斜拉橋索塔轉(zhuǎn)體施工期間風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)管理

苑曉鋒，夏宇軒，沈毅凱

（1.上海市建筑科學(xué)研究院有限公司，上海市 200032；2.上海市工程結(jié)構(gòu)安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海市 200032）

0 引 言

目前，我國在長大橋梁建設(shè)方面已經(jīng)進(jìn)入世界前列，很多在建工程均在挑戰(zhàn)世界橋梁建設(shè)記錄，面臨世界級(jí)難題。橋梁施工過程中惡性橋梁事故將造成直間接損失，為避免施工階段的風(fēng)險(xiǎn)損失，橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)管理顯得尤為必要。橋梁施工階段的風(fēng)險(xiǎn)主要來自施工工藝、意外事故、自然災(zāi)害及人為災(zāi)害等各方面，多數(shù)風(fēng)險(xiǎn)可通過周密施工計(jì)劃和系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)管理得以控制。完善的橋梁工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估尚未形成，該方面的研究仍處于各個(gè)行業(yè)間互相借鑒摸索過程中，危險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)控制是安全評(píng)估的主要組成部分，其中風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別及風(fēng)險(xiǎn)損失模型確定是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過程中的關(guān)鍵。

1 簡介

某斜拉橋全長619 m，跨徑組成為70 m+120 m空間網(wǎng)狀索面獨(dú)塔斜拉為墩、塔、梁固結(jié)體系，其中主塔采用傾斜式獨(dú)柱型橋塔，截面為八邊形斷面，塔身向邊跨側(cè)傾斜8°，見圖1所示。塔身采用鋼-混組合橋塔，離橋面3m以上為鋼塔，橋面3 m以下混凝土塔，主塔包括塔冠總高度104.028 m（梁面以上為91.45 m）。塔柱為八邊形鋼箱斷面，橫橋向?qū)? m，縱橋向?qū)? m，四邊縱橫向倒角尺寸為1.5 m×0.9 m，鋼混結(jié)合面設(shè)置在主梁面以上3 m處。鋼箱腹板、側(cè)壁板厚根據(jù)受力不同采用30 mm或40 mm。主塔壁板及腹板均采用板式加勁肋進(jìn)行加勁，板厚20 mm，肋高220 mm。鋼塔分為T1至T8共8個(gè)節(jié)段，其中T3至T7節(jié)段為斜拉索錨固區(qū)段，最大節(jié)段重量約100 t。鋼混結(jié)合段3 m范圍內(nèi)橋塔混凝土為實(shí)心段，塔斷面為八邊形，縱橋向?qū)? m，橫橋向?qū)? m，四邊縱橫向倒角尺寸為1.5 m×0.9 m。

圖1 橋塔節(jié)段分段圖

鋼主塔在橋梁邊跨上拼裝完成，待鋼主梁拼裝完成后，然后對主塔進(jìn)行豎轉(zhuǎn)施工。本橋鋼主塔的豎轉(zhuǎn)拉索采用6臺(tái)350 t提升油缸逐級(jí)加載，同步張拉拉索，對大型鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行豎轉(zhuǎn)，無論是位置控制，還是荷載控制均有較高的難度。同時(shí)需重視轉(zhuǎn)體三角架及轉(zhuǎn)體轉(zhuǎn)鉸結(jié)構(gòu)等臨時(shí)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的安全性。

索塔轉(zhuǎn)體總重量約1 150 t，角度82°，拉索設(shè)4×560 t油缸，背索2×350 t油缸，拉桿采用4×31×15.24鋼絞線。首先臥拼主塔，安裝壓桿、拉桿、拉索錨點(diǎn)及背索錨點(diǎn)，拉索和背索穿好鋼絞線，拉索每根鋼絞線預(yù)緊約1 t，使拉桿鋼絞線也處于預(yù)緊狀態(tài)且每根鋼絞線長度相等，預(yù)緊完成后，拉索分級(jí)加載到轉(zhuǎn)體荷載。前拉點(diǎn)位置初始豎轉(zhuǎn)時(shí)有400 t抗拔力，經(jīng)計(jì)算鋼箱梁自重能提供244 t，分級(jí)加載前在前拉點(diǎn)位置壓履帶吊配重200 t，為增大安全系數(shù)，鋼箱梁與混凝土蓋梁進(jìn)行拉結(jié)，分轉(zhuǎn)體20°、轉(zhuǎn)體41°、轉(zhuǎn)體41°（背索預(yù)緊，并分級(jí)加載到指定荷載）、轉(zhuǎn)體60°、轉(zhuǎn)體70°和轉(zhuǎn)體82°到位各轉(zhuǎn)體施工步驟，而后對位焊接，安裝橋塔下部永久拉索并預(yù)張拉，拆除臨時(shí)結(jié)構(gòu)，完成轉(zhuǎn)體施工。

