落墩中央分隔帶施工安全風險評估研究

劉昶，劉輝，鄧小釗，劉耀坤

(1.長沙理工大學 土木工程學院，湖南 長沙 410114；2.長沙拓正交通科技有限公司，湖南 長沙 410008；3.湖南理工學院，湖南 岳陽 414006)

中國高速公路主干網已貫通，現處于網絡化建設時期，其建設過程中出現了各種復雜線路的交叉[1]。不少線路的交叉選擇將墩柱設置在現役高速公路的中央分隔帶上，這類跨線橋不僅存在一般橋梁的施工風險，而且對被交路段的交通產生較大影響。因此，如何系統地對此類橋施工進行風險評估，并提出風險控制措施，是橋梁建設安全管理的重點之一。目前，許多學者相繼對橋梁施工風險評價模型展開了研究，提出了各類橋梁施工安全風險評估方法。張美意[2?3]等人在識別橋梁施工階段主要風險因素的基礎上,構建了橋梁施工階段風險估計的指標體系,并建立了基于蒙特卡羅法的橋梁施工風險估計模型?？悼齕4]等人構建了風險因素和風險事件的貝葉斯網絡關系模型，引入連鎖故障的事故鏈理論，利用層次分析法(analytic hierarchy process,簡稱為AHP)對各事故鏈評分排序，識別誘發風險事件的關鍵線路。陳常松[5]等人結合不確定層次法和模糊綜合評判法，提出了一種系統實用的橋梁工程風險評估方法。賴笑[6]等人運用灰色關聯度理論和LEC 法構建風險等級評價模型，實現對橋梁結構施工狀態的綜合性評價。由于這些方法大多是將其他領域的風險評價方法應用于橋梁風險評估，在易用性和系統性方面存在缺陷，并且都只考慮了橋梁施工本身的風險，忽視了交通風險等因素。因此，作者擬采用作業分解結構?風險分解結構(work breakdown structure-risk based supervision，簡稱為WBS?RBS)方法對G72 分離橋進行風險源識別，采用改進LEC(likelihood exposure criticality，簡稱為LEC)法對風險源進行衡量，并引入AHP 法對每一單位作業和分項工程進行風險度計算，得到總的風險度。針對交通方面的影響，提出了對應的風險管控措施，形成了一套施工完整的橋梁風險評估體系。

1 工程簡介

新建跨線橋上跨G72 泉南高速，橋長63 m，交角為96°，與泉南高速路面最小凈高6.9 m。橋梁上部構造為2×30 m 預應力砼小箱梁，下部為長8.1 m、厚70 cm、高5.5 m 的薄壁墩，墩柱兩側設置F型SS 級防撞護欄，墩柱基礎為長11.1 m、寬3.71 m、高1.5 m 的鋼筋混凝土擴大基礎，埋深4.5 m。橋梁平面示意如圖1 所示。

1#墩設置在泉南高速中央分隔帶上，中央分隔帶寬1.8 m，防護形式為波形梁，兩側水溝為0.5 m，超車道為3.75 m，施工場地寬度共10.3 m，東西長度可根據施工要求拆除中央分隔帶，延長施工場地。采用圍擋進行封閉，場內預留堆土場，墩柱施工場地布置如圖2 所示。施工路段日均雙向車流量約1 萬臺，節假日、春運流量倍增，其中，大車流量占1/3。

2 改進的LEC 法

LEC 法作為一種半定量的評估方法，因其操作簡便，能對施工過程中的風險源進行量化，廣泛應用于多個領域的風險評估中。傳統LEC 法只研究了危險源的固有屬性，沒有考慮作業環境和交通環境對施工帶來的風險。其次，其評分判據過于模糊，導致主觀性太強[7]。鑒于傳統LEC 法具有局限性，結合占道施工的特點對其進行改進，量化L、E、C的取值，考慮交通影響，建立LEC 改進評估體系。

圖1 G72 分離橋平面示意Fig.1 Schematic diagram of the G72 separation bridge

圖2 墩柱施工場地布置Fig.2 Schematic diagram of the Construction site

2.1 事故發生的可能性

傳統LEC 法中事故發生的可能性(L)的取值標準單一，且主觀性太強。結合本工程及類似工程的實際情況，將專項施工方案、交通組織方案、日均車流量和工程地質條件列入事故發生可能性評估體系中，取值見表1。改進后L 值的計算公式為：

