黃健陵，楊云,2，蔡茜，蔡超勛

(1.中南大學，湖南 長沙 410075；2.中鐵二十五局集團有限公司，廣東 廣州 510660；3.中國鐵道科學研究院集團有限公司，北京 100081)

為滿足全國人民的出行方便，國家大力推進鐵路工程建設(shè)，然而由于鐵路工程本身的復(fù)雜性和施工環(huán)境的多樣性，導(dǎo)致了鐵路工程施工過程需面對多重復(fù)雜的安全風險。因大量鐵路跨越山區(qū)，隧道工程是我國鐵路工程的重要組成部分，但是由于該建造環(huán)境深入山體腹內(nèi)，且地質(zhì)條件復(fù)雜，隧道工程的施工過程面臨更多的安全風險問題[1]。近年來，我國鐵路建設(shè)逐漸向西南山區(qū)推進，大量的隧道工程需要長距離穿越斷層破碎帶。斷層破碎帶環(huán)境下，地殼運動頻繁，地質(zhì)地形條件極為復(fù)雜(比如，高地應(yīng)力和高水壓力)，同時這類隧道工程沿線自然條件險惡導(dǎo)致地質(zhì)條件難以準確探明，則該環(huán)境下，隧道工程施工將面臨極為嚴重的安全風險，稍有不慎則可能導(dǎo)致安全事故，產(chǎn)生大量的經(jīng)濟和社會損失。學術(shù)界對穿越斷層破碎帶隧道施工安全風險開展了部分研究，主要聚焦于隧道施工安全風險識別、風險評估和風險管控等方面。針對安全風險識別的研究，前期研究多從地質(zhì)特征、施工工藝、隧道設(shè)計等方面系統(tǒng)識別穿越斷層破碎帶的施工安全風險。左昌群等[2]指出地質(zhì)類安全風險主要體現(xiàn)在地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)等方面；張勝等[3]將穿越斷層破碎帶的隧道施工風險識別為地質(zhì)預(yù)測、開挖、初始支護、爆破及防水措施、監(jiān)測測量等風險；ZHENG等[4]指出了隧道埋深、斷面尺寸、坡度、長度等設(shè)計安全風險因素。針對安全風險評估的研究重點在于評估方法，以往學者采用的安全風險評估方法主要有模糊層次分析法、灰色模糊方法、模糊熵權(quán)法、AHP-Cloud等[5?7]。也有部分學者采用特殊方法對穿越破碎帶隧道工程進行風險評估。李釗[8]采用基于案例推理方法對瀏陽河隧道塌方概率接近油方頭隧道塌方概率進行評估；DIMITRAKOPOULOS等[9]利用隨機故障模擬方法量化了故障存在的風險；MIKAEIL等[10]使用和諧搜索算法(HSA)對ardbil-mianeh鐵路隧道地質(zhì)災(zāi)害風險進行評估。針對風險管控方面的研究，以往主要關(guān)注穿越斷層破碎帶隧道施工單一風險事件的風險因素控制。張勝等[3]認為，需要從圍巖變形量，在地質(zhì)預(yù)測、開挖方法、一次支護、二次襯砌、爆破方法等方面避免塌方安全事故；楊斌[11]提出控制涌水泥漿的注漿堵水綜合治理方案；ZHONG等[12-13]結(jié)合實際工程提出了一系列的隧道盾構(gòu)施工安全管控思路和方法。綜合分析上述研究可知，有關(guān)穿越斷層破碎帶隧道施工安全風險的研究多局限在分析安全風險因素與安全事件之間的單層因果邏輯，并未考慮安全風險因素之間的多層復(fù)雜影響，而探明安全風險因素之間的關(guān)系是了解安全風險事件發(fā)生過程并制定合理風險管控策略的前提。基于此，本文選用扎根理論質(zhì)性分析31份隧道工程風險評估報告，識別斷層破碎帶隧道施工安全風險因素，提煉安全風險因素之間的因果邏輯，構(gòu)建安全風險傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)；并利用社會網(wǎng)絡(luò)分析法(SNA)識別安全風險傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵風險因素及關(guān)鍵鏈路，以此提出風險管理策略并高效阻斷風險傳導(dǎo)。研究成果有利于隧道工程安全管理人員提前明晰安全事件的發(fā)生過程并提前制定合理的安全策略，降低甚至規(guī)避隧道工程安全事故的發(fā)生。

