桂志敬，吳忠廣，嚴(yán)瓊，張晨曦

(1.長(zhǎng)安大學(xué) 公路學(xué)院，陜西 西安 710064；2.交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院標(biāo)準(zhǔn)與計(jì)量研究中心，北京 100029；3.北京科技大學(xué) 土木與資源工程學(xué)院，北京 100083；4. 中電建路橋集團(tuán)有限公司，北京 100083)

0 引言

近年來(lái)，各類隧道工程施工過(guò)程中，由于施工環(huán)境復(fù)雜、地質(zhì)條件差、影響因素多等原因，隧道事故呈現(xiàn)“易發(fā)、頻發(fā)、多發(fā)”等特點(diǎn)[1]。根據(jù)原國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局公布的隧道施工事故統(tǒng)計(jì)，2004—2008年，我國(guó)共發(fā)生46起隧道施工安全事故[2]；2008—2016年，共發(fā)生62起隧道施工安全事故，死亡213人[3]，導(dǎo)致了嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，并造成惡劣的社會(huì)影響。對(duì)在建隧道工程開(kāi)展施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，已經(jīng)成為加強(qiáng)隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)管理的一項(xiàng)重要舉措，2011年，交通運(yùn)輸部出臺(tái)了《公路橋梁和隧道工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南(試行)》(以下簡(jiǎn)稱“現(xiàn)行指南”)[4]，開(kāi)始在公路隧道工程施工階段推行施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作。

然而，我國(guó)幅員遼闊，不同地區(qū)的地形地質(zhì)條件復(fù)雜，公路隧道施工面臨長(zhǎng)大、深埋、高地應(yīng)力及大變形等突出問(wèn)題，隧道施工安全面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)?，F(xiàn)行指南中，相關(guān)評(píng)估體系已難以滿足當(dāng)前風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的需要，國(guó)內(nèi)一些研究學(xué)者[1]針對(duì)現(xiàn)行指南中的某些指標(biāo)體系提出相關(guān)修改建議，或是通過(guò)數(shù)學(xué)方法對(duì)實(shí)際隧道工程進(jìn)行施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。但這些研究大多只是針對(duì)某些評(píng)估指標(biāo)或隧道工程提出更為合理的評(píng)估方案，未見(jiàn)對(duì)現(xiàn)行指南整體的研究評(píng)價(jià)與優(yōu)化。

在此背景下，本文對(duì)公路隧道工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估進(jìn)行全面深入的調(diào)研與分析，綜合相關(guān)專家對(duì)現(xiàn)行指南的應(yīng)用建議，對(duì)比國(guó)內(nèi)外相關(guān)規(guī)范指南，提出“動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估”的觀點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)行指南做出整體評(píng)價(jià)與優(yōu)化建議。

1 隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法研究進(jìn)展

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外多所科研機(jī)構(gòu)和高校在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法、應(yīng)用模型、系統(tǒng)程序開(kāi)發(fā)等方面進(jìn)行了深入研究，并取得一定的技術(shù)成果。

