斜拉橋索塔轉體施工期間風險評估和風險管理

苑曉鋒，夏宇軒，沈毅凱

（1.上海市建筑科學研究院有限公司，上海市 200032；2.上海市工程結構安全重點實驗室，上海市 200032）

0 引 言

目前，我國在長大橋梁建設方面已經進入世界前列，很多在建工程均在挑戰世界橋梁建設記錄，面臨世界級難題。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險損失，橋梁施工風險評估和風險管理顯得尤為必要。橋梁施工階段的風險主要來自施工工藝、意外事故、自然災害及人為災害等各方面，多數風險可通過周密施工計劃和系統風險管理得以控制。完善的橋梁工程風險評估尚未形成，該方面的研究仍處于各個行業間互相借鑒摸索過程中，危險識別、風險評估和風險控制是安全評估的主要組成部分，其中風險源識別及風險損失模型確定是風險評估過程中的關鍵。

1 簡介

某斜拉橋全長619 m，跨徑組成為70 m+120 m空間網狀索面獨塔斜拉為墩、塔、梁固結體系，其中主塔采用傾斜式獨柱型橋塔，截面為八邊形斷面，塔身向邊跨側傾斜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，橫橋向寬4 m，縱橋向寬6 m，四邊縱橫向倒角尺寸為1.5 m×0.9 m，鋼混結合面設置在主梁面以上3 m處。鋼箱腹板、側壁板厚根據受力不同采用30 mm或40 mm。主塔壁板及腹板均采用板式加勁肋進行加勁，板厚20 mm，肋高220 mm。鋼塔分為T1至T8共8個節段，其中T3至T7節段為斜拉索錨固區段，最大節段重量約100 t。鋼混結合段3 m范圍內橋塔混凝土為實心段，塔斷面為八邊形，縱橋向寬6 m，橫橋向寬4 m，四邊縱橫向倒角尺寸為1.5 m×0.9 m。

圖1 橋塔節段分段圖

鋼主塔在橋梁邊跨上拼裝完成，待鋼主梁拼裝完成后，然后對主塔進行豎轉施工。本橋鋼主塔的豎轉拉索采用6臺350 t提升油缸逐級加載，同步張拉拉索，對大型鋼結構進行豎轉，無論是位置控制，還是荷載控制均有較高的難度。同時需重視轉體三角架及轉體轉鉸結構等臨時轉體結構的安全性。

索塔轉體總重量約1 150 t，角度82°，拉索設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、拉索錨點及背索錨點，拉索和背索穿好鋼絞線，拉索每根鋼絞線預緊約1 t，使拉桿鋼絞線也處于預緊狀態且每根鋼絞線長度相等，預緊完成后，拉索分級加載到轉體荷載。前拉點位置初始豎轉時有400 t抗拔力，經計算鋼箱梁自重能提供244 t，分級加載前在前拉點位置壓履帶吊配重200 t，為增大安全系數，鋼箱梁與混凝土蓋梁進行拉結，分轉體20°、轉體41°、轉體41°（背索預緊，并分級加載到指定荷載）、轉體60°、轉體70°和轉體82°到位各轉體施工步驟，而后對位焊接，安裝橋塔下部永久拉索并預張拉，拆除臨時結構，完成轉體施工。

2 轉體施工專項風險評估方法構建

基于《公路橋梁和隧道工程施工安全風險評估指南（試行）》（交質監發〔2011〕217號），結合建設規模、地質條件、氣候環境條件、地形地貌條件、橋位特征以及施工工藝成熟度等評估指標，對其進行總體風險評估風險等級為III級，屬高度風險，需要組織開展專項風險評估[1]，而索塔施工作為施工關鍵工序且為轉體施工，該過程的安全風險評估需更加關注。

轉體施工過程中風險源主要包括自然條件、施工技術等，評估時間段為轉體施工全過程，評估所涉及的因素為施工質量、施工進度及施工安全（包含索塔結構、臨時結構及施工人員安全等），風險對策主要包含施工管理優化、施工工藝控制及施工工程保險等控制策略。

評估過程采用定性和半定量結合的方法，結合該項目特點及施工過程，首先識別風險源，而后開展基于ALARP準則橋梁風險評估矩陣，確定風險事件的基本對策。針對不可接受的風險事態將被定義為顯著風險事態，需進行深入分析并制定詳細的策略，以將其風險等級降低至可控水平。

