險評價結果如表5所示。

由表5可知： 施工期間沉管結構預制及人工島上主體隧道結構澆筑過程中水泥粉塵以及海中潛水操作不當可能造成的2項職業健康風險為中等風險，顯著危險并需要整改。

3.2 安全風險評價

根據本工程的施工期危險源辨識結果，采用LEC法得到的安全風險評價結果如表6所示。

由表6可知： 施工期間沉管浮運安裝的船舶傾覆、基槽及基礎施工的起重傷害或船舶撞擊、惡劣天氣的受傷或淹溺可能造成的3項安全風險為重大風險，高度危險并需要立即整改。

3.3 環境危險評價

根據本工程的施工期危險源辨識結果，采用LEC法得到的環境風險評價結果如表7所示。

由表7可知： 施工期間基槽、基礎及回填過程中高頻噪聲、懸浮物及餌料造成中華白海豚可能受到損害的2項環境風險為重大風險，危險性高，高度危險并需要立即整改。

表5施工期職業健康風險評價結果

Table 5 Evaluation results of occupational health risks during construction period

施工作業活動健康危險源危害類型風險值D=L×E×CLECD 施工人員生活飲水飲食中毒36118天氣變化身體健康疾病3319 長期現場施工心理健康疾病3216 沉管結構預制及人工島上主體結構澆筑施工噪聲噪聲對聽力的損害66136 高溫高濕環境 中暑和皮膚浸漬、糜爛3113水泥粉塵 粉塵對視力和呼吸道的損害663108 焊接操作不當眼部或身體損傷等36354 沉管浮運及安裝 施工船舶噪聲噪聲對聽力的損害66136 高溫高濕環境 中暑和皮膚浸漬、糜爛36118 基槽、基礎及回填施工噪聲噪聲對聽力的損害106160 高溫高濕環境 中暑和皮膚浸漬、糜爛36118 海中輔助作業 潛水操作不當身體損傷等663108 高溫高濕環境 中暑和皮膚浸漬、糜爛36118

表6 施工期安全風險評價結果

表6(續)

表7施工期環境風險評價結果

Table 7 Evaluation results of environment risks during construction period

施工作業活動環境危險源危害類型風險值D=L×E×CLECD 施工人員生活生活區建設生態破壞101770垃圾、污水 水污染、生態破壞10101100 沉管結構預制及島上結構澆筑場地硬化生態破壞101770施工噪聲噪聲污染66136揚塵空氣污染106160焊接產物 水污染、生態破壞36118施工廢料、殘渣 水污染、生態破壞663108 沉管浮運及安裝垃圾、污水 海水污染、生態破壞106160漏油 海水污染、生態破壞321590船舶噪聲中華白海豚663108船舶撞擊中華白海豚161590 基槽、基礎及回填垃圾、污水 海水污染、生態破壞66136高頻噪聲中華白海豚667252懸浮物及餌料中華白海豚1063180漏油 海水污染、生態破壞36118施工廢料、殘渣 海水污染、生態破壞663108 海中輔助作業垃圾、污水 海水污染、生態破壞36118鋼結構拆除海水污染3216施工噪聲中華白海豚36118施工廢料、殘渣 海水污染、生態破壞36118

4 HSE的風險管理目標

根據項目的具體特點建立適宜的HSE風險管理體系，確保施工安全、工程與環境和諧，實現項目HSE管理目標，為實現港珠澳大橋海底隧道工程建設管理目標提供保障。根據施工期HSE風險評價結果，給出量化的HSE管理目標，如表8所示。

表8 HSE管理量化目標

5 HSE的對策措施

HSE設計中提出可供參考選用的施工期HSE風險控制措施，施工中應根據項目實際情況部分或全部選用，同時增加本設計中未列出的措施，以實現控制HSE風險為目標，政府、業主、承包單位等按照各自職責落實HSE風險管理責任及措施。

