大跨徑公路混凝土橋梁安全風險評估體系研究

大跨徑公路混凝土橋梁安全風險評估體系研究

0公路橋阻工程風險評估工作現(xiàn)狀隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，道路橋梁的建設也得到了加強，許多橋梁和道路橋梁的建設也相繼完成。橋隧工程所面臨的安全問題也逐漸引起了社會的關注。尤其是2007年以來,各種橋隧工程倒塌事故屢見不鮮,比如九江橋的船撞倒塌、湖南鳳凰橋施工過程中突然倒塌、超載車輛壓垮橋梁、洪水沖垮橋梁等。僅就2007～2008年的統(tǒng)計結果,我國境內(nèi)因各種原因倒塌的橋梁事故的不完全統(tǒng)計,就多達25起。諸多橋隧工程事故的發(fā)生,造成了嚴重的人員傷亡和經(jīng)濟損失,也給社會帶來了非常惡劣的影響。面對屢屢發(fā)生的橋隧工程損毀的不利安全態(tài)勢,引入風險評估制度,構建完整的安全保障體系,已經(jīng)迫在眉睫。自2007年年底啟動公路橋隧工程風險評估技術研究以來,中交公路規(guī)劃設計院有限公司、中交第一公路勘察設計研究院有限公司、同濟大學等相關單位積極開展了風險評估技術的實務性研究。在2009年,交通運輸部在部分地區(qū)選定了具有典型代表性的橋梁與隧道工程項目開展了風險評估試點工作,2010年4月8日,交通運輸部正式通過了《關于在初步設計階段實行公路橋梁和隧道工程安全風險評估制度的通知》,公路橋隧工程風險評估工作由此得以在全國范圍內(nèi)逐漸展開,并選擇在工程建設條件、技術復雜的公路橋梁和隧道工程的初步設計階段率先推行風險評估工作。目前,公路橋隧工程風險評估工作以誰設計誰負責、誰施工誰負責、誰運營誰負責的原則,采取自評估為主,自評估與檢查評估相互結合、互為補充的方式展開。其目標則是確保工程建設和運營過程所涉及的各方(設計方、施工方、管養(yǎng)方、管理方等)具備四種能力:安全防護能力、風險源的發(fā)現(xiàn)能力、應急反應能力、事故的對抗能力。本文基于多年的相關研究,從公路橋隧風險評估的工程應用角度,對評估體系、評估案例進行探討。1評估體系1.1采集風險在不同保險法上的不同體現(xiàn)公路橋隧工程風險評估工作與工程的建設運營活動相結合,客觀上可以劃分為不同性質的幾個階段,即:工程可行性研究階段、設計階段、施工階段和運營階段。針對工程所處的不同階段,所開展的風險評估工作,其側重點也均有所區(qū)別。工程可行性研究階段:綜合考慮工程技術風險、資金風險、外部協(xié)作條件風險等,避免投資決策失誤。設計階段:從技術角度考慮設計方案中各種不確定因素對后繼施工及運營造成的不利影響。避免由于“先天不足”而導致“后天堪憂”。施工階段:從施工安保措施角度考慮施工實施過程中可能出現(xiàn)的各種事故,并分析可能造成的運營養(yǎng)護影響。避免由于技術上的疏忽或管理上的不慎而導致工程項目的質量、安全等目標出現(xiàn)過大偏差。運營階段:從運營過程中外部環(huán)境的復雜性、變動性以及主體結構對環(huán)境的適應能力的有限性,分析運營失效的可能性及其損失,以便及時采取措施保障橋隧工程的安全。1.2試點及其他工程實踐目前常用的風險評估方法有多種,其特點也各不相同,在應用中有著各自的優(yōu)缺點和適用范圍,一般可以劃分為定性方法和定量方法兩類。定性評估方法是運用歸納與演繹、分析與綜合以及抽象與概括等手段,認識事物本質,揭示內(nèi)在規(guī)律,從而獲得評估結果的方法;主要包括:專家調(diào)查法、檢查表法、頭腦風暴法等;通過依托工程試點及其他工程實踐,目前效果較好的方法為專家調(diào)查法。定量評估方法是對評估對象的數(shù)值特征、參數(shù)關系與敏感性進行分析,從而認識事物本質,揭示內(nèi)在規(guī)律,從而獲得評估結果的方法;主要包括:失效概率法、蒙特卡羅法等;通過依托工程試點及其他工程實踐,目前效果較好的方法為失效概率法。