港珠澳大桥水下隧道工程的HSE风险管理应用与示范

张志刚， 李金峰

(1. 中交公路规划设计院有限公司， 北京 100088； 2. 中国交通建设股份有限公司， 北京 100088)

0 引言

HSE是健康(health)、安全(safety)和环境(environment)的总称，健康、安全与环境共同组成了三位一体的管理体系。HSE是20世纪90年代在国际上兴起的现代管理模式，被称为一种后工业化时代的管理方法。

因为经济和社会发展的需要，19世纪建造了很多桥梁，20世纪建造了大量的高层建筑。为了节约能耗、保护环境，需要大量地利用地下空间，业内人士将21世纪称作是“地下空间”的世纪。地下空间的利用将带来前所未有的发展机遇，但地下空间开发也会伴随着超乎寻常的高风险。

水下隧道工程属于地下空间开发的重大项目，按照国家基础设施建设规划以及人们对快速便捷交通运输的强烈需求，当前及今后一段时间，水下隧道作为我国跨越江河及海湾的主要交通方式会受到越来越多的青睐。水下隧道项目具有工程规模巨大、建设条件复杂、技术标准要求高、施工组织管理困难、岩土体分布形态及物理力学性质不易把握，以及施工作业的风险与难度大等特点。除此之外，水下隧道工程的社会影响大，承载的社会责任大，工程项目管理不仅是为了实现质量、进度和成本的管理，而且需要注重HSE管理目标的实现。现阶段，如何控制工程项目的风险并进行行之有效的HSE管理，是项目业主及承建单位都必须面对的重要课题。

20世纪90年代，我国的一些石油企业在对外合作的实践中率先接触并采用了相应的一些HSE管理经验和做法，SY/T 6276—1997《石油天然气工业健康、安全与环境管理体系》颁布实施使HSE正式登陆中国，随后陆续出现了《基建施工HSE风险管理》与《HSE风险管理理论与实践》著作，成为规范建立与实施HSE管理体系的理论工具和指南[1-2]。崔文彩[3]针对石油天然气资源勘探开发中石油钻井的关键环节，结合钻井工程项目作业活动生产规模大、投资多、风险大、多工种、多工序、立体交叉及连续作业等的特点，对钻井工程作业HSE进行风险识别，并建立了一套HSE的风险评价模式。吴武生[4]、陈国华等[5]以跨海桥梁施工作业为背景，基于HSE管理模式，建立了跨海桥梁工程施工风险评价模型及方法。马晓彤等[6]针对常规桥梁工程项目施工进行了HSE风险管理分析并予以实践应用。王国发等[7]以港珠澳大桥沉管隧道管内附属工程施工为对象，为控制施工中的各类高风险，开展应用了一系列HSE标准化建设。

针对地下工程，特别是水下隧道主体工程建设开展HSE风险评价及对策措施还没有开展过专门研究。本文以港珠澳海底隧道工程为对象，详细论述基于HSE对水下隧道工程进行风险评价与风险控制的方法和过程。

1 工程概况

港珠澳大桥主体工程中的海底隧道采用沉管方案，隧道总长6 704 m，东人工岛岛上段隧道长520 m，西人工岛岛上段隧道长520 m，海中沉管段长5 664 m，隧道东端位于圆曲线上。沉管段采用节段式半刚性管节结构，沉管段由33个管节组成，其中曲线段管节5节，标准管节长180 m，由8节长22.5 m的节段组成，纵向连接设置永久预应力。管节横断面采用斜中墙2孔1管廊结构形式，结构外包尺寸为37.95 m×11.4 m(宽×高)，顶、底板及两侧墙一般厚度均为1.5 m。沉管段混凝土强度等级不低于C45，抗渗等级不低于P12。标准管节质量约7.5×107kg，采用工厂法预制，最大沉放水深约45 m[8-10]。隧道管节浮运安装实景如图 1所示。

图1 隧道管节浮运安装实景

港珠澳主体工程的建设目标是“建设世界级跨海通道，成为地标性建筑，为用户提供优质服务”。 工程处于珠江口伶仃洋上，建设条件复杂，是我国第1次在外海建设隧道工程，是我国交通建设史上面临到的前所未有的全新课题，技术、管理及工程风险均极具挑战[11]。