程遠(yuǎn)等[5]選出6項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素，采用層次分析法評(píng)估隧道施工總體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；馬安震[6]基于模糊層次綜合評(píng)估法和專家調(diào)查法，建立了長(zhǎng)大隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型；劉偉等[7]采用統(tǒng)計(jì)調(diào)查法，對(duì)國(guó)內(nèi)山嶺公路隧道施工重大災(zāi)害事故收集整理分析，建立了多級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系下的山嶺公路隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法；曹文貴等[8]在全面分析新奧法隧道施工風(fēng)險(xiǎn)影響因素基礎(chǔ)上，建立新奧法隧道施工風(fēng)險(xiǎn)非線性模糊評(píng)判方法，并驗(yàn)證了該方法的可行性；劉保國(guó)等[9]基于模糊網(wǎng)絡(luò)分析法，建立了公路山嶺隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；郭發(fā)蔚等[10]基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，提出隧道施工風(fēng)險(xiǎn)模糊綜合評(píng)估方法；徐峰[11]采用可拓綜合評(píng)判法對(duì)老龍頭隧道開(kāi)展施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，界定了隧道初級(jí)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)區(qū)段；熊靜霆[12]運(yùn)用層次分析法及灰色系統(tǒng)理論，構(gòu)建隧道風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)模型；Wang 等[13]基于模糊綜合貝葉斯網(wǎng)絡(luò)(FCBN)，提出針對(duì)地鐵建設(shè)項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)分析的系統(tǒng)性決策方法；Fan等[14]基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)(BN)和支持向量機(jī)(SVM)技術(shù)，建立隧道風(fēng)險(xiǎn)概率及其危害可能性評(píng)估模型，并通過(guò)工程實(shí)例證明了該模型的可行性和準(zhǔn)確性；陳亮[15-16]基于專家調(diào)查方法，建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型并開(kāi)發(fā)了盾構(gòu)隧道工程施工風(fēng)險(xiǎn)管理與控制軟件(TRM)；池秀文等[17]開(kāi)發(fā)了基于ArcGIS Engine平臺(tái)的地下工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)；Kim[18]在考慮隧道施工復(fù)雜度的基礎(chǔ)上，建立風(fēng)險(xiǎn)分析系統(tǒng)；Hyun-Ho Choi等[19]基于模糊理論的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，并將以此模型開(kāi)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估軟件成功應(yīng)用于首爾地鐵項(xiàng)目；M.M.Fouladgar等[20]基于TOPSIS方法和模糊理論，考慮多種影響因素，建立了新的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，并將其應(yīng)用于Ghomroud輸水隧道工程；Rita L.Sousa等[21]基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，建立系統(tǒng)評(píng)估和管理隧道施工風(fēng)險(xiǎn)的方法，其中包括地質(zhì)預(yù)測(cè)模型與施工戰(zhàn)略決策模型；Mcfest-Smith[22]通過(guò)調(diào)查亞洲50多個(gè)隧道的施工風(fēng)險(xiǎn)，從融資和保險(xiǎn)的角度提出IMS風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。

2 各類工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法分析

2.1 鐵路隧道工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

2007年，原鐵道部公布實(shí)施了《鐵路隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估暫行規(guī)定》[23]，其與現(xiàn)行指南有以下不同，如表1所示。

表1 與《鐵路隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估暫行規(guī)定》內(nèi)容對(duì)比Table1 Comparison with the contents of “Interim provisions on railway tunnel risk assessment”

2.2 地鐵及地下工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理

2007年，原建設(shè)部出臺(tái)了《地鐵及地下工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理指南》[24]，其與現(xiàn)行指南有如下不同，如表2所示。

2.3 高速公路路塹高邊坡工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

交通運(yùn)輸部于2015年3月1日實(shí)施了《高速公路路塹高邊坡工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南(試行)》[25]，其與現(xiàn)行指南主要有以下不同，如表3所示。

表2 與《地鐵及地下工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理指南》內(nèi)容對(duì)比Table 2 Comparison with the contents of “Guidelines of risk management for construction of subway and underground works”

表3 與《高速公路路塹高邊坡工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南》內(nèi)容對(duì)比Table 3 Comparison with the contents of “Guidelines for construction safety risk assessment of expressway high slope engineering”

2.4 港口工程施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

2017年9月15日，交通運(yùn)輸部公布實(shí)施了《港口工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南》[26]，其與現(xiàn)行指南主要有以下不同，如表4所示。

2.5 國(guó)際隧道工程風(fēng)險(xiǎn)管理

2004年，國(guó)際隧道協(xié)會(huì)根據(jù)各國(guó)隧道建設(shè)的情況，經(jīng)過(guò)充分論證，制定了《Guidelines for Tunnelling Risk Management》，中文譯為《隧道風(fēng)險(xiǎn)管理指南》，為各國(guó)隧道工程風(fēng)險(xiǎn)管理提供了評(píng)估方法和參照標(biāo)準(zhǔn)[27]。