1 研究理論與方法

1.1 扎根理論

扎根理論是一種質(zhì)性分析方法，該方法以原始資料中的經(jīng)驗事實為依據(jù)，通過對原始資料系統(tǒng)科學地編碼進而發(fā)現(xiàn)或構(gòu)建新的理論[13]。扎根理論的編碼過程包括開放編碼、主軸編碼和選擇編碼等3個子過程。本文以31份穿越斷層破碎帶的隧道施工風險評估報告作為原始文本資料，這些隧道施工風險評估報告是從本課題組有合作經(jīng)驗的施工企業(yè)獲得，且均依托于鐵路隧道工程。本文利用nvivo11 plus軟件包開展具體的扎根分析過程。

1.2 風險傳導(dǎo)理論

隧道工程施工安全事故是多種安全風險因素綜合作用下產(chǎn)生的，每個安全風險事件的發(fā)育和形成都涉及不同安全風險因素間的相互影響，通過探明不同安全風險因素之間的關(guān)系可明晰安全風險的傳導(dǎo)過程[14]。以隧道塌方為例，在勘察設(shè)計階段，若地質(zhì)工程師未能識別斷層破碎帶的地質(zhì)特征，可影響到設(shè)計師對洞口開挖方式的選擇，從而可影響防護工程的超前支護方案和地表加固方案，進而可能因設(shè)計方案與實際施工情境不符導(dǎo)致塌方事故。

1.3 社會網(wǎng)絡(luò)分析法

社會網(wǎng)絡(luò)分析(social network analysis，簡稱SNA)是基于圖論，利用關(guān)系數(shù)據(jù)，從多角度定量分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征指標的方法[15]。本文從風險因素間的因果關(guān)系著手，運用SNA中的核心模型分析整體和個體網(wǎng)絡(luò)，利用核心邊緣模型確定處于核心地位的風險節(jié)點，利用點度中心度確定風險傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中影響其他風險因素最多的風險節(jié)點，從而獲得關(guān)鍵風險因素(風險傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中的核心節(jié)點)[16]，而中介中心度主要顯示2個節(jié)點之間的聯(lián)系在整個風險傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中風險傳導(dǎo)的作用，數(shù)值越大，說明該關(guān)系風險傳導(dǎo)作用越重要。因此本文進一步分析關(guān)鍵風險因素之間連線(關(guān)系)的中心度，辨識風險傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵關(guān)系；同時采取相關(guān)措施減少風險因素之間的關(guān)鍵關(guān)系的聯(lián)系。

2 安全風險因素識別

1)開放編碼

將斷層破碎帶隧道工程案例相關(guān)資料無序化，通過閱讀文本材料僅保留與斷層破碎帶安全風險相關(guān)的客觀語句，經(jīng)分析和比較將這些原始語句分解成獨立的事件、念頭等現(xiàn)象；然后命名這些現(xiàn)象，構(gòu)建概念；接著分析這些概念的屬性和維度，并將描述同一現(xiàn)象的概念歸類，形成范疇。本文從鐵路隧道施工案例中提煉出413個概念，將其歸為水文地質(zhì)、地形地貌、地層巖性、坡度、埋深、斷面、輔助坑道等50個范疇。

2)主軸編碼

在主軸編碼階段，每次圍繞一個范疇搜尋與其相關(guān)的其他范疇。例如，先選定“水文地質(zhì)”為軸心，其與“特殊巖土”、“地形地貌”“地層巖性”“不良地質(zhì)”“自然條件”存在對等關(guān)系，于是把它們歸入同一個類屬。將主軸編碼、開放式編碼所得到的50個范疇歸納為10個主范疇：R1地形地質(zhì)、R2自然條件、R3隧道特征、R4施工準備情況、R5施工地質(zhì)勘察、R6開挖情況、R7施工期防排水、R8支護及襯砌情況、R9監(jiān)控量測、R10施工管理。

3)選擇編碼

選擇編碼是在系統(tǒng)層面將分析主范疇進而識別核心范疇，并探明核心范疇與其它范疇間的關(guān)系，進一步精煉理論的過程[17]。通過選擇編碼，將10個主范疇歸為3個類別，即環(huán)境風險、技術(shù)風險和管理風險。基于此，最終得到2項環(huán)境風險因素、6項技術(shù)風險因素和2項管理風險因素，將10類安全風險編號為R1～R10，并對其進行賦值，如表1所示。

表1 隧道施工安全風險因素集Table 1 Risk factors set for tunnel construction safety

然后，將余下的10個案例中的數(shù)據(jù)，重復(fù)“開放編碼-主軸編碼-選擇編碼”分析過程，通過與上述分析結(jié)果相比較，并沒有增加或改變相應(yīng)的結(jié)論，證明上文編碼分析的結(jié)果已經(jīng)達到飽和，可以停止理論抽樣。

日常教學要注意引導(dǎo)學生動手實踐能力的發(fā)展，將物理知識與日常實踐緊密結(jié)合。例如在學習針孔成像時，要求學生開展課堂小實驗的動手操作，進而引導(dǎo)學生思考相機成像原理，把物理知識拓展挪移到現(xiàn)實生活當中，激發(fā)學生學習興趣。