港珠澳海底隧道工程施工期间HSE风险的特点主要有：

1)工程规模宏大，超长周期海上施工，作业线长、点多、面广、工序复杂，作业船舶种类多、数量大，参与作业的人员数量多。

2)工程区域地处珠江口中华白海豚保护区核心区，环保要求高。

3)部分施工水域跨越粤港分界线，施工中应考虑香港特区相关规定要求。

4)珠江口水域通航航线纵横交错、航行船舶密度大，建设期间需进行临时航道与主航道的通航转换、局部区域限制通航。

5)灾害性天气多发。

6)技术复杂，采用新技术、新工艺、新设备多。

隧道工程是由各个分项组成的系统工程，HSE体系是一项综合体系，集风险分析与评价、设施设计、施工及管理要求于一体，在隧道工程中应用HSE管理实现“追求零伤害、零污染、零事故”总体目标。

2 HSE的风险评价方法及标准

HSE管理体系中的风险评价包括2层含义： 一是评价风险的大小，指某一特定风险事件发生的可能性和后果的严重性； 二是风险分级划分，对于不可允许发生的风险，通过体系要素的控制方法采取有效的措施加以消除、削减和控制，以预防事故的发生。

HSE体系管理中的常用风险评价方法有2类： 一类是以作业条件危险性分析为基础，包括LEC法、MES法、ESP法； 另一类是以矩阵原理为基础，包括RAC法、定性风险矩阵法、半定量风险矩阵法。这些方法的基本原理基本相同，首先确定风险事件的可能性和后果的严重性，然后通过各自的方式(计算或矩阵)对风险的大小进行分级，并有针对性地采取必要的削减和控制措施[12-13]。

结合本项目的工程规模、复杂程度、风险特性及使用经验，采用作业条件危险性分析(LEC)法对辨识的风险源进行HSE风险评价。

2.1 方法及评价公式

LEC法是由美国的格雷厄姆(Graham)和金尼(Kinney)提出的，是一种评价人们在具有潜在危险性环境中作业时的危险性的半定量评价方法，用与系统风险率有关的3种因素指标值之积来评价系统人员伤亡风险大小[14-15]。

D=L×E×C。

(1)

式中：D为风险值；L为发生事故的可能性(分值0.1～10)；E为暴露在危险环境中的频率程度(时间)(分值0.5～10)；C为发生事故产生的后果(分值1～100)。

2.2 作业条件危险性分析风险等级判定

2.2.1 发生事故的可能性L判定

考虑一个系统的危险性，绝对不可能发生事故是不可能的，即概率为0情况不确切。以不可能发生的情况作为“打分”参考点，定其分数值为0.1。人为地将极少可能发生的情况规定为1； 能预料将来某个时候会发生事故的分值规定为10。发生事故或危险事件的可能性L评分标准如表1所示。

表1发生事故或危险事件的可能性L评分标准

Table 1 Evaluation standards for possibility of accident or dangerous event

L事故或危险情况发生可能性10完全可以预料6相当可能3可能,但不经常1可能性小,完全意外L事故或危险情况发生可能性0.5可以设想,很不可能0.2极不可能0.1实际上不可能

2.2.2 暴露于危险环境的频率E判定

作业人员暴露于危险作业条件的次数越多，时间越长，则受到伤害的可能性也就越大。规定连续出现在潜在危险环境的暴露频率分值为10，一年仅出现几次非常稀少的暴露频率分值为1。以10和1为参考点，在其区间根据在潜在危险作业条件中暴露情况进行划分。暴露于危险环境的频率E评分标准如表2所示。

表2暴露于危险环境的频率E评分标准

Table 2 Evaluation standards for frequency of exposure to hazardous environments

E出现于危险环境的情况10连续暴露6每天工作时间内暴露3 每周1次或偶然的暴露E出现于危险环境的情况2每月暴露1次1每年几次暴露0.5非常罕见的暴露

2.2.3 发生事故产生的后果C判定

事故造成的人身伤害与财产损失变化范围很大，将需要救护的轻微伤害的可能结果分值规定为1，以此为一个基准点； 将造成许多人死亡的可能结果规定为分值100，作为另一个参考点。在1～100，插入相应的中间值。本项目中结合工程实际条件，对发生事故产生的后果进行了定量化处理，使风险评价的结果能更加客观、合理。发生事故产生的后果C评分标准如表3所示。