表4 與《港口工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南》內(nèi)容對(duì)比Table 4 Comparison with the contents of “Guidelines for port construction construction safety risk assessment”

該指南與現(xiàn)行指南直接相關(guān)的為第七章“風(fēng)險(xiǎn)管理的典型組成部分”，包括風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、分級(jí)及定量評(píng)估。風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別從以下3個(gè)方面進(jìn)行。

1)審查從合作伙伴公司提交的書(shū)面文件中得出的類似項(xiàng)目在世界范圍內(nèi)的運(yùn)作經(jīng)驗(yàn)。

2)研究正在實(shí)施項(xiàng)目的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)類型的通用處置原則。

3)與世界各地的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)和其他組織的專家進(jìn)行討論，并給出分組建議。

該指南中，風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后果包括：工人或急救人員傷害、第三方傷害、第三方財(cái)產(chǎn)損害、環(huán)境破壞、工期延遲、業(yè)主經(jīng)濟(jì)損失及商譽(yù)損失，再由風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生頻率和嚴(yán)重程度構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)矩陣，并給出風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則。而現(xiàn)行指南中，未涉及對(duì)第三方危害的相關(guān)內(nèi)容。

該指南中，提出了簡(jiǎn)單的定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，分別賦值其發(fā)生頻率(F)及后果(C)，∑F×C(所有危險(xiǎn)源風(fēng)險(xiǎn)總和)即為該風(fēng)險(xiǎn)值，并強(qiáng)調(diào)該方法沒(méi)有描述風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的不確定性。

2.6 隧道工程巖土風(fēng)險(xiǎn)管理

2009年11月8日，我國(guó)香港特別行政區(qū)土木工程拓展署巖土工程辦公室實(shí)施了《Geotechnical Risk Management for Tunnel Works》(隧道工程巖土風(fēng)險(xiǎn)管理)，在巖土風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面，《Geotechnical Risk Management for Tunnel Works》與現(xiàn)行指南相關(guān)且可借鑒的內(nèi)容包括[28]：

1)為評(píng)估巖土風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，首先應(yīng)確定當(dāng)前建設(shè)的隧道線路及與工程相關(guān)的巖土風(fēng)險(xiǎn)源、施工方法和敏感區(qū)域。

2)對(duì)影響工程的地質(zhì)災(zāi)害、設(shè)計(jì)和施工相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估應(yīng)在項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)登記簿中記錄下來(lái)，并應(yīng)該建立風(fēng)險(xiǎn)接受度標(biāo)準(zhǔn)。

3)實(shí)地調(diào)研勘測(cè)是識(shí)別巖土風(fēng)險(xiǎn)的主要手段之一，包括綜合的書(shū)面研究、場(chǎng)地勘查，尤其針對(duì)特定項(xiàng)目設(shè)計(jì)的地面勘察和敏感區(qū)域狀況的調(diào)查。

4)巖土風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)等級(jí)的確定，應(yīng)通過(guò)半定量或定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，確定減輕巖土風(fēng)險(xiǎn)的優(yōu)先次序，并確定已達(dá)到可接受水平的巖土風(fēng)險(xiǎn)，且風(fēng)險(xiǎn)可在不需要主動(dòng)減輕的情況下接受。

3 現(xiàn)行指南存在的主要問(wèn)題

通過(guò)將現(xiàn)行指南與以上國(guó)內(nèi)外相關(guān)規(guī)范和風(fēng)險(xiǎn)管理辦法對(duì)比分析，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，分析總結(jié)為以下4方面問(wèn)題。

3.1 靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系不盡合理

現(xiàn)行指南評(píng)估體系實(shí)際執(zhí)行時(shí)，僅從勘察報(bào)告、設(shè)計(jì)文件、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等資料查找評(píng)估體系中需要使用的信息，而這些信息往往非常局限，由此得到的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果不足以概括整個(gè)施工階段的安全狀況。具體表現(xiàn)在：