式中：λ 為L1～L4指標的權重系數，分別為λ1=0.3、λ2=0.3、λ3=0.3、λ4=0.1。

表1 事故發生可能性等級劃分Table 1 Classification of accident probability

2.2 暴露于危險環境的頻繁程度

作業人員暴露在危險作業單元的頻率與作業時長有關，時間越長，頻率越高，則越容易受傷。參照文獻[8]，作業單元中以作業人員的作業時長為評估指標，構建暴露于危險環境頻繁程度等級E 的劃分標準，E 值為10.0,6.0,3.0,2.0,1.0,0.5 m，其危險環境的作業時長分別為≥10 h、8～10 h、6～8 h、4～6 h、2～4 h、＜2 h。

2.3 事故可能發生的后果

傳統LEC 法中事故可能發生后果C 的取值以人員傷亡作為唯一指標，不能反映實際情況。為了盡量保證評價結果的可靠性，充分考慮動態交通風險，在原有指標的基礎上優化了人員傷亡指標的取值，并加入經濟損失、工期延誤和交通延誤3 個指標，見表2。改進后事故可能發生的后果C 值的計算公式為：

式中：β 為C1～C4指標的權重系數，分別為β1=0.4、β2=0.3、β3=0.2、β4=0.1。

表2 事故發生可能的后果等級Table 2 Possible consequence level of accident

2.4 危險性等級

危險性等級劃分由L、E、C 三者的乘積為每一個作業單元的危險性分值D。當D＜20 時，為Ⅰ級風險；當20≤D＜70 時，為Ⅱ級風險；當70≤D＜160 時，為Ⅲ級風險；當160≤D＜270 時，為Ⅳ級風險；當D≥270 時，為Ⅴ級風險。

3 風險評估體系

項目資料的調研、風險辨識、風險衡量和風險度計算是土建工程施工安全評估工作的主要內容[9]，也是橋梁風險評估體系的組成部分。其中，風險辨識采用職業健康、安全、環境(health security environment，簡稱為HSE)和WBS?RBS 結合的方法。風險衡量采用LEC 法和專家調查法綜合。風險度計算是在LEC 法計算結果的基礎上，采用AHP法分配權重，再進行計算。

3.1 基于WBS?RBS 的風險源識別

基于WBS?RBS 的風險源識別，不僅能全面統籌項目的整體風險，也能精確兼顧工程的局部風險[10]。其識別流程為：

1) 構建WBS 分解。按照結構特點將G72 分離中橋劃分為橋臺施工(W1)、墩柱施工(W2)、上部結構施工(W3)、橋面系及附屬結構施工(W4)4 個分項工程。然后，按照施工順序將分項工程繼續分解，得到單位作業18 項，其中，W1分為基礎開挖(W11)、鋼筋運輸與焊接(W12)、立模澆筑(W13)；W2分為交通設施布設(W21)、圍擋施工(W22)、基坑開挖(W23)、鋼筋運輸與焊接(W24)、立模澆筑(W25)；W3 分為梁片預制(W31)、梁片運輸(W32)、預制梁架設(W33)；W4分為支座安裝(W41)、防撞欄桿施工(W42)、橋面鋪裝(W43)、伸縮縫安裝(W44)、橋面排水(W45)、防拋網安裝(W46)、橋墩防撞墩施工(W47)。

隨著共同文化認同出現的必然是民族身份意識的強化。當美國人把自身所處的“新世界”與“舊世界”嚴格區分之時，就表明他們逐漸地明確了自身的利益和價值追求，也逐步形成了特殊的民族身份意識。隨著英國對北美殖民地的掠奪和壓迫日益加劇，“美國人”的民族身份意識進一步萌發，自主自治意識顯著增強。他們先是按照其自由主義觀念要求實現英帝國范圍內的“自治”，由于希望落空，轉而要求實現完全的獨立。

2) 構建RBS 分解。從HSE 的3 個方面出發，結合相關行業規范，采用專家調查方式，得到了該橋梁工程RBS 風險識別體系，分別為職業健康風險(R1)、安全管理風險(R2)和施工環境風險(R3)，其中，R1包括施工噪音(R11)、粉塵(R12)、化學毒物(R13)、焊接操作(R14)、惡劣天氣(R15)；R2包括施工路段車速過快(R21)、施工圍擋不牢固(R22)、運輸車輛出入(R23)、用電不當(R24)、高空作業防護不當(R25)、高處掉落施工材料(R26)、設備欠修或老化(R27)、易燃易爆物存放不當(R28)、機械故障或使用不當(R29)；R3包括施工垃圾、污水及廢棄物(R31)、施工機具油污泄漏(R32)、尾氣、化合物揮發(R33)。

3) 構建RBM 耦合矩陣。以工作分解為行，風險分解為列，構成作業單元和風險的映射關系，耦合形成RBM 耦合矩陣，總共確定了192 處風險源。以墩柱施工的RBM 耦合矩陣為例，共存在50 處風險源，見表3，其中“0”表示耦合不產生風險。由于WBS 和RBS 分解均具有層次關系。因此，既能從宏觀層面把握工程的總體風險，也能從微觀角度分析每處風險的來源及其嚴重程度，使得后續的風險管控更加系統和精確。