表3 发生事故产生的后果C评分标准

2.2.4 危险性D判定准则及控制措施

确定了上述3个具有潜在危险性的作业条件的分值，按式(1)进行计算，即可得风险具体数值。根据表4所示提供的风险级别界值进行风险等级的判定，从而为进行HSE风险控制提供依据。风险识别与评价中应重点关注3级以上风险，这类风险会给工程带来极大的困难及严重的后果。

3 HSE的风险识别与评价

根据海底隧道的施工阶段，结合施工期间HSE的风险特点，以及生产和生活不同区域，按施工基地的办公、生活区，海上运输、管节浮运沉放区及施工区识别评价其涉及的健康、安全和环境方面的危险源。本项目施工期综合采用对照、经验法、类比方法和事故树分析法等辨识方法，参照前述的危害类别，分别辨识海底隧道各施工区域内施工作业活动的危险源及其危害。HSE评价具体可按图2所示的基本步骤进行实施。

表4 风险值D判定准则

图2 风险识别与评价流程

3.1 职业健康风险评价

根据本工程的施工期危险源辨识结果，采用LEC法得到的职业健康风险评价结果如表5所示。

由表5可知： 施工期间沉管结构预制及人工岛上主体隧道结构浇筑过程中水泥粉尘以及海中潜水操作不当可能造成的2项职业健康风险为中等风险，显著危险并需要整改。

3.2 安全风险评价

根据本工程的施工期危险源辨识结果，采用LEC法得到的安全风险评价结果如表6所示。

由表6可知： 施工期间沉管浮运安装的船舶倾覆、基槽及基础施工的起重伤害或船舶撞击、恶劣天气的受伤或淹溺可能造成的3项安全风险为重大风险，高度危险并需要立即整改。

3.3 环境危险评价

根据本工程的施工期危险源辨识结果，采用LEC法得到的环境风险评价结果如表7所示。

由表7可知： 施工期间基槽、基础及回填过程中高频噪声、悬浮物及饵料造成中华白海豚可能受到损害的2项环境风险为重大风险，危险性高，高度危险并需要立即整改。

表5施工期职业健康风险评价结果

Table 5 Evaluation results of occupational health risks during construction period

施工作业活动健康危险源危害类型风险值D=L×E×CLECD 施工人员生活饮水饮食中毒36118天气变化身体健康疾病3319 长期现场施工心理健康疾病3216 沉管结构预制及人工岛上主体结构浇筑施工噪声噪声对听力的损害66136 高温高湿环境 中暑和皮肤浸渍、糜烂3113水泥粉尘 粉尘对视力和呼吸道的损害663108 焊接操作不当眼部或身体损伤等36354 沉管浮运及安装 施工船舶噪声噪声对听力的损害66136 高温高湿环境 中暑和皮肤浸渍、糜烂36118 基槽、基础及回填施工噪声噪声对听力的损害106160 高温高湿环境 中暑和皮肤浸渍、糜烂36118 海中辅助作业 潜水操作不当身体损伤等663108 高温高湿环境 中暑和皮肤浸渍、糜烂36118

表6 施工期安全风险评价结果

表6(续)

表7施工期环境风险评价结果

Table 7 Evaluation results of environment risks during construction period

施工作业活动环境危险源危害类型风险值D=L×E×CLECD 施工人员生活生活区建设生态破坏101770垃圾、污水 水污染、生态破坏10101100 沉管结构预制及岛上结构浇筑场地硬化生态破坏101770施工噪声噪声污染66136扬尘空气污染106160焊接产物 水污染、生态破坏36118施工废料、残渣 水污染、生态破坏663108 沉管浮运及安装垃圾、污水 海水污染、生态破坏106160漏油 海水污染、生态破坏321590船舶噪声中华白海豚663108船舶撞击中华白海豚161590 基槽、基础及回填垃圾、污水 海水污染、生态破坏66136高频噪声中华白海豚667252悬浮物及饵料中华白海豚1063180漏油 海水污染、生态破坏36118施工废料、残渣 海水污染、生态破坏663108 海中辅助作业垃圾、污水 海水污染、生态破坏36118钢结构拆除海水污染3216施工噪声中华白海豚36118施工废料、残渣 海水污染、生态破坏36118