1)缺乏動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估思路。實(shí)際隧道工程中，巖體性質(zhì)復(fù)雜多變，圍巖穩(wěn)定性等級(jí)不同所用施工方法不同，其施工組織設(shè)計(jì)亦有所差別，故隧道工程施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估應(yīng)是1個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程。

2)缺少評(píng)估基礎(chǔ)信息的獲取方式?？蓪?shù)值仿真、監(jiān)控量測(cè)、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)等隧道工程常用的技術(shù)方法與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估相結(jié)合，得到適用且可信度高的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估基礎(chǔ)信息。

3.2 評(píng)估指標(biāo)類型有待增加

隨著“西部大開(kāi)發(fā)”及“一帶一路”戰(zhàn)略的深入實(shí)施，公路隧道工程不斷增多，隧道工程地質(zhì)條件將愈加復(fù)雜，僅對(duì)地質(zhì)條件、隧道斷面、洞口類型、誘發(fā)條件、資料完整性等5項(xiàng)內(nèi)容開(kāi)展總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，已難以滿足實(shí)際隧道工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的需求，具體表現(xiàn)在：

1)長(zhǎng)大、深埋隧道工程增多，長(zhǎng)大隧道往往采用多作業(yè)面同時(shí)開(kāi)挖，深埋隧道可能存在嚴(yán)重的高地應(yīng)力問(wèn)題，成為引發(fā)安全事故的潛在因素。

2)地質(zhì)、水文、氣候等多因素會(huì)對(duì)公路隧道工程施工安全造成影響，如大范圍降水往往會(huì)造成隧道上方地表水的下滲，若圍巖等級(jí)低，將顯著增加施工風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重威脅隧道施工安全。

3)隧道類型日益豐富，跨江、跨河、跨海等復(fù)雜條件下的公路隧道工程增多，盾構(gòu)法、頂管法也逐步應(yīng)用于公路隧道，其對(duì)施工要求更為苛刻，面臨的安全問(wèn)題將更為突出。

3.3 評(píng)估指標(biāo)定義針對(duì)性不強(qiáng)

隧道洞口往往是隧道施工安全事故的高發(fā)區(qū)域，現(xiàn)行指南將洞口特征分為2類：隧道進(jìn)口施工困難及隧道進(jìn)口施工較容易。實(shí)際評(píng)估中帶有很強(qiáng)的模糊性和主觀性，且分類過(guò)于簡(jiǎn)單，具體表現(xiàn)在：僅從施工便道難易、地形特點(diǎn)等方面考慮，無(wú)法較為準(zhǔn)確地判斷洞口施工的難易程度，此外，影響洞口施工安全性的因素還應(yīng)包括洞口斜坡角度、偏壓情況及淺埋段長(zhǎng)度等。

3.4 事故嚴(yán)重程度等級(jí)界定不夠清晰

現(xiàn)行指南指出：事故嚴(yán)重程度采用指標(biāo)體系法估測(cè)，主要考慮人員傷亡和直接經(jīng)濟(jì)損失，也可以根據(jù)實(shí)際情況，考慮工期延誤、環(huán)境破壞及社會(huì)影響等方面的后果，按照“就高原則”，對(duì)多種后果同時(shí)產(chǎn)生時(shí)，將最嚴(yán)重的確定為最終程度等級(jí)。依據(jù)“就高原則”確定事故嚴(yán)重程度等級(jí)不盡全面，具體表現(xiàn)在：若由“就高原則”確定出2個(gè)事故嚴(yán)重程度等級(jí)相同，而其中1個(gè)事故后果的某些方面指標(biāo)差距較大，而另1個(gè)差距不大，則2事故最終影響結(jié)果必不相同，故應(yīng)綜合考慮事故發(fā)生后各方面的影響，采用定量的方法對(duì)事故后果進(jìn)行綜合全面的估測(cè)。