3 基于ALARP準則橋梁風險矩陣評估方法

基于ALARP準則橋梁風險矩陣是最常用的決策方法之一，當設計多種風險或單個災害事故的風險值難以計算時，常用的方法即是將事故發生的概率和相應的后果置于同一矩陣，形成風險矩陣。構造風險矩陣是在研究風險指標基本水平的基礎上，考慮效用函數影響，并考慮風險對策后綜合確定的[2]。ALARP準則是通過確定風險不可接受水平和風險可接受水平，將風險區域劃分為風險不可接受區域、風險可接受區域和合理控制區域，落于風險不可接受區域內必須采取有效措施降低其風險，典型的ALARP準則如圖2所示[3]。

圖2 典型ALARP區間和決策準則

阮欣等學者基于國際隧道協會頒布的《隧道風險管理指南》有關研究成果，給出橋梁風險評估的風險矩陣基本形式[2]，結合斜拉橋索塔轉體施工過程，確定風險概率描述、風險損失描述、風險評估矩陣及基本風險對策結果見表1至表4。

表1 風險概率描述

表4 基本風險對策

根據以往施工工程經驗，研究認為，斜拉橋索塔轉體施工期間主要風險事件可以分為自然災害、意外事故、特殊問題和質量問題4類，針對上述風險事件，基于以往工程經驗，針對工期延誤、人員傷亡和貨幣損失三大控制目標分別研究了其可能造成的損失等級，確定風險矩陣。其中，轉體施工過程中，需要著重關注的風險事件為物體打擊、起重傷害、高空墜落和坍塌[4]，表5為上述4中風險事件風險評估結果。

表2 風險損失描述

表3 風險評估矩陣

表5 索塔轉體施工中風險評估結果

4 顯著風險事件管理及控制

基于ALARP準則橋梁風險矩陣對斜拉橋索塔轉體施工進行風險評估，并針對物體打擊、坍塌、起重傷害和高空墜落風險事件進行評估結果分析，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果，總體而言，索塔轉體施工過程風險水平相對較高，需要加強施工期間的風險管理，并充分落實針對各風險事件制定的風險對策。

對于風險評估過程中控制目標，按照其風險程度的高低，其大致順序為貨幣損失、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。

坍塌對貨幣損失的控制目標是不可接受的風險事件，對此需要進行風險對策研究。坍塌是由于設計或施工不合理造成建筑物、構筑物、堆置物等倒塌以及土石塌方引起的事故[5]。建議對坍塌風險管理對策以管理措施為主，并結合保險措施轉移風險。針對轉體施工過程涉及情況復雜，于施工前通過對技術人員進行專門安全技術培訓、天氣監測、劃定防護區以及確保所有施工器械及臨時結構均在進場前進行合格確認并形成相關文件。

在橋塔轉體施工前，應先進行試轉體，并讓橋塔在空中滯空一段時間，檢查各系統工作狀態，并對橋塔結構進行檢查。同步轉體系統操作應由專業技術人員操作，并應對整體轉體設備進行空載、負載、及應急試驗，尤其在油管破裂、誤操作、斷電等應急情況下應能保證不失控，不影響系統安全，應建立應急處理措施，并備好應急所需物資。

同時，橋塔轉體施工應對轉體整個過程進行監控，監控橋塔空中姿態、橋塔的應力及變形情況、橋塔墩柱處梁上應力及位移情況，橋塔豎轉過程中最不利受力狀態時，塔柱上扣點或吊點以及臨時轉體結構的受力狀態應采用三維實體有限元進行詳細分析計算，并對各負載點的負載情況，橋塔結構及臨時轉體結構變形情況進行監測。

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

5 結 語

結合某斜拉橋施工過程，基于ALARP準則橋梁風險矩陣對斜拉橋索塔轉體施工進行風險評估，并根據以往對斜拉橋索塔施工的實踐經驗，研究得到了在轉體施工過程中可能出現的安全風險及重大風險源，同時提出相應的風險事態管理和控制措施，科學地降低施工期間風險管理投入，為斜拉橋轉體施工風險管理提供借鑒。