下沉式明挖隧道施工安全总体风险评估指标体系研究

朱曙光 长沙中核工程监理咨询有限公司 （湖南省核工业地质局三〇四大队下属企业） 高级工程师

交通运输部于2011 年5 月颁布了《公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估指南（试行）》，2014 年12 月30 日下发了《交通运输部关于发布高速公路路堑高边坡工程施工安全风险评估指南（试行）的通知》（交安监发〔2014〕266 号）（以下简称“《现行指南》”）等文件，明确要求在交通行业内推行施工安全风险评估工作[1-2]。两个指南中明确了桥梁、隧道、路堑高边坡总体风险评估指标体系和无下沉式明挖隧道施工安全风险指标体系。下沉式明挖隧道施工所处的环境与施工工艺不同于一般隧道施工，用隧道总体风险评估体系不能有效评价其施工安全风险。

施工安全风险评估是针对工程施工过程中涉及的人、机、料、法以及环等方面存在的风险进行风险辨识、风险分析和风险估测等系列工作。总体风险评估是以整个下沉式明挖隧道工程为评估对象，根据隧道建设的长宽度、开挖深度、水文工程地质特征、周边施工环境、施工工程措施、风险诱发因素、气候条件以及勘察设计资料完整性等风险因素，评估隧道工程施工的总体风险，确定其安全风险等级并提出控制措施建议。评估结论可为配置工程项目的人员和装备等资源、决定是否开展专项风险评估等方面提供决策支持。

按照两个《现行指南》以及国内外标准、规范、文献，通过对比分析初步确定，总体施工安全风险评估宜采用主因素控制指标体系法。这是一种根据下沉式明挖隧道工程施工存在的安全风险因素，建立体现风险特征的主控因素判识表与指标体系评估表，对各主控因素与评估指标进行量化分级，对施工安全总体风险作出评估的方法，包括主控因素辨识和指标体系评估两个步骤。

1 施工安全总体风险评估步骤

总体风险评估需要分析项目资料，解读总体施工组织，并勘察现场，做好风险调查，然后通过风险辨识、风险估测以及风险评价确定风险等级，提出风险防范与化解措施。

1.1 风险调查与风险辨识

根据项目所处的建设环境，勘察设计资料的完整性、总体施工组织设计的施工方案的合理性、适应性以及可行性，查找并分析可能引起下沉式隧道施工发生施工安全风险的各种风险因素，分解工序列出风险清单，画出鱼刺图。

1.2 风险估测

风险估测是在风险辨识后，主要估测所列出工序风险事件发生的可能性及严重程度。通过行业近年来风险发生的频次和概率来分析，同时客观上对开挖可能带来较大的风险因素进行量化分析，常用的分析方法有概率分析法、危险等级划分法、危险源辨识及评价法等。

1.3 风险评价

在以上两步的基础上，通过建立的指标体系和评价标准，对风险进行分类、排序和量化分级，根据各指标对应的内容进行相应的分级量化，为评分提供合理的依据，根据评分最终确定风险等级。

1.4 重要性排序

确定评估指标后，对所有的指标按复杂度和指标重要性排序两种方法进行指标权重的确定。工程施工安全总体风险评估采用“按评估指标重要性排序确定权重取值”的方法，计算公式为：式中，γ为权重系数，n为评估指标(重要指标)项数，m为重要性排序号，m≤n。

2 下沉隧道明挖工程施工安全风险主控因素及指标体系

2.1 主控因素

下沉式明挖隧道大多是建设在交通发达、交通流量大以及周边结构物较多的交通要道处或城市立交处，其周边环境复杂、施工条件差、施工范围窄，不安全因素动态变化快、安全事故诱因复杂且主体从业人员流动性大。从以上施工环境和其特有的施工工艺分析，下沉式隧道主控因素有建设规模、地质条件、诱发因素、施工环境以及资料完整性。