4 現(xiàn)有評(píng)估方法優(yōu)化建議

4.1 優(yōu)化思路

現(xiàn)行指南自2011年實(shí)施以來(lái)，為管控橋隧施工安全風(fēng)險(xiǎn)、促進(jìn)行業(yè)安全管理水平提升發(fā)揮了積極作用，但在實(shí)際操作中尚存在上述技術(shù)問(wèn)題。為更好地發(fā)揮現(xiàn)行指南的技術(shù)引導(dǎo)和強(qiáng)化管理功能，建議從以下2個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化。

4.1.1 技術(shù)層面優(yōu)化

在技術(shù)層面上，突出評(píng)估方法的多元化?，F(xiàn)行指南作為行業(yè)技術(shù)性標(biāo)準(zhǔn)，在貼近實(shí)際應(yīng)用的同時(shí)，應(yīng)突出技術(shù)水平與層次，既要有針對(duì)普通隧道的指標(biāo)體系方法，又要根據(jù)不同隧道、不同區(qū)段的風(fēng)險(xiǎn)差異情況推薦采取不同的評(píng)估方法，使其更能接近實(shí)際工程需要，而為不改變現(xiàn)行總體評(píng)估與專項(xiàng)評(píng)估的方法體系，可在宏觀層面采用直接判定與綜合判定相結(jié)合的思路，其中，直接判定方法可采用較為簡(jiǎn)便的指標(biāo)體系法、專家調(diào)查法(可借鑒《港口工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南》)等，綜合判定方法應(yīng)結(jié)合隧道監(jiān)控量測(cè)、地質(zhì)預(yù)報(bào)、數(shù)值模擬計(jì)算等量化評(píng)估，輔以專家研討，確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

1)對(duì)于總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，推薦指標(biāo)體系法、專家調(diào)查法等定性評(píng)估方法，對(duì)現(xiàn)有評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化，修改模糊性和主觀性較強(qiáng)的指標(biāo)，細(xì)化指標(biāo)分類。在計(jì)算指標(biāo)體系法分值、確定總體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)時(shí)，不宜采用簡(jiǎn)單的線性疊加進(jìn)行計(jì)算，可以參考《高速公路路塹高邊坡工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估》引入權(quán)重系數(shù)或者采用其他更為科學(xué)的計(jì)算方法。

2)對(duì)于專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，應(yīng)分2階段開(kāi)展：施工前專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和施工過(guò)程中專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，分別對(duì)應(yīng)參考《鐵路隧道工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估》中的設(shè)計(jì)階段、施工階段。施工前專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估推薦采用指標(biāo)體系法，關(guān)鍵工點(diǎn)區(qū)段，如洞口、特殊地質(zhì)等，應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙參數(shù)輔以數(shù)值計(jì)算、定性與定量結(jié)合的方法開(kāi)展，同時(shí)引入再評(píng)估機(jī)制，即根據(jù)不同設(shè)計(jì)方案、不同設(shè)計(jì)措施等再次評(píng)估確定該階段采取控制措施后的殘留風(fēng)險(xiǎn)。而對(duì)于施工過(guò)程專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，則應(yīng)突出動(dòng)態(tài)性，結(jié)合地質(zhì)圍巖情況變化，根據(jù)施工監(jiān)控量測(cè)、地質(zhì)超前預(yù)報(bào)、數(shù)值模擬計(jì)算等精細(xì)化量化評(píng)估，推薦采用多種綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，如指標(biāo)體系法、模糊層次綜合評(píng)判法、貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法等。

3)增加隧道類型與事故類型?？稍黾佣軜?gòu)隧道、沉管隧道、雙連拱隧道等不同隧道施工類型，增加軟巖大變形、硬巖巖爆等典型事故類型，完善坍塌、涌水突泥、瓦斯爆炸等現(xiàn)有指標(biāo)體系。