4 HSE的风险管理目标

根据项目的具体特点建立适宜的HSE风险管理体系，确保施工安全、工程与环境和谐，实现项目HSE管理目标，为实现港珠澳大桥海底隧道工程建设管理目标提供保障。根据施工期HSE风险评价结果，给出量化的HSE管理目标，如表8所示。

表8 HSE管理量化目标

5 HSE的对策措施

HSE设计中提出可供参考选用的施工期HSE风险控制措施，施工中应根据项目实际情况部分或全部选用，同时增加本设计中未列出的措施，以实现控制HSE风险为目标，政府、业主、承包单位等按照各自职责落实HSE风险管理责任及措施。

根据风险评价的结果以及施工与运营情况等，确定优先控制顺序，采取措施消减风险，将风险控制在可接受的程度，预防事故的发生。可采取对策措施如下：

1)工程技术措施，实现本质安全；

2)管理措施，规范安全管理；

3)教育措施，提高从业人员的操作技能和安全意识；

4)个体防护措施，减少职业伤害。

针对工程施工期3级以上职业健康风险，可采取表9所示的职业健康风险控制措施。

表9施工期主要职业健康风险控制措施

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

施工作业活动健康危险源危害类型控制措施实施计划 沉管结构预制及岛上结构浇筑水泥粉尘 粉尘对视力和呼吸道的损害 湿法作业、通风防护、个人防护 采取措施后作业 海中辅助作业 潜水操作不当 身体损伤等 严格按操作规程执行加强监督

针对工程施工期3级以上安全风险，可采取表10所示的安全风险控制措施。

表10施工期安全风险控制措施

Table 10 Control measures for safety risks during construction period

施工作业活动安全危险源危害类型控制措施实施计划 沉管结构预制及岛上结构浇筑 焊接操作不当 火灾或爆炸 通风防护、个人防护、特种作业管理 采取防护后作业 施工物品掉落物体打击 安全检查、个人防护、施工安全管理 采取防护后作业 施工机具故障或使用不当机械伤害 安全检查、个人防护、施工安全管理 采取防护后作业 沉管浮运及安装 船舶故障或操作不当 船舶倾覆、撞击等 安全检查、个人防护、海上交通管理 采取防护后作业异常天气 船舶倾覆 关注天气预报、防台锚地、船舶防护措施 恶劣天气时停止作业 基槽、基础及回填 施工机具故障或使用不当机械伤害 安全检查、个人防护、施工安全管理 采取防护后作业 船机设备故障或操作不当 起重伤害、船舶撞击 安全检查、个人防护、施工安全管理 采取防护后作业恶劣天气 受伤或淹溺 关注天气预报、防台锚地、加强船舶防护 恶劣天气时停止作业 海中附属构件作业 潜水保护不当人身伤害 加强个人防护、施工作业指导 采取防护后作业 施工机具故障或使用不当机械伤害 安全检查、加强个人防护、施工安全管理 采取防护后作业 缺乏必要的防护措施或失足高处坠落 安全检查、加强个人防护、施工安全管理 采取防护后作业恶劣天气 受伤或淹溺 关注天气预报、加强个人防护 恶劣天气时停止作业

针对工程施工期3级以上环境风险，可采取表11所示的环境风险控制措施。

表11施工期环境风险控制措施

Table 11 Control measures for environment risks during construction period

施工作业活动环境危险源危害类型控制措施实施计划 施工人员生活 生活区建设生态破坏 规划为其他用地按时交付垃圾、污水 水污染、生态破坏 低碳减废、统一回收和处理 采取防护后作业 沉管结构预制及岛上结构浇筑场地硬化生态破坏 规划为其他用地按时交付 施工废料、残渣 水污染、生态破坏 低碳减废、集中搜集、统一回收和处理 采取防护后作业 沉管浮运及安装漏油 海水污染、生态破坏 船舶保养检修、日常检查、海上交通管理 采取防护后作业船舶噪声白海豚 海上交通管理、监测、避让 采取防护后作业船舶撞击白海豚 海上交通管理、声驱赶、阻挡 采取防护后作业 基槽、基础及回填高频噪声白海豚 海上交通管理、采取消音措施 采取有效措施并确认后作业 悬浮物及饵料白海豚 施工组织设计专项技术措施应急预案 采取防护后作业废料残渣 海水污染、生态破坏 低碳减废、统一回收和处理 采取防护后作业