定性評估方法是絕對的,定量評估方法是相對的。也就是說評估的總體方向是定性的,而具體到某一專項風險概率或具體的風險損失,可以采用定量的方式進行計算。從另一個角度來說,定性評估方法也可以認為是一種公眾所認可的方法:決策本身就屬于定性判斷范疇,只要存在需要通過決策來解決的問題,定性判斷不可能消失。對于風險評估的技術流程來說,定量也只是風險評估過程的關鍵環(huán)節(jié),風險概率和風險損失的估測采用了量化的方式,但其風險識別和風險評價過程仍是進行定性分析和給出定性結論的過程。當然定性評估方法優(yōu)缺點的存在,需要技術人員在工程實際評估過程中,盡可能的揚其所長,避其所短,加強過程控制,使評估結論客觀準確的反映出工程的當前狀態(tài)和未來發(fā)展。1.3評估流程對開展一項公路橋隧工程風險評估工作而言,其重點環(huán)節(jié)表現(xiàn)為辨、測、評、控四點,見圖1。1.4橋阻工程風險損失評估的等級判斷風險發(fā)生概率指工程在現(xiàn)有技術、管理水平下,某一風險事件發(fā)生的可能性。在實施的工程橋隧風險評估實踐中,一般從已有的同類橋隧資料中近似推斷出隨機變量的概率分布或某些數(shù)字特征。在對構成風險的各個要素賦予數(shù)值后,通過所建立的數(shù)學模型,就可計算出風險事件的發(fā)生概率。表1為我國公路橋隧工程風險評估中所采用的風險發(fā)生概率的等級標準的定性、定量描述。橋隧工程風險損失的判定是一個非常復雜的問題,涉及到建設管理方(業(yè)主)、建造者、使用者、社會公眾等多方面利益。在具體的橋隧工程風險評估過程中,往往不可能將全部損失都考慮進來,根據(jù)損失形態(tài)的不同,風險損失一般考慮人員傷亡、經(jīng)濟損失、環(huán)境破壞三個方面,風險損失等級與判斷標準可參考文獻。當多種損失同時產(chǎn)生時,應采用就高原則確定風險損失等級。2龍江大橋初步初步風險評估2.1兩岸地震烈度大橋位于火山熔巖臺地、河谷陡坡地形區(qū);河谷深切,騰沖岸為80m高的陡崖;沿龍江兩岸存在多處大小不一的不穩(wěn)定斜坡,易發(fā)生滑坡、崩塌。橋位區(qū)地震活動頻繁。地震烈度VIII度。初步設計階段提出的推薦方案為320m+1196m+320m單跨鋼箱梁懸索橋,比較方案為320m+1196m+320m單跨鋼桁梁懸索橋。2.2風險源普查和分析首先對收集的典型工程案例和當前橋梁資料進行統(tǒng)計分析。其側重點分別為:對于同類橋隧工程歷史事故,側重于發(fā)生基本原因、事故發(fā)生時間規(guī)律、事故結構損失規(guī)律、人員傷亡規(guī)律、后繼改進措施等方面;對于龍江大橋,側重于建設條件、結構方案、施工技術、運營管理等方面的關鍵路徑、薄弱環(huán)節(jié)。統(tǒng)計分析結果分別從兩個大方面、九個小方面進行歸類。統(tǒng)計分析所所收集的資料后,進行風險源普查。針對當前評估對象,考慮設計方案的各種不確定性因素對未來建設和運營的影響,主要從施工和運營兩個方面考慮:對于施工方面,側重于工程地質勘察的準確度和可信度分析、建設期邊坡穩(wěn)定性影響分析、惡劣天氣對橋梁施工的影響、大橋施工期工程風險(大橋施工中的技術風險,工程施工的難易度分析,實施過程中意外事故風險)、大橋對環(huán)境影響風險;對于運營方面,側重于地震對橋梁工程的影響(分析本地區(qū)地震帶的地震情況及對其工程方案的影響,考慮地震對結構本身的損毀影響和尤其導致的次生災害影響)、邊坡穩(wěn)定性對大橋運營風險的影響、營運管理維護風險(大風對本橋的影響,超載對橋梁的損壞、腐蝕對纜索系統(tǒng)的影響等,造成橋梁營運管理維修風險)、自然氣候因素對大橋通行的影響(大風、大霧、大雨等)、交通事故引起的橋梁堵塞與橋梁損壞的風險、橋梁耐久分析(工程使用期100a)。最終共普查出與當前評估橋梁相關的風險源84項。在確認風險源在當前工程可能存在的部位和方式,判定風險事件可能對工程的影響程度后,完成風險源的篩選過程。