4.1.2 管理層面優(yōu)化

在管理層面上，加強(qiáng)評(píng)估與施工安全管理的融合。針對(duì)現(xiàn)行的評(píng)估過(guò)程與實(shí)際施工結(jié)合不緊密等問(wèn)題，建議將評(píng)估結(jié)果與專項(xiàng)施工方案相銜接，現(xiàn)行指南中應(yīng)強(qiáng)化銜接的環(huán)節(jié)、具體落實(shí)要求等。

4.2 建議增加評(píng)估方法

4.2.1 模糊層次分析法

模糊層次分析法(F-AHP)將模糊數(shù)學(xué)的基本理論與層次分析法結(jié)合起來(lái)，綜合了層次分析法的客觀性與模糊數(shù)學(xué)的包容性，是1種靈活且適用性強(qiáng)的多準(zhǔn)則決策方法。

就隧道工程的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)和分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)視為模糊的、不確定性的，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估就成為一個(gè)多因素、多層次的綜合評(píng)估問(wèn)題。而模糊層次綜合評(píng)估法將模糊的定性指標(biāo)量化，能較好地進(jìn)行多因素、多層次綜合評(píng)價(jià)。同時(shí)，以調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，用量化計(jì)算來(lái)度量風(fēng)險(xiǎn)概率，結(jié)果較客觀具有說(shuō)服力。

4.2.2 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法

貝葉斯定理以概率論中的條件概率公式為基礎(chǔ)，在風(fēng)險(xiǎn)與可靠度領(lǐng)域，貝葉斯統(tǒng)計(jì)學(xué)的概率信度觀點(diǎn)已成功應(yīng)用于工程領(lǐng)域。

隨著隧道工程施工開(kāi)挖推進(jìn)，以掌子面揭露情況作為依據(jù)，利用貝葉斯更新(Bayesian updating)技術(shù)，動(dòng)態(tài)更新圍巖地質(zhì)情況，更新風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)變量，可得到風(fēng)險(xiǎn)變量的后驗(yàn)分布概率，據(jù)此進(jìn)行量化風(fēng)險(xiǎn)的后驗(yàn)更新，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)評(píng)估。基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，可靈活地將其轉(zhuǎn)化為影響圖，并建立效用函數(shù)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)決策。

4.2.3 蒙特卡洛模擬與事件樹(shù)法

事故后果與損失包括：經(jīng)濟(jì)損失與工期延誤。其中，前者主要為設(shè)備機(jī)具損毀、支護(hù)結(jié)構(gòu)毀壞、擴(kuò)挖及重建支護(hù)結(jié)構(gòu)，或額外工程治理所導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用；后者主要有擴(kuò)挖、重建支護(hù)結(jié)構(gòu)所需的時(shí)間成本，或因事故造成的停工整頓時(shí)間。

對(duì)于工期延誤的計(jì)算，可采用基于PERT(項(xiàng)目評(píng)估與審查技術(shù))的蒙特卡洛(MCS)模擬方法，可得到延誤時(shí)間的累積分布。

經(jīng)濟(jì)損失的量化計(jì)算，可基于事件樹(shù)的風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算方法，綜合考慮事故發(fā)生的概率及嚴(yán)重程度、時(shí)間概率、空間概率及其承災(zāi)體易損性、價(jià)值，通過(guò)條件概率的形式表達(dá)。

4.2.4 事故后果當(dāng)量估計(jì)法

事故后果當(dāng)量估計(jì)法綜合考慮人員傷亡、工期延誤、經(jīng)濟(jì)損失、環(huán)境影響及社會(huì)影響等5方面事故后果。目前，事故后果的估計(jì)主要以人員死亡來(lái)描述事故后果等級(jí)，將1個(gè)單位基本當(dāng)量定義為死亡1人，其它事故后果可進(jìn)行當(dāng)量等價(jià)換算?；趪?guó)內(nèi)相關(guān)法律法規(guī)或標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，借鑒國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于事故損失統(tǒng)計(jì)與估算的相關(guān)研究成果，按照公路隧道程的特點(diǎn)，從國(guó)民經(jīng)濟(jì)和賠償角度等方面來(lái)確定傷亡當(dāng)量指標(biāo)[29]，引入修正系數(shù)考慮各個(gè)地方的福利標(biāo)準(zhǔn)、工程項(xiàng)目大小等參數(shù)影響。其中，1個(gè)后果當(dāng)量的等價(jià)指標(biāo)建議參照表5所示的標(biāo)準(zhǔn)；環(huán)境影響、社會(huì)影響后果分值建議參照表6來(lái)獲取。