根據風險評價的結果以及施工與運營情況等，確定優先控制順序，采取措施消減風險，將風險控制在可接受的程度，預防事故的發生?？刹扇Σ叽胧┤缦拢?/p>

1)工程技術措施，實現本質安全；

2)管理措施，規范安全管理；

3)教育措施，提高從業人員的操作技能和安全意識；

4)個體防護措施，減少職業傷害。

針對工程施工期3級以上職業健康風險，可采取表9所示的職業健康風險控制措施。

表9施工期主要職業健康風險控制措施

Table 9 Control measures for major occupational health risks during construction period

施工作業活動健康危險源危害類型控制措施實施計劃 沉管結構預制及島上結構澆筑水泥粉塵 粉塵對視力和呼吸道的損害 濕法作業、通風防護、個人防護 采取措施后作業 海中輔助作業 潛水操作不當 身體損傷等 嚴格按操作規程執行加強監督

針對工程施工期3級以上安全風險，可采取表10所示的安全風險控制措施。

表10施工期安全風險控制措施

Table 10 Control measures for safety risks during construction period

施工作業活動安全危險源危害類型控制措施實施計劃 沉管結構預制及島上結構澆筑 焊接操作不當 火災或爆炸 通風防護、個人防護、特種作業管理 采取防護后作業 施工物品掉落物體打擊 安全檢查、個人防護、施工安全管理 采取防護后作業 施工機具故障或使用不當機械傷害 安全檢查、個人防護、施工安全管理 采取防護后作業 沉管浮運及安裝 船舶故障或操作不當 船舶傾覆、撞擊等 安全檢查、個人防護、海上交通管理 采取防護后作業異常天氣 船舶傾覆 關注天氣預報、防臺錨地、船舶防護措施 惡劣天氣時停止作業 基槽、基礎及回填 施工機具故障或使用不當機械傷害 安全檢查、個人防護、施工安全管理 采取防護后作業 船機設備故障或操作不當 起重傷害、船舶撞擊 安全檢查、個人防護、施工安全管理 采取防護后作業惡劣天氣 受傷或淹溺 關注天氣預報、防臺錨地、加強船舶防護 惡劣天氣時停止作業 海中附屬構件作業 潛水保護不當人身傷害 加強個人防護、施工作業指導 采取防護后作業 施工機具故障或使用不當機械傷害 安全檢查、加強個人防護、施工安全管理 采取防護后作業 缺乏必要的防護措施或失足高處墜落 安全檢查、加強個人防護、施工安全管理 采取防護后作業惡劣天氣 受傷或淹溺 關注天氣預報、加強個人防護 惡劣天氣時停止作業

針對工程施工期3級以上環境風險，可采取表11所示的環境風險控制措施。

表11施工期環境風險控制措施

Table 11 Control measures for environment risks during construction period

施工作業活動環境危險源危害類型控制措施實施計劃 施工人員生活 生活區建設生態破壞 規劃為其他用地按時交付垃圾、污水 水污染、生態破壞 低碳減廢、統一回收和處理 采取防護后作業 沉管結構預制及島上結構澆筑場地硬化生態破壞 規劃為其他用地按時交付 施工廢料、殘渣 水污染、生態破壞 低碳減廢、集中搜集、統一回收和處理 采取防護后作業 沉管浮運及安裝漏油 海水污染、生態破壞 船舶保養檢修、日常檢查、海上交通管理 采取防護后作業船舶噪聲白海豚 海上交通管理、監測、避讓 采取防護后作業船舶撞擊白海豚 海上交通管理、聲驅趕、阻擋 采取防護后作業 基槽、基礎及回填高頻噪聲白海豚 海上交通管理、采取消音措施 采取有效措施并確認后作業 懸浮物及餌料白海豚 施工組織設計專項技術措施應急預案 采取防護后作業廢料殘渣 海水污染、生態破壞 低碳減廢、統一回收和處理 采取防護后作業

6 重大HSE風險的應急預案

為確保港珠澳大橋海底隧道工程在施工緊急情況下能夠及時組織并實施應急救援與處理，保護員工生命安全、國家財產安全、區域環境安全，有效降低自然災害、重大HSE事故(事件)造成的損失及破壞，保證施工生產正常進行，針對HSE風險評價中的中華白海豚保護與極端異常天氣2項2級重大風險，制定相應的應急預案。