2.2 评估指标

按上述主控因素设定评估指标：①建设规模A1：基坑深度、坑壁坡度；②地质条件A2：地层土类、基底岩体完整性、地下水位；③诱发因素A3：自然灾害的影响；④施工环境A4：围护结构、地下水治理、周边环境、有毒气体；⑤资料完整性A5：地质资料、设计文件。

2.3 建立指标体系

下穿明挖隧道施工安全风险总体评估指标体系如表1 所示，其中对各指标对应的内容进行了相应的分级量化。

表1 下穿明挖隧道施工安全风险总体评估指标体系

3 等级判定

权重系数根据隧道所处位置、地基条件、开挖深度以及围护结构等重要性进行排序。对应公式为：

式中，F为总体风险评估分值，Aij为评估指标分值（i=1,2,3,4,5；j=1,2,3,…,n），n为对应第i类评估指标包括的重要指标的数量。计算出F值，对照表2 确定安全总体风险等级。

表2 隧道工程施工总体风险评估表

评估指标体系中各指标的取值，综合考虑指标因素对隧道施工的影响程度，每个指标分级要有明确的依据，数值应取整数。另外针对不同的隧道施工环境、评估指标按所处的水文工程地质条件和施工影响因素进行相应的增加或删减，同时按相应条件调整指标的风险分级。

对照如下标准确定安全总体风险等级。F＞60，等级Ⅳ(极高风险)；45 ＜F≤60，等级Ⅲ(高度风险)；30 ＜F≤45，等级Ⅱ(中度风险)；F≤30，等级Ⅰ(低度风险)。

4 实例验证

4.1 下沉式隧道工程概况

以广东某下沉式隧道为例，其地处三水盆地的北东侧附近及珠江三角洲的北部边缘地带。隧道修建于原交通十字路口，均为双向六车道一级公路加两侧辅道，车流量均较大，平面交通压力大，而下沉隧道能解决此交通问题。隧道全长635 m，其中敞开段共长325 m，遮光段长50 m，暗埋段长260 m。敞开段采用U 型坞式断面结构型式，遮光段采用U 型坞式断面+横撑梁的结构型式，暗埋段采用单箱双室的矩形框架结构型式。

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隧道处地质情况如下，从上到下主要填筑土层（平均厚3.55 m，以下相同）、淤泥质土层（2.79 m）、粉砂层（3.56 m）、中砂层（3.14 m）、淤质粉砂层（1.63 m）、淤泥质土层（2.34 m）、粉质粘土、粉土层（2.8 m）、中（粗）砂、砂砾层（6.19 m）、残积土层（1.23 m）、强风化岩层（4.41 m）以及中风化岩层（9.43 m）。主要不良地质情况为淤泥质土层、粉砂层、淤质粉砂层和中（粗）砂、砂砾层。地下水位埋藏较浅，且地层含水丰富，基坑开挖在降低地下水水位时会产生某些不良作用，可能出现流沙和地面开裂下陷现象。

隧道两侧采用Φ800 ～Φ1200 钻孔灌注桩+双层高压旋喷桩（或三轴搅拌桩）止水帷幕围护结构。基坑均采用分段明挖，分段施工底板，再外侧墙和顶板。一段施工完成，再向前推进一段，隧道两端同时对称施工。

4.2 隧道总体施工安全风险评估

根据表1 和上节描述的内容建立如表2总体风险评估表。

经表2 计算评估，该下沉式明挖隧道的总体风险评估值为54.4，总体风险等级为Ⅲ级（高度风险），应纳入专项风险评估。

5 结论

下沉式明挖隧道总体风险评估采用主因素控制指标体系法，通过风险指标的层次量化表，解决了指标体系各种风险的具体量化问题，对下沉式明挖隧道工程总体施工安全风险评估具有较好的参考价值。应用此体系对广东某下沉式隧道的施工风险评估，所得结果与施工情况完全相符，证明了评估体系适用性强，可操作性强。