斜拉桥索塔转体施工期间风险评估和风险管理

2022-09-23苑晓锋夏宇轩沈毅凯

城市道桥与防洪 2022年9期

苑晓锋，夏宇轩，沈毅凯

（1.上海市建筑科学研究院有限公司，上海市 200032；2.上海市工程结构安全重点实验室，上海市 200032）

0 引言

目前，我国在长大桥梁建设方面已经进入世界前列，很多在建工程均在挑战世界桥梁建设记录，面临世界级难题。桥梁施工过程中恶性桥梁事故将造成直间接损失，为避免施工阶段的风险损失，桥梁施工风险评估和风险管理显得尤为必要。桥梁施工阶段的风险主要来自施工工艺、意外事故、自然灾害及人为灾害等各方面，多数风险可通过周密施工计划和系统风险管理得以控制。完善的桥梁工程风险评估尚未形成，该方面的研究仍处于各个行业间互相借鉴摸索过程中，危险识别、风险评估和风险控制是安全评估的主要组成部分，其中风险源识别及风险损失模型确定是风险评估过程中的关键。

1 简介

某斜拉桥全长619 m，跨径组成为70 m+120 m空间网状索面独塔斜拉为墩、塔、梁固结体系，其中主塔采用倾斜式独柱型桥塔，截面为八边形断面，塔身向边跨侧倾斜8°，见图1所示。塔身采用钢-混组合桥塔，离桥面3m以上为钢塔，桥面3 m以下混凝土塔，主塔包括塔冠总高度104.028 m（梁面以上为91.45 m）。塔柱为八边形钢箱断面，横桥向宽4 m，纵桥向宽6 m，四边纵横向倒角尺寸为1.5 m×0.9 m，钢混结合面设置在主梁面以上3 m处。钢箱腹板、侧壁板厚根据受力不同采用30 mm或40 mm。主塔壁板及腹板均采用板式加劲肋进行加劲，板厚20 mm，肋高220 mm。钢塔分为T1至T8共8个节段，其中T3至T7节段为斜拉索锚固区段，最大节段重量约100 t。钢混结合段3 m范围内桥塔混凝土为实心段，塔断面为八边形，纵桥向宽6 m，横桥向宽4 m，四边纵横向倒角尺寸为1.5 m×0.9 m。

图1 桥塔节段分段图

钢主塔在桥梁边跨上拼装完成，待钢主梁拼装完成后，然后对主塔进行竖转施工。本桥钢主塔的竖转拉索采用6台350 t提升油缸逐级加载，同步张拉拉索，对大型钢结构进行竖转，无论是位置控制，还是荷载控制均有较高的难度。同时需重视转体三角架及转体转铰结构等临时转体结构的安全性。

索塔转体总重量约1 150 t，角度82°，拉索设4×560 t油缸，背索2×350 t油缸，拉杆采用4×31×15.24钢绞线。首先卧拼主塔，安装压杆、拉杆、拉索锚点及背索锚点，拉索和背索穿好钢绞线，拉索每根钢绞线预紧约1 t，使拉杆钢绞线也处于预紧状态且每根钢绞线长度相等，预紧完成后，拉索分级加载到转体荷载。前拉点位置初始竖转时有400 t抗拔力，经计算钢箱梁自重能提供244 t，分级加载前在前拉点位置压履带吊配重200 t，为增大安全系数，钢箱梁与混凝土盖梁进行拉结，分转体20°、转体41°、转体41°（背索预紧，并分级加载到指定荷载）、转体60°、转体70°和转体82°到位各转体施工步骤，而后对位焊接，安装桥塔下部永久拉索并预张拉，拆除临时结构，完成转体施工。

2 转体施工专项风险评估方法构建

基于《公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估指南（试行）》（交质监发〔2011〕217号），结合建设规模、地质条件、气候环境条件、地形地貌条件、桥位特征以及施工工艺成熟度等评估指标，对其进行总体风险评估风险等级为III级，属高度风险，需要组织开展专项风险评估[1]，而索塔施工作为施工关键工序且为转体施工，该过程的安全风险评估需更加关注。

转体施工过程中风险源主要包括自然条件、施工技术等，评估时间段为转体施工全过程，评估所涉及的因素为施工质量、施工进度及施工安全（包含索塔结构、临时结构及施工人员安全等），风险对策主要包含施工管理优化、施工工艺控制及施工工程保险等控制策略。