3.2 風險衡量

采用改進的LEC 法，邀請了5 位專家以問卷調查的形式對RBM 耦合矩陣中的風險源進行評分，以他們的評分結果的算數平均值作為風險源評估結果。以墩柱施工為例，Ⅰ級風險源有10 處，Ⅱ級風險源17 處，Ⅲ級風險源17 處，Ⅳ級風險源5處，Ⅴ級風險源1 處，其不同作業單元的危險性分值見表3。

表3 墩柱施工RBM 耦合矩陣Table 3 RBM coupling matrix of pier construction

3.3 風險度計算

WBS?RBS 法的分解結構符合AHP 法的權重計算原理。具體步驟：

1) 計算該橋WBS 中4 個分項工程的權重ωi。將4 個分項工程W1、W2、W3、W4組成4 階判斷矩陣，并采用Saaty 九標度法進行重要性賦值，得到的判斷矩陣A 為：

按式(4)計算矩陣最大特征值所對應的正規化特征向量(各被比較元素的權重)，得到ω1=0.118,ω2=0.305,ω3=0.527,ω4=0.051。

3) 采用同樣的方法分別計算出同一分項工程中各個單位作業的權重ωij和同一單位作業中各個風險源的權重ωijk；

4) 按照式(7)～(9)計算出任意單位作業風險度Dij、分項工程風險度Di和橋梁總風險度D。

式中：i 為分項工程序號；j 為單位作業序號；k 為風險源序號。

按照該方法，識別出Ⅲ級以上風險的單位作業7 處，其中，W25為Ⅳ級風險，W33為Ⅴ級風險。4個分項工程中，W3為Ⅳ級風險，W2為Ⅲ級風險，W1和W4為Ⅱ級風險，其對應的風險度分別為D3=223.4,D2=146.2,D1=61.4,D4=43.6，則橋梁總風險度D=171.8，屬于Ⅲ級風險。

4 風險管控措施

針對該橋施工期間對交通的影響，提出從交通組織與安全防護兩方面的施工風險管控措施[10]，給類似的工程提供借鑒。

4.1 防護棚架搭設

防護棚長36 m、右側寬12 m、左側寬9.7 m，高5.5 m。基礎采用C20 砼條形基礎，立柱采用φ400×10 的鋼管，布置在高速路兩側和中間隔離帶處，間距6 m。在四立柱頂面沿高速方向設置I40b鋼梁作為橫向主梁。在主梁頂面沿橋梁方向，按間距2.0 m 設置工I40b鋼梁作為縱向次梁。在次梁頂面沿高速方向，按間距 0.6 m，設12a 槽鋼+2 mm鋼板+彩鋼瓦，形成封閉緩沖層和隔水層。

4.2 交通組織方案

跨線施工期間，將對該路段的車輛通行帶來不可避免的影響，結合施工實際，交通組織擬分4 個階段進行：①施工時，封閉泉南高速雙向超車道，利用水馬、交通錐壓縮部分車道。施工車輛的進出順著高速公路方向，封閉區域布置材料堆放場地、設備停放區，采用架管圍擋進行隔離。②基礎立柱施工時，根據施工需求靈活封閉部分車道，防護棚架橫縱梁及頂面鋪裝分幅施工。期間，需管制交通，每次管制時間約 3～5 min。開放交通后，車輛通過超車道通行。③施工時，需在施工路段近端管制交通。當預制箱梁吊裝進入高速范圍時，通知交通警察開始管制交通，管制時間約 10～15 min。開放交通后，車輛在已搭設好的安全通道內通行。④此階段交通組織參照第二階段交通組織。

5 結論

1) 在傳統LEC 法基礎上，考慮交通因素的影響，同時，對這3 個指標的取值標準進行量化和補充，獲得更加準確的評價結果。

2) 對G72 分離橋施工階段進行WBS 分解，得到4 大分項工程，并繼續細化到18 個單位作業。采用HSE 風險管理模式，對本橋進行RBS 分解，確定了17 個風險指標?；赪BS-RBS 耦合矩陣，確定了192 處風險源，并采用改進的LEC 法確定了各風險源的危險性分值。

3) WBS?RBS 耦合矩陣基礎上，采用AHP 法，確定Ⅲ級以上風險的單位作業7 處，總風險度為171.8，屬于Ⅲ級風險。

4) 跨線施工期間結合實際，交通組織擬分橋墩施工、防護棚架安裝、橋梁小箱梁吊裝施工、防護棚架拆除4 個階段進行，可供類似工程提供借鑒。