3 社會網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建及分析

3.1 鄰接矩陣構(gòu)建

以上述識別出10類安全風險中的50個安全風險因素為節(jié)點，利用扎根理論和風險傳導(dǎo)理論，用以下4種符號來表示因素間的相互關(guān)系：X表示因素a會直接影響因b；Y表示因素b會直接影響因素a；Z表示因素a和因素b互相影響；O表示因素a和因素b互不相關(guān)。根據(jù)文本挖掘結(jié)果，參照公式(1)將X，Y，Z，O4種關(guān)系用0或1替代。

本文對31份報告進行文本挖掘，利用扎根理論和風險傳遞鏈找出50個風險因素之間影響關(guān)系，最終得到風險因素的鄰接矩陣。

3.2 數(shù)據(jù)可視化分析

利用Ucinet6.0和NetDraw軟件可視化安全風險因素之間的多層結(jié)構(gòu)關(guān)系，形成安全風險傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)(如圖1(a)所示)。該圖表明影響隧道施工的50個風險因素之間均存在某種相互關(guān)系，并因此構(gòu)建成風險網(wǎng)絡(luò)。

1)關(guān)鍵安全風險因素識別

為了定量描述安全風險因素的重要程度，首先借助Ucinet6.0軟件分析整體網(wǎng)絡(luò)，從全局角度挖掘風險傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的核心風險子群。本文采用核心邊緣缺失模型[16]，發(fā)現(xiàn)具有核心子群的18個風險因素，即R12，R13，R14，R16，R21，R33，R42，R43，R45，R46，R53，R71，R72，R82，R83，R84，R94和R98，如圖1(b)所示。

個體網(wǎng)絡(luò)分析旨在測度單個風險因素在風險傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中的重要程度，其結(jié)果有助于識別居于核心地位的風險因素[17]。通過對單個風險因素的中心性分析，可獲得隧道施工風險傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的度數(shù)中心度。在風險傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中，點度數(shù)中心度越大的點表示節(jié)點越容易與其他風險因素組合共同導(dǎo)致風險事件的發(fā)生，居于網(wǎng)絡(luò)的中心，風險性越大。其中R13，R14，R16，R42，R43，R45，R46，R53，R71，R72，R82，R83，R84，R94，R98和R105共16個風險因素占據(jù)整體的前30%(四舍五入)，表明這些風險因素所代表的節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮了主要作用，如圖1(c)所示。

圖1 穿越斷層破碎帶隧道施工風險網(wǎng)絡(luò)分析Fig.1 Risk network analysis of tunnel construction through fault fracture zone

然后計算整體網(wǎng)絡(luò)分析和個體網(wǎng)絡(luò)分析獲得風險因素的交集，提煉出15個關(guān)鍵風險因素：R13地質(zhì)構(gòu)造(圍巖級別高，斷層破碎帶)、R14不良地質(zhì)(巖溶和高應(yīng)力)、R16水文地質(zhì)、R42設(shè)計文件的核對情況、R43擬開挖方式不合理、R45擬支護方式不合理、R46實施性施工組織設(shè)計；R53超前地質(zhì)預(yù)報不準確，不合理、R72排水降水措施不合理或者實際效果不佳、R71注漿帷幕措施不合理或?qū)嶋H效果不佳、R84地層加固與改良不到位、R82超前支護不到位、R83預(yù)注漿、R94量測器材及布置、R98信息反饋及處理。

2)關(guān)鍵安全風險鏈路及安全風險管控策略

線的中間中心度測度：即一條線在多大程度上位于圖中其他線的“中間”程度。對于安全風險傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，若某一條線(鏈路)在網(wǎng)絡(luò)中的中介中心度越大，表明該鏈路是關(guān)鍵的風險傳導(dǎo)鏈路。通過識別風險傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵風險傳導(dǎo)鏈路，有助于采取有效的應(yīng)對措施阻斷部分風險在網(wǎng)絡(luò)中的傳導(dǎo)。經(jīng)過計算，15個關(guān)鍵風險因素總共存在175個風險傳導(dǎo)鏈路，除去外部環(huán)境類風險之間的鏈路后共有134個關(guān)鍵風險鏈路，此處取前30%的關(guān)鍵風險鏈路共計40條(見表2)。