6 重大HSE风险的应急预案

为确保港珠澳大桥海底隧道工程在施工紧急情况下能够及时组织并实施应急救援与处理，保护员工生命安全、国家财产安全、区域环境安全，有效降低自然灾害、重大HSE事故(事件)造成的损失及破坏，保证施工生产正常进行，针对HSE风险评价中的中华白海豚保护与极端异常天气2项2级重大风险，制定相应的应急预案。

6.1 中华白海豚保护

当受到高频噪声、悬浮物(漏油)及饵料等可能对白海豚造成严重影响的事件时，需要及时采取措施，在事前建立健全有关白海豚保护的应急救护预案。

1)编制中华白海豚保护的应急救护预案，配备必要的应急抢险和救护设备、设施、器材。

2)每年定期组织中华白海豚专项应急抢险和救护预案培训和演练，每季度组织应急处置程序培训和演练(进入4月前，必须开展有针对性的应急处置程序演练)，确保预案的有效性。

3)由于海底隧道项目连续推进的需求，工程建设不可避免会在4—8月中华白海豚繁殖高峰期间进行施工。为此，每年4—8月在保护区附近施工时采取缓解措施，并提高预案等级，优先考虑次序为避免、抑减、防范、监管和监测。

4)施工作业区域发现任何溢油事故、施工船舶等与白海豚碰撞事件或发现白海豚出现异常情况等突发事件，应立即暂停施工作业活动，并迅速启动相关的中华白海豚保护应急预案，参照中华白海豚意外事故应急处理流程进行处理。

6.2 极端异常天气

珠江口拥有外伶仃洋海域独特的地理位置和典型的亚热带海洋性季风气候，致使该地区天气气候复杂多变，灾害性天气频繁。热带气旋具有强度强、频率高、灾害重特点，台风多发生在每年的6—9月。在工程施工期间，必须采取有效的灾害天气施工应急控制措施。

1)在热带气旋等灾害天气季节到来前，必须建立健全防抗热带气旋等灾害天气的应急处置预案(方案)、组织领导机构、指挥系统和应急抢险队伍，并落实相应的职责。

2)根据现场情况，制定以防为主、防抗结合的施工安全措施计划和应急预案，并落实船舶避风锚地及施工人员的转移地点。

热带气旋等到达前施工船舶撤离现场，大型施工船舶拖至锚地避风，工作船、交通艇等自航至锚地避风。热带风暴的影响到达前，停止管节浮运安装及基槽区的一切水上作业，预制好的沉管管节尽快拖运到寄放区，并系泊可靠。

7 结论与建议

1)港珠澳大桥海底隧道是我国建设的第1座外海大型水下沉管隧道，通过采用本文所述的LEC风险分析方法对工程建设过程中的职业健康、安全及环境进行分析，对3级以上的高风险采取有效的对策措施，对2项2级重大风险制定了应急预案。工程实践表明，HSE风险管理在港珠澳大桥海底隧道建设过程中起到了极其重要的管理保障作用，为工程顺利建设奠定了坚实的基础。

2)港珠澳大桥海底隧道工程地处粤港边境水域，航运密集，邻近中华白海豚保护区的核心区，参照国外类似工程经验，在工程施工图设计的预算当中按照HSE管理要求及标准对相关费用进行了专项列支，这也为后期的HSE管理能有效开展并规避一系列风险创造了良好的条件。建议在水下隧道工程前期研究阶段考虑一定比例的HSE估算费用。

3)水下隧道是一项系统工程，HSE工作环环相扣。工作界面复杂，潜在分险源多，作业现场分布广，在HSE管理工作中，要求建设单位建立完善的HSE管理组织机构，明确HSE管理职责、管理要素，每个工区、每个作业现场严格实施HSE管理作业指导书。工程管理及建设者要提高工程项目的HSE管理意识，充分利用各种有效的风险控制手段，规避风险、杜绝事故的发生。

4)本文着重对水下隧道施工期的HSE风险管理体系进行分析研究，为规避与降低运营期的风险，还应对运营期的HSE风险进行分类和辨识，对涉及到的交通安全、隧道安全及减灾防灾等重大风险制定应急预案，确保运营安全、环保。