2 轉(zhuǎn)體施工專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法構(gòu)建

基于《公路橋梁和隧道工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南（試行）》（交質(zhì)監(jiān)發(fā)〔2011〕217號(hào)），結(jié)合建設(shè)規(guī)模、地質(zhì)條件、氣候環(huán)境條件、地形地貌條件、橋位特征以及施工工藝成熟度等評(píng)估指標(biāo)，對其進(jìn)行總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為III級(jí)，屬高度風(fēng)險(xiǎn)，需要組織開展專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[1]，而索塔施工作為施工關(guān)鍵工序且為轉(zhuǎn)體施工，該過程的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估需更加關(guān)注。

轉(zhuǎn)體施工過程中風(fēng)險(xiǎn)源主要包括自然條件、施工技術(shù)等，評(píng)估時(shí)間段為轉(zhuǎn)體施工全過程，評(píng)估所涉及的因素為施工質(zhì)量、施工進(jìn)度及施工安全（包含索塔結(jié)構(gòu)、臨時(shí)結(jié)構(gòu)及施工人員安全等），風(fēng)險(xiǎn)對策主要包含施工管理優(yōu)化、施工工藝控制及施工工程保險(xiǎn)等控制策略。

評(píng)估過程采用定性和半定量結(jié)合的方法，結(jié)合該項(xiàng)目特點(diǎn)及施工過程，首先識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)源，而后開展基于ALARP準(zhǔn)則橋梁風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣，確定風(fēng)險(xiǎn)事件的基本對策。針對不可接受的風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)將被定義為顯著風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)，需進(jìn)行深入分析并制定詳細(xì)的策略，以將其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)降低至可控水平。

3 基于ALARP準(zhǔn)則橋梁風(fēng)險(xiǎn)矩陣評(píng)估方法

基于ALARP準(zhǔn)則橋梁風(fēng)險(xiǎn)矩陣是最常用的決策方法之一，當(dāng)設(shè)計(jì)多種風(fēng)險(xiǎn)或單個(gè)災(zāi)害事故的風(fēng)險(xiǎn)值難以計(jì)算時(shí)，常用的方法即是將事故發(fā)生的概率和相應(yīng)的后果置于同一矩陣，形成風(fēng)險(xiǎn)矩陣。構(gòu)造風(fēng)險(xiǎn)矩陣是在研究風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)基本水平的基礎(chǔ)上，考慮效用函數(shù)影響，并考慮風(fēng)險(xiǎn)對策后綜合確定的[2]。ALARP準(zhǔn)則是通過確定風(fēng)險(xiǎn)不可接受水平和風(fēng)險(xiǎn)可接受水平，將風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域劃分為風(fēng)險(xiǎn)不可接受區(qū)域、風(fēng)險(xiǎn)可接受區(qū)域和合理控制區(qū)域，落于風(fēng)險(xiǎn)不可接受區(qū)域內(nèi)必須采取有效措施降低其風(fēng)險(xiǎn)，典型的ALARP準(zhǔn)則如圖2所示[3]。

圖2 典型ALARP區(qū)間和決策準(zhǔn)則

阮欣等學(xué)者基于國際隧道協(xié)會(huì)頒布的《隧道風(fēng)險(xiǎn)管理指南》有關(guān)研究成果，給出橋梁風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的風(fēng)險(xiǎn)矩陣基本形式[2]，結(jié)合斜拉橋索塔轉(zhuǎn)體施工過程，確定風(fēng)險(xiǎn)概率描述、風(fēng)險(xiǎn)損失描述、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣及基本風(fēng)險(xiǎn)對策結(jié)果見表1至表4。

表1 風(fēng)險(xiǎn)概率描述

表4 基本風(fēng)險(xiǎn)對策

根據(jù)以往施工工程經(jīng)驗(yàn)，研究認(rèn)為，斜拉橋索塔轉(zhuǎn)體施工期間主要風(fēng)險(xiǎn)事件可以分為自然災(zāi)害、意外事故、特殊問題和質(zhì)量問題4類，針對上述風(fēng)險(xiǎn)事件，基于以往工程經(jīng)驗(yàn)，針對工期延誤、人員傷亡和貨幣損失三大控制目標(biāo)分別研究了其可能造成的損失等級(jí)，確定風(fēng)險(xiǎn)矩陣。其中，轉(zhuǎn)體施工過程中，需要著重關(guān)注的風(fēng)險(xiǎn)事件為物體打擊、起重傷害、高空墜落和坍塌[4]，表5為上述4中風(fēng)險(xiǎn)事件風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果。