安全風險管控策略的提出源自安全風險鏈路的截斷機制，即通過控制關(guān)注安全風險的事前風險因素和事后風險?；谠摻財鄼C制，從表2可以看出，對外部環(huán)境相關(guān)風險因素R13(地質(zhì)構(gòu)造)、R14不良地質(zhì)，R16水文地質(zhì)可采取以下措施：①在施工準備階段，針對不同圍巖級別采用合理的開挖方式、爆破方式和支護方式；②施工過程中需注意實施性施工組織設(shè)計的合理性，以地質(zhì)資料和實際施工為依據(jù)，實現(xiàn)動態(tài)設(shè)計；③施工過程中需額外注意爆破情況和掌子面減壓情況；④采取合理的注漿堵水和排水降水；⑤支護與襯砌過程中，注意地層加固與改良和閉合成環(huán)周期的時機；⑥監(jiān)控量測要注意量測器材質(zhì)量以及測點的合理性。

表2 穿越斷層破碎帶隧道施工安全關(guān)鍵風險因素的關(guān)鍵關(guān)系識別Table 2 key relationship identification of key risk factors for tunnel construction safety

同理，對施工單位相關(guān)關(guān)鍵風險因素R42設(shè)計文件的核對情況、R43擬開挖方式不合理、R45擬支護方式不合理和R46實施性施工組織設(shè)計，應(yīng)強化動態(tài)設(shè)計，可以采取以下措施：①施工單位應(yīng)注重超前地質(zhì)預(yù)報，根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報制定詳細的實施方案；②在進行動態(tài)設(shè)計時，及時了解實時不良地質(zhì)位置和掌子面穩(wěn)定狀況，同時注意信息的及時反饋與處理；③當發(fā)生緊急情況時，加強應(yīng)急管理，并同步調(diào)整施工組織設(shè)計，確保每一版施工組織設(shè)計科學合理，符合現(xiàn)實施工狀況。對勘察單位相關(guān)關(guān)鍵風險因素R53超前地質(zhì)預(yù)報，需要做到：①保證地層加固與改良質(zhì)量合格和掌子面穩(wěn)定，以便超前地質(zhì)預(yù)報能夠獲得準確數(shù)據(jù)，及時調(diào)整施工方法；②成立超前地質(zhì)預(yù)報小組，配備相關(guān)專業(yè)人員和設(shè)備，采用工程地質(zhì)分析法，依據(jù)相關(guān)規(guī)范進行超前地質(zhì)預(yù)測預(yù)報工作，根據(jù)所獲得的信息調(diào)整隧道施工方案。施工階段相關(guān)的關(guān)鍵風險因素R72排水降水措施不合理或者實際效果不佳、R71注漿帷幕措施不合理或?qū)嶋H效果不佳、R82超前支護不到位、R83預(yù)注漿、R84地層加固與改良不到位，需采取以下措施：①輔助坑道設(shè)計合理；②完善監(jiān)控量測技術(shù)體系，加強洞內(nèi)及地表水量、水壓和水質(zhì)，做到及時量測、反饋，并根據(jù)結(jié)果動態(tài)調(diào)整施工參數(shù)。對監(jiān)控量測相關(guān)的關(guān)鍵風險因素R94量測器材與布置不合理和R98信息反饋不準確及處理不及時，需采取以下措施：①支護質(zhì)量合格；②監(jiān)控量測嚴格按照《鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定建立等級管理、信息反饋和報告制度，規(guī)范監(jiān)控量測器材使用、布置和測頻率合理；③監(jiān)控量測應(yīng)作為關(guān)鍵工序納入現(xiàn)場施工組織，并對支護體系的穩(wěn)定性進行判別，監(jiān)控量測必須設(shè)置專職人員并經(jīng)培訓后上崗。

3)效果檢測

從穿越斷層破碎帶的隧道施工安全風險網(wǎng)絡(luò)來看，對15個關(guān)鍵風險因素的40個關(guān)鍵關(guān)系得到控制后，重新構(gòu)建風險網(wǎng)絡(luò)如圖1(d)所示。通過對圖1(a)與圖1(d)直觀比較，風險網(wǎng)絡(luò)變的稀疏，表明網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點聯(lián)系的緊密程度顯著降低。

4 結(jié)論

1)運用扎根理論質(zhì)性分析了31份鐵路隧道施工安全風險評估報告，識別出十大風險因素、50個風險子因素，并將穿越斷層破碎帶的鐵路隧道施工風險分為環(huán)境風險、技術(shù)風險和管理風險3類。

2)通過文本挖掘，辨明了50個風險子因素的相互影響關(guān)系，構(gòu)建穿越斷層破碎帶的隧道施工風險傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，并利用NETdraw軟件將其可視化。

3)應(yīng)用社會網(wǎng)絡(luò)分析方法識別風險傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵風險因素及關(guān)鍵風險傳導(dǎo)鏈路，最終確定13個關(guān)鍵風險因素指標；依據(jù)鏈路截斷機制提出了針對性的安全風險管控策略，并進行風險管控效果檢測。