6.1 中華白海豚保護

當受到高頻噪聲、懸浮物(漏油)及餌料等可能對白海豚造成嚴重影響的事件時，需要及時采取措施，在事前建立健全有關白海豚保護的應急救護預案。

1)編制中華白海豚保護的應急救護預案，配備必要的應急搶險和救護設備、設施、器材。

2)每年定期組織中華白海豚專項應急搶險和救護預案培訓和演練，每季度組織應急處置程序培訓和演練(進入4月前，必須開展有針對性的應急處置程序演練)，確保預案的有效性。

3)由于海底隧道項目連續推進的需求，工程建設不可避免會在4—8月中華白海豚繁殖高峰期間進行施工。為此，每年4—8月在保護區附近施工時采取緩解措施，并提高預案等級，優先考慮次序為避免、抑減、防范、監管和監測。

4)施工作業區域發現任何溢油事故、施工船舶等與白海豚碰撞事件或發現白海豚出現異常情況等突發事件，應立即暫停施工作業活動，并迅速啟動相關的中華白海豚保護應急預案，參照中華白海豚意外事故應急處理流程進行處理。

6.2 極端異常天氣

珠江口擁有外伶仃洋海域獨特的地理位置和典型的亞熱帶海洋性季風氣候，致使該地區天氣氣候復雜多變，災害性天氣頻繁。熱帶氣旋具有強度強、頻率高、災害重特點，臺風多發生在每年的6—9月。在工程施工期間，必須采取有效的災害天氣施工應急控制措施。

1)在熱帶氣旋等災害天氣季節到來前，必須建立健全防抗熱帶氣旋等災害天氣的應急處置預案(方案)、組織領導機構、指揮系統和應急搶險隊伍，并落實相應的職責。

2)根據現場情況，制定以防為主、防抗結合的施工安全措施計劃和應急預案，并落實船舶避風錨地及施工人員的轉移地點。

熱帶氣旋等到達前施工船舶撤離現場，大型施工船舶拖至錨地避風，工作船、交通艇等自航至錨地避風。熱帶風暴的影響到達前，停止管節浮運安裝及基槽區的一切水上作業，預制好的沉管管節盡快拖運到寄放區，并系泊可靠。

7 結論與建議

1)港珠澳大橋海底隧道是我國建設的第1座外海大型水下沉管隧道，通過采用本文所述的LEC風險分析方法對工程建設過程中的職業健康、安全及環境進行分析，對3級以上的高風險采取有效的對策措施，對2項2級重大風險制定了應急預案。工程實踐表明，HSE風險管理在港珠澳大橋海底隧道建設過程中起到了極其重要的管理保障作用，為工程順利建設奠定了堅實的基礎。

2)港珠澳大橋海底隧道工程地處粵港邊境水域，航運密集，鄰近中華白海豚保護區的核心區，參照國外類似工程經驗，在工程施工圖設計的預算當中按照HSE管理要求及標準對相關費用進行了專項列支，這也為后期的HSE管理能有效開展并規避一系列風險創造了良好的條件。建議在水下隧道工程前期研究階段考慮一定比例的HSE估算費用。

3)水下隧道是一項系統工程，HSE工作環環相扣。工作界面復雜，潛在分險源多，作業現場分布廣，在HSE管理工作中，要求建設單位建立完善的HSE管理組織機構，明確HSE管理職責、管理要素，每個工區、每個作業現場嚴格實施HSE管理作業指導書。工程管理及建設者要提高工程項目的HSE管理意識，充分利用各種有效的風險控制手段，規避風險、杜絕事故的發生。

4)本文著重對水下隧道施工期的HSE風險管理體系進行分析研究，為規避與降低運營期的風險，還應對運營期的HSE風險進行分類和辨識，對涉及到的交通安全、隧道安全及減災防災等重大風險制定應急預案，確保運營安全、環保。