大跨径悬索桥施工阶段风险评估

丛霄，贾丽君，肖汝诚

(同济大学土木工程学院，上海200092)



大跨径悬索桥施工阶段风险评估

丛霄，贾丽君*，肖汝诚

(同济大学土木工程学院，上海200092)

摘要：针对大跨度悬索桥施工过程，提出一种简化的基于模糊层次分析法的风险评估方法。按悬索桥的施工过程划分层次，普查可能出现的风险源，基于模糊层次分析法结合专家调查评分计算各风险源权重。根据权重筛选风险因素，对权重较大的风险因素提出可行的现场应对方案，以便用于施工方现场处理。该方法将模糊数学方法引入大跨度悬索桥施工阶段的风险评估，对施工中可能面对的风险源进行定量评估的同时又减轻了层次分析的复杂性。

关键词：大跨度悬索桥；风险评估；施工阶段；模糊层次分析法；风险源普查

近年来，随着经济的发展，我国桥梁工程发展迅猛，桥梁建设的速度和能力均处于国际领先地位。但由于桥梁工程从投资、设计、施工到全寿命周期的运营管理，具有周期长、涉及面广、各种风险因素错综复杂等特点，近年来自然灾害(地震、飓风等)和人为因素(船撞、爆炸、设计错误、施工误差等)导致的桥梁事故频频发生，造成了恶劣的社会影响[1]。悬索桥作为跨越能力最强的桥型，施工周期更长，技术难度高，风险源众多且对桥梁施工安全性的影响程度参差不齐。为了在施工过程中更好的规避风险，最大程度降低施工成本、提高施工进度，建立桥梁工程风险评估体制、研究桥梁工程风险评估理论和方法、进行施工过程的风险管理是十分必要的[2]。对此，国内外不少学者也做过较多探索研究，且在几座大型桥梁上得到过应用[3-6]。

工程风险评估中普遍采用的评估流程为：风险因素识别、通过风险概率和风险损失评价风险等级、确定风险是否可接受并判断进一步的处理方法。评估过程中需具体给出每个致险因素的风险概率和损失程度[7-12]。然而，悬索桥施工过程中引起工程风险的因素多而繁杂，若概括地评判不能起到实质性的指导作用，但若对每一个致险因素的风险概率和损失进行准确评判，难度很大并且可操作性不高。本文基于可操作性，针对大跨径悬索桥施工阶段提出一种简化的风险评估方法：详细普查施工风险源，通过模糊层次分析方法直观地计算出各致险因素对施工风险影响的权重，根据权重对各风险源的重要程度进行把握，提出预防或改进措施。

1悬索桥施工过程的风险评估方法

1.1步骤

评估步骤为：

1)风险源普查；

2)基于模糊层次分析法的风险因素识别；

3)根据风险因素的重要程度给施工方提出可行性意见。

1.2方法

采用模糊层次分析法评估悬索桥施工过程中的风险[13-15]。模糊层次分析法是指运用模糊数学工具，对多种因素进行综合考虑，对分析目标做出某种决策。将某个实际问题层次化，构造出一个层次分析的结构模型，将复杂问题分解成基本元素指标，同时这些元素又可根据需要分成若干子组，形成不同层次。同一层次的元素作为准则对下一层次的某些元素起支配作用，同时又受到上一层次元素的支配[16]。

1)模糊层次分析模型

2.1 4组血清中CRP、IL-6水平 细菌感染组的CRP、IL-6水平显著高于混合感染组、其他感染组及对照组，混合感染组的CRP、IL-6水平显著高于其他感染组和对照组，其他感染组的CRP、IL-6水平显著高于对照组，其差异均具有统计学意义(均P<0.05)。见表1。

设U={u1,u2,…,un}为描述评价对象的n种因素的集合。则优先关系判断矩阵[17-18]

由r可以得到模糊一致判断矩阵

利用模糊层次分析法的最终目的是求出指标层D上各元素对总目标A的相对权重。而求解过程需在相邻层次之间进行，从上至下，直到指标层，得到下一层次对上一层次的权重向量

2)专家调查法

专家调查法也称专家评估法，是以专家作为获取信息的对象，依靠专家的知识和经验，由专家通过调查研究对问题做出判断、评估和预测的一种方法[19-20]。由于悬索桥施工中的风险源众多，短时间内很难通过实际可行的计算得到风险结果，在这种情况下专家调查法是比较可行的调查方法。

2案例分析

2.1层次设置

地锚式悬索桥的施工可以分为锚锭、桥塔、缆索系统、猫道和加劲梁5个部分，因而悬索桥的施工风险也可以由此划分。在此仅以悬索桥施工中最重要、也最有特色的缆索系统施工为例进行计算分析。

缆索系统施工可以分为主缆施工、索夹和吊索施工两大部分，而主缆施工又分为主缆安装、紧缆、缠丝涂装3个步骤，索夹吊索施工分为索夹安装和吊索安装两个部分。层次设置如图1所示。其中A层为施工风险；B层为锚锭、桥塔、缆索系统、猫道、加劲梁；C层为主缆、索夹、吊索；D层为安装主缆、紧缆、缠丝涂装、安装索夹、安装吊索；E为D层的子项风险源分项。