表2 風(fēng)險(xiǎn)損失描述

表3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估矩陣

表5 索塔轉(zhuǎn)體施工中風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果

4 顯著風(fēng)險(xiǎn)事件管理及控制

基于ALARP準(zhǔn)則橋梁風(fēng)險(xiǎn)矩陣對斜拉橋索塔轉(zhuǎn)體施工進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并針對物體打擊、坍塌、起重傷害和高空墜落風(fēng)險(xiǎn)事件進(jìn)行評(píng)估結(jié)果分析，其中，坍塌對貨幣損失的影響是不可接受，必須要采取針對性的管控措施，高空墜落和起重傷害也均存在需合理控制的結(jié)果，總體而言，索塔轉(zhuǎn)體施工過程風(fēng)險(xiǎn)水平相對較高，需要加強(qiáng)施工期間的風(fēng)險(xiǎn)管理，并充分落實(shí)針對各風(fēng)險(xiǎn)事件制定的風(fēng)險(xiǎn)對策。

對于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過程中控制目標(biāo)，按照其風(fēng)險(xiǎn)程度的高低，其大致順序?yàn)樨泿艙p失、工期延誤、人員傷亡。由此，在斜拉橋施工過程中，減少施工事故及控制施工貨幣損失是施工過程中主要控制目標(biāo)。

坍塌對貨幣損失的控制目標(biāo)是不可接受的風(fēng)險(xiǎn)事件，對此需要進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)對策研究。坍塌是由于設(shè)計(jì)或施工不合理造成建筑物、構(gòu)筑物、堆置物等倒塌以及土石塌方引起的事故[5]。建議對坍塌風(fēng)險(xiǎn)管理對策以管理措施為主，并結(jié)合保險(xiǎn)措施轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)。針對轉(zhuǎn)體施工過程涉及情況復(fù)雜，于施工前通過對技術(shù)人員進(jìn)行專門安全技術(shù)培訓(xùn)、天氣監(jiān)測、劃定防護(hù)區(qū)以及確保所有施工器械及臨時(shí)結(jié)構(gòu)均在進(jìn)場前進(jìn)行合格確認(rèn)并形成相關(guān)文件。

在橋塔轉(zhuǎn)體施工前，應(yīng)先進(jìn)行試轉(zhuǎn)體，并讓橋塔在空中滯空一段時(shí)間，檢查各系統(tǒng)工作狀態(tài)，并對橋塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查。同步轉(zhuǎn)體系統(tǒng)操作應(yīng)由專業(yè)技術(shù)人員操作，并應(yīng)對整體轉(zhuǎn)體設(shè)備進(jìn)行空載、負(fù)載、及應(yīng)急試驗(yàn)，尤其在油管破裂、誤操作、斷電等應(yīng)急情況下應(yīng)能保證不失控，不影響系統(tǒng)安全，應(yīng)建立應(yīng)急處理措施，并備好應(yīng)急所需物資。

同時(shí)，橋塔轉(zhuǎn)體施工應(yīng)對轉(zhuǎn)體整個(gè)過程進(jìn)行監(jiān)控，監(jiān)控橋塔空中姿態(tài)、橋塔的應(yīng)力及變形情況、橋塔墩柱處梁上應(yīng)力及位移情況，橋塔豎轉(zhuǎn)過程中最不利受力狀態(tài)時(shí)，塔柱上扣點(diǎn)或吊點(diǎn)以及臨時(shí)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)應(yīng)采用三維實(shí)體有限元進(jìn)行詳細(xì)分析計(jì)算，并對各負(fù)載點(diǎn)的負(fù)載情況，橋塔結(jié)構(gòu)及臨時(shí)轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)變形情況進(jìn)行監(jiān)測。

并建議于保險(xiǎn)措施中增加坍塌賠償附加條款，加強(qiáng)日常施工管理并形成管理文件，以便于出險(xiǎn)理賠。

5 結(jié) 語

結(jié)合某斜拉橋施工過程，基于ALARP準(zhǔn)則橋梁風(fēng)險(xiǎn)矩陣對斜拉橋索塔轉(zhuǎn)體施工進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并根據(jù)以往對斜拉橋索塔施工的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，研究得到了在轉(zhuǎn)體施工過程中可能出現(xiàn)的安全風(fēng)險(xiǎn)及重大風(fēng)險(xiǎn)源，同時(shí)提出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)管理和控制措施，科學(xué)地降低施工期間風(fēng)險(xiǎn)管理投入，為斜拉橋轉(zhuǎn)體施工風(fēng)險(xiǎn)管理提供借鑒。