經(jīng)過篩選,本工程共篩選出主要風險源19項。2.3專家調(diào)查結果首先編制風險等級調(diào)查表,表2為該表的部分內(nèi)容。該表由風險評估小組填寫調(diào)查表前4項,“風險事件”、“風險源”欄根據(jù)風險源辨識結果填寫,“風險源當前狀態(tài)”欄應填寫與對應風險源相關的建設條件和原始狀態(tài)信息,例如某座處于設計階段的橋梁,評估其地震損傷風險,該欄應根據(jù)專題研究、地質資料等,填入該工程場地條件、所在區(qū)域地震烈度以及相關不良地質情況等。后面的幾欄由專家根據(jù)項目信息、風險源當前狀態(tài)、設計方案和專家自身的經(jīng)驗總結進行填寫。所選擇的專家,其人數(shù)不宜太少,太少不具有代表性,一般不少于10位,也不宜太多,太多將會使實際操作變得難以忍受,效率低下。在向專家發(fā)放征詢意見書和等級調(diào)查表后,開始預調(diào)查;然后匯總征詢結果,并將匯總結果反饋專家組;最后收集反饋意見,并統(tǒng)計整理結果。如專家意見不滿足收斂要求,則重新設計調(diào)查表,重復進行調(diào)查。專家調(diào)查結果統(tǒng)計公式,見公式(1)。si=∑j=1nBjNijn(1)si=∑j=1nBjΝijn(1)其中,Bj為第j個專家的權值;Nij為第j個專家對第i個目標的判定結果;n為專家總人數(shù)。根據(jù)評估結果,鋼箱加勁梁和鋼桁加勁梁風險水平基本相當,為III級風險,但鋼箱梁梁段吊裝后連接整體化工作量少,由此導致工期延誤風險較鋼桁梁小。另外,橋位處溫度較高,降雨量大。鋼箱梁腐蝕失效風險為II級,低于鋼桁梁的III級風險水平。邊坡失穩(wěn)風險、風致災害風險等評估結果從略,詳細內(nèi)容可參考文獻。根據(jù)兩個方案風險的綜合分析,鋼箱梁和鋼桁梁兩個懸索橋方案的風險基本相當,推薦方案需根據(jù)其他技術經(jīng)濟比選確定。本橋在邊坡穩(wěn)定性影響、地震影響、行車安全、施工期對環(huán)境影響等方面風險為Ⅲ級。2.4風險與不現(xiàn)實指定風險應對措施的目的是將風險危害降至最低限度,但并不意味著要清除一個工程中所有風險,而且這也是不現(xiàn)實的。風險應對措施包括3個方面:防范對策、防范預案、修復預案,防范對策和方案預案的制定需要考慮措施降低風險等級的有效性和采取該措施的經(jīng)濟性,即考慮項目法人(業(yè)主)對所需人力、物力、時間的承受能力。本項目的應對措施從略。3香港珠澳大橋海床上邊坡初步風險評估3.1海底島道建設港珠澳大橋是包括海中隧道、人工島、橋梁于一體的集群工程,其中隧道是目前世界上技術難度最大、設計標準較高的海底隧道;其環(huán)保要求高、通航等級高、埋置深、地質條件差、地震烈度高;另外,水環(huán)境敏感度大、防洪要求高、外海風浪大、施工復雜、工期要求緊。初步設計階段,隧道提出兩種方案(沉管、盾構)。3.2主要風險源篩選結果根據(jù)工程特點及風險源普查、篩選結果,風險源普查主要從四個大的方面進行:設計風險、施工風險、運營養(yǎng)護和環(huán)境影響風險、人員安全風險,風險源篩選分別為28個(沉管方案,包括管節(jié)存放、運輸與沉放過程中遇到比預計更惡劣的天氣情況、隧道結構漏水以及與其相關的結構耐久性問題、不同管節(jié)或者管段間的不均勻沉降等)、37個(盾構方案,包括對盾構機掘進進度造成影響的施工事故、隧址的復雜地質情況、復合軟土地質條件下所需高性能盾構機的設計與制造、橫向連接通道的修建等),具體主要風險源篩選結果可見下節(jié)風險估測相關內(nèi)容。3.3風險評價和評估限于篇幅,僅以沉管方案的部分施工風險為例,說明風險估測及評價結果,見表3。綜合評價結果見表4。3.4風險處理措施省略4公路橋鯉工程風險評估存在的問題基于評估理論的不斷深入研究和實際工程的進一步驗證,已經(jīng)在一定程度上推廣了風險評估理念