表5 1個(gè)當(dāng)量等價(jià)指標(biāo)建議取值Table 5 One equivalent equivalent indicator recommended value

表6 環(huán)境影響、社會(huì)影響后果分值Table 6 Environmental impact, social impact scores

后果當(dāng)量總值用DC表示，則可表示為：

DC=r1(CJ1/300+CJ2/500+
r2(CR1/1+CR2/10+CR3/50)+
r3(CG/30)+r4(CH/9)+r5(CS/9)

(1)

式中：DC為事故當(dāng)量函數(shù)，取線性關(guān)系；CJ1為直接經(jīng)濟(jì)損失后果，CJ2為間接經(jīng)濟(jì)損失后果；CR1、CR2、CR3分別為死傷、重傷及輕傷人數(shù)(人員傷亡后果)；CG為工期損失后果；CH為環(huán)境影響損失后果；CS為社會(huì)影響損失后果。

ri(i=1,2，3,4,5)為5種事故后果損失修正值，可由安全管理各方根據(jù)自己的標(biāo)準(zhǔn)和工程實(shí)況調(diào)整。

在得到事故總當(dāng)量值后，事故后果分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)建議采用表7確定。

表7 事故后果等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 7 Standard table for grade of accidents

5 工程算例

5.1 工程概況

以湖南某高速公路隧道洞口坍塌事故為例，驗(yàn)證提出的專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。該隧道屬長(zhǎng)隧道，左線隧道長(zhǎng)度2 305 m，右線隧道長(zhǎng)度2 325 m。山頂最大高程為454.2 m，最大埋深約255 m。洞口段屬于小凈距隧道，中間段屬分離式隧道，左右線進(jìn)口端洞門(mén)仰坡自然坡度約20°～40°，洞口嚴(yán)重偏壓，采用偏壓端墻洞門(mén)形式，單洞凈空(寬×高)為10.75 m×5.0 m。該隧道洞口邊坡和仰坡由粉質(zhì)粘土、塊石、全風(fēng)化花崗巖和全風(fēng)化變質(zhì)石英巖組成，主要為全風(fēng)化花崗巖和全風(fēng)化變質(zhì)石英砂巖。

5.2 評(píng)估計(jì)算

首先，按照現(xiàn)行指南推薦的專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，對(duì)該隧道左線洞口段進(jìn)行坍塌風(fēng)險(xiǎn)分析，經(jīng)計(jì)算，坍塌事故可能性分值為4.5分，等級(jí)為2級(jí)(偶然)，嚴(yán)重程度為2級(jí)(較大)，參照風(fēng)險(xiǎn)矩陣得出該隧道洞口坍塌風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為II級(jí)。

其次，利用前文提到的專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，對(duì)于關(guān)鍵工點(diǎn)區(qū)段洞口開(kāi)展施工前專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙參數(shù)[30]輔以數(shù)值計(jì)算、定性與定量結(jié)合的方法開(kāi)展評(píng)估。

為驗(yàn)算左線洞口坍塌的可能性，根據(jù)洞口巖體較破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育的地質(zhì)條件特征，選用通用離散元軟件UDEC模擬平面應(yīng)變下隧道開(kāi)挖過(guò)程，選取左線洞口段進(jìn)行檢算。初始地應(yīng)力平衡后，運(yùn)用系統(tǒng)內(nèi)嵌命令結(jié)合FISH語(yǔ)句模擬洞室開(kāi)挖，數(shù)值計(jì)算模型如圖1所示。