图1　层次设置图

2.2风险源普查

对D层的子项风险源进行普查[21]，罗列出5个分项的风险源，将该风险源层定为E层。

2)紧缆(D2)。①紧缆机就位之前没有放松南北边跨的抗风索系统；②没有拆除主缆外层索股上的缠包带和紧缆机百米以内的成形装置；③没有及时调整平衡架，紧缆机框架与主缆不相垂直；④紧缆过程中，每次操作移动紧缆机，没有对主缆的周长、垂直直径和水平直径进行详细检查测量，导致误差过大；⑤紧缆机上的千斤顶压力过大，机器寿命受到影响；⑥紧压过程中施工人员经验不足，没有同时敲打主缆，造成外层钢丝分布不均匀；⑦索夹的位置没有加密紧压导致拆除钢带安装索夹时，主缆尺寸无法控制；⑧主缆孔隙率过小导致索夹安装到位时螺杆达不到要求的张力；⑨由于大风、暴雨等天气原因导致控制测量的参数不精确而造成安装位置的偏差。

4)索夹安装(D4)。①没有在温度较恒定的情况下安装索夹；②测量索夹基准点时未能将主缆从猫道上松开；③测量位置、温度存在误差；④出现夹丝现象，且没有及时处理；⑤携带索夹的天吊索工作车在主跨的两半跨同时行驶造成安全事故；⑥去除捆绑钢带之后索股出现横向扩展损伤、挤出钢丝；⑦施工过程中没有控制和紧固索夹螺杆的张力；⑧安装两侧鞍座、收紧索夹后主缆顶底部出现间隙，导致螺杆张拉后螺杆弯曲、索夹变形。

5)吊索安装(D5)。①水流、不利气候等原因导致装载吊索的驳船定位困难；②起吊速度过快导致放线架出现故障；③施工人员指挥控制不当导致索头碰撞事故或驳船漂移量过大；④没有做好猫道清理工作，上下交叉作业导致安全事故；⑤转向滑轮架及其他吊装设备部件松动导致吊装事故；⑥吊装过程中临时保护措施不到位导致PE护套损伤；⑦安装遇雨天且没在工厂预先完成上锚头防水工作，导致雨水进入吊索；⑧6级以上大风或夜间、雾天等恶劣天气下施工；⑨索夹涂装前没有清理干净表面油脂、灰尘；⑩涂装时的空气条件不能满足要求。

2.3专家调查

通过专家调查方法确定优先判断关系矩阵，限于篇幅，仅选取紧缆对施工风险的影响，建立各层次之间的优先关系判断矩阵

2.4计算分析

运用上述层次分析法计算出E层(风险因素)对A层(施工风险)的影响程度，如图2所示，其中，横坐标标号对应风险源普查罗列的风险因素；纵坐标为各风险因素对应权重与最大权重的比。

根据图2，以“缠丝及涂装”项为例，风险因素4、6、10影响权重较小，风险因素5、7、8、9、11影响权重较大，在给施工方的意见中应分情况予以说明。针对分析结果，给施工方编制详实的施工手册，对于施工中出现可能性较大且影响权重大的风险源，应给出切实可行的处理意见。对于在施工设计中即可避免的问题，应明确列出并提示施工方及时避免(如涂装中使用的溶剂能相互溶解导致涂装之后鼓泡的问题)；而对于某些较难避免的问题(如调索中主鞍边跨端和散索鞍锚跨端的鼓丝问题)，应罗列出经验性处理方案，便于施工方在现场控制与处理。

3结论

1)悬索桥施工过程中致险因素多，因而施工过程的风险评估至关重要。

2)通过模糊层次分析法可以直观地计算出各风险源因素对施工风险影响的权重，便于施工方把握各风险因素的重要性程度，做出决策。

a)主缆安装风险因素权重比　　　　　　　　b)紧缆风险因素权重比　　　　c)缠丝及涂装风险因素权重比

d)索夹安装风险因素权重比　　　　　　e)吊索安装风险因素权重比图2　风险因素的影响权重比

3)根据计算给施工方编制施工手册，罗列出容易出现但在施工设计时可以避免的问题以及难以避免但可以提供相关解决措施的问题，给施工方进行风险规避和应对提供借鉴。

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(责任编辑：郎伟锋)

Risk Assessment of Long-Span Suspension Bridge During Construction Period

CONGXiao,JIALijun,XIAORucheng

(CollegeofCivilEngineering,TongjiUniversity,Shanghai200092,China)

Abstract:A simplified method based on Fuzzy Analytic Hierarchy Process (FAHP) for risk assessment of a long-span suspension bridge during construction period is presented. Weighing various factors is calculated based on FAHP according to the dividing hierarchy of construction process, the possible risk factors in the general investigation and combining with the expert investigation. Then, the risk factors are selected based on the weight and practical solutions are put forward to the risk factors with higher weight, which is easy for the construction side to operate. For this method, the fuzzy mathematics method introduced into the risk assessment of the construction period of the long-span suspension bridge can make the quantitative evaluation of the possible risk factors in the construction and reduce the complexity of the analytic hierarchy process.

Key words:long-span suspension bridge; risk assessment; construction period; fuzzy analytic hierarchy process; general risk factors investigation

中图分类号：U445.4

文献标志码：A

文章编号：1672-0032(2016)01-0047-06

DOI：10.3969/j.issn.1672-0032.2016.01.009

作者简介：丛霄(1993—)，女，江苏南通人，硕士研究生，主要研究方向为大跨度桥梁，E-mail:shcongxiao@163.com.*通讯作者：贾丽君(1966—)，女，浙江上虞人，工学博士，副教授，主要研究方向为大跨度桥梁,E-mail:jialj@tongji.edu.cn.

基金项目：国家重点基础研究发展计划(2013CB036300)

收稿日期：2016-01-14