评估过程采用定性和半定量结合的方法，结合该项目特点及施工过程，首先识别风险源，而后开展基于ALARP准则桥梁风险评估矩阵，确定风险事件的基本对策。针对不可接受的风险事态将被定义为显著风险事态，需进行深入分析并制定详细的策略，以将其风险等级降低至可控水平。

3 基于ALARP准则桥梁风险矩阵评估方法

基于ALARP准则桥梁风险矩阵是最常用的决策方法之一，当设计多种风险或单个灾害事故的风险值难以计算时，常用的方法即是将事故发生的概率和相应的后果置于同一矩阵，形成风险矩阵。构造风险矩阵是在研究风险指标基本水平的基础上，考虑效用函数影响，并考虑风险对策后综合确定的[2]。ALARP准则是通过确定风险不可接受水平和风险可接受水平，将风险区域划分为风险不可接受区域、风险可接受区域和合理控制区域，落于风险不可接受区域内必须采取有效措施降低其风险，典型的ALARP准则如图2所示[3]。

图2 典型ALARP区间和决策准则

阮欣等学者基于国际隧道协会颁布的《隧道风险管理指南》有关研究成果，给出桥梁风险评估的风险矩阵基本形式[2]，结合斜拉桥索塔转体施工过程，确定风险概率描述、风险损失描述、风险评估矩阵及基本风险对策结果见表1至表4。

表1 风险概率描述

表4 基本风险对策

根据以往施工工程经验，研究认为，斜拉桥索塔转体施工期间主要风险事件可以分为自然灾害、意外事故、特殊问题和质量问题4类，针对上述风险事件，基于以往工程经验，针对工期延误、人员伤亡和货币损失三大控制目标分别研究了其可能造成的损失等级，确定风险矩阵。其中，转体施工过程中，需要着重关注的风险事件为物体打击、起重伤害、高空坠落和坍塌[4]，表5为上述4中风险事件风险评估结果。

表2 风险损失描述

表3 风险评估矩阵

表5 索塔转体施工中风险评估结果

4 显著风险事件管理及控制

基于ALARP准则桥梁风险矩阵对斜拉桥索塔转体施工进行风险评估，并针对物体打击、坍塌、起重伤害和高空坠落风险事件进行评估结果分析，其中，坍塌对货币损失的影响是不可接受，必须要采取针对性的管控措施，高空坠落和起重伤害也均存在需合理控制的结果，总体而言，索塔转体施工过程风险水平相对较高，需要加强施工期间的风险管理，并充分落实针对各风险事件制定的风险对策。

对于风险评估过程中控制目标，按照其风险程度的高低，其大致顺序为货币损失、工期延误、人员伤亡。由此，在斜拉桥施工过程中，减少施工事故及控制施工货币损失是施工过程中主要控制目标。

坍塌对货币损失的控制目标是不可接受的风险事件，对此需要进行风险对策研究。坍塌是由于设计或施工不合理造成建筑物、构筑物、堆置物等倒塌以及土石塌方引起的事故[5]。建议对坍塌风险管理对策以管理措施为主，并结合保险措施转移风险。针对转体施工过程涉及情况复杂，于施工前通过对技术人员进行专门安全技术培训、天气监测、划定防护区以及确保所有施工器械及临时结构均在进场前进行合格确认并形成相关文件。

在桥塔转体施工前，应先进行试转体，并让桥塔在空中滞空一段时间，检查各系统工作状态，并对桥塔结构进行检查。同步转体系统操作应由专业技术人员操作，并应对整体转体设备进行空载、负载、及应急试验，尤其在油管破裂、误操作、断电等应急情况下应能保证不失控，不影响系统安全，应建立应急处理措施，并备好应急所需物资。

同时，桥塔转体施工应对转体整个过程进行监控，监控桥塔空中姿态、桥塔的应力及变形情况、桥塔墩柱处梁上应力及位移情况，桥塔竖转过程中最不利受力状态时，塔柱上扣点或吊点以及临时转体结构的受力状态应采用三维实体有限元进行详细分析计算，并对各负载点的负载情况，桥塔结构及临时转体结构变形情况进行监测。

并建议于保险措施中增加坍塌赔偿附加条款，加强日常施工管理并形成管理文件，以便于出险理赔。