圖1 UDEC數(shù)值計(jì)算模型Fig.1 UDEC numerical calculation model

支護(hù)結(jié)構(gòu)施工不及時(shí)，塑性變形過(guò)大，將會(huì)發(fā)生大體積坍塌事故。圖2為模擬支護(hù)不及時(shí)，系統(tǒng)循環(huán)10 000步的位移矢量圖。此時(shí)，上覆土體已發(fā)生極大位移，侵入洞室內(nèi)部，將會(huì)誘發(fā)大體積坍塌。

圖2 支護(hù)不及時(shí)的位移矢量Fig.2 Support not timely displacement vector

由以上數(shù)值模擬計(jì)算可知，隧道洞口坍塌可能性大，等級(jí)為3級(jí)(可能)；對(duì)于事故嚴(yán)重程度，采用事故后果當(dāng)量估計(jì)法，經(jīng)計(jì)算后得到DC=14.5，等級(jí)為“很嚴(yán)重”，參照風(fēng)險(xiǎn)矩陣得出該隧道洞口坍塌風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅲ級(jí)。

5.3 結(jié)果分析

根據(jù)現(xiàn)行指南，該隧道洞口坍塌風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為II級(jí)；按照本文提出的優(yōu)化評(píng)估方法(施工前專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法)，經(jīng)數(shù)值模擬與事故后果當(dāng)量估計(jì)法計(jì)算后，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅲ級(jí)，根據(jù)該工程實(shí)踐情況，該隧道進(jìn)洞施工困難，施工過(guò)程中洞口變形較大，與優(yōu)化評(píng)估方法結(jié)果較吻合。

施工前專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估考慮了隧道自然幾何尺寸、地形地質(zhì)特征與勘察設(shè)計(jì)因素等，相對(duì)現(xiàn)行指南事故可能性指標(biāo)體系法，經(jīng)數(shù)值模擬定量計(jì)算的事故可能性判斷更為準(zhǔn)確；此外，現(xiàn)行指南事故嚴(yán)重程度只考慮人員傷亡與直接經(jīng)濟(jì)損失，后果取值人為定性判斷誤差較大，采用事故后果當(dāng)量估計(jì)法測(cè)算，則由于綜合考慮各項(xiàng)后果，且細(xì)化了后果分級(jí)，得出的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)更為可信。

6 結(jié)論

1)通過(guò)綜合參考國(guó)內(nèi)外隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究現(xiàn)狀，對(duì)比分析國(guó)內(nèi)外各相關(guān)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，結(jié)合現(xiàn)行指南實(shí)際評(píng)估過(guò)程中存在問(wèn)題，為現(xiàn)行指南未來(lái)修編提出合理建議。

2)從2方面提出優(yōu)化建議。在技術(shù)層面上，建議突出評(píng)估方法的多元化，根據(jù)不同隧道不同區(qū)段的風(fēng)險(xiǎn)差異情況推薦采取不同方法，推薦采用指標(biāo)體系法、專家信心指數(shù)法等定性評(píng)估方法作為總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可根據(jù)不同事故類型，實(shí)施施工前專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與施工過(guò)程專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；在管理層面上，加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與施工安全管理的融合。

3)在確定風(fēng)險(xiǎn)事件嚴(yán)重程度等級(jí)時(shí)，建議采用“當(dāng)量”計(jì)算方法，不局限于經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡等少數(shù)指標(biāo)，最終得出后果當(dāng)量總值，直觀、方便且可操作性較強(qiáng)。

4)以湖南某高速公路隧道洞口坍塌事故為例，利用提到的專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估優(yōu)化方法，綜合運(yùn)用數(shù)值模擬計(jì)算與事故后果當(dāng)量估計(jì)方法得到的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)與實(shí)際情況更為吻合。

5)在評(píng)估方法和模型科學(xué)可行的條件下，開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估程序?qū)⒋蟠罂s減評(píng)估流程及時(shí)間，且方便快捷，可操作性強(qiáng)，故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估信息化亦將是下一步研究重點(diǎn)。