地铁工程施工风险量化控制及研究

耿帅 GENG Shuai

（中铁二十三局集团第六工程有限公司，重庆401124）

0 引言

近十几年来，城市化进程不断加快，城市轨道交通也在不断发展。一方面，地铁的建设可以有效缓解交通压力，但同时地铁施工安全事故频频发生，不仅造成较大的财产损失，更重要的是危及人的生命，安全问题不容忽视。地下工程是一项高风险建设工程，进一步研究解决地铁施工安全问题，是保证轨道交通又好又快发展一项重要任务[1]。地铁土建施工包括地面工程施工和地下工程施工两大部分，地面工程施工跟传统土木工程施工完全一样，而地下施工是地铁施工的关键，施工的好坏关系地铁的安危。地铁工程施工具有作业空间有限、隐蔽性大、动态施工过程中的力学状态是变化的、作业环境恶劣的特点。同时，地下工程施工可能引发基坑坍塌，地下水渗透等事故。因此，工程施工十分危险，各种不安全因素相互交错，造成作业难度大、劳动强度高、伤亡事故多、管理难度大的。为了安全完成建设任务，必须对工程的风险与安全实施系统管理。国外地铁施工安全管理最早是20世纪70年代美国提出的。此后，美国、欧洲等地学者就开始从理论模型、风险要素、管理措施等方面积极展开研究。经过40多年的研究和发展，世界范围内的地铁施工安全风险管理体系日渐成熟。施工安全规范和指南也最大限度的运用于实践中，极大地保证了地铁工程施工的顺利进行。西方国家地铁施工安全管理系统应用已经非常普遍，该领域研究已逐渐走向标准化。因此，为了更好的进行风险管理，各国针对施工安全制定了一系列强制性法规。我国是于20世纪末开始研究地铁施工管理的，对地下工程的风险管理也十分重视。我国形成了地铁施工风险评估框架与风险管理机制，对施工安全做了相应要求。无论是施工技术开发，还是管理能力都有所发展。近年来，我国也相应成立了管理组织，出台了相应的管理规定和办法。我国的风险评估体系已经日渐完善，但是仍然存在较多问题：安全管理体系还不够完善、责任主体不算明确、技术规范不够标准、信息化程度还很低等。因此，我国在地铁施工安全领域仍有较多研究空间。

1 地铁工程安全风险因素

1.1 安全风险的识别

风险管理的基础是风险因素的识别，就是通过一定方法，找出潜在的影响安全的风险因素。通过风险识别能辨别工程项目实施过程中的风险。任何一个工程项目都存在多种多样的风险，风险识别过程有：收集相关数据、查找风险源、分析风险影响程度等。风险识别要根据具体的对象，相对应采用不同的识别方法和手段。

1.2 地铁施工危险源的识别及分析评价

①触电。导致触电的原因有：施工人员素质差、线路老化、线路乱接、漏电保护损坏、现场潮湿、管理不善。另外地铁施工现场狭窄、用电量大、施工相对集中，更增加了其触电事故的发生。

②火灾。工地焊接不规范、线路老化、乱扔烟头，气割作业不规范、明火作业多、易燃材料多等都存在火灾隐患。在北方干燥地区尤为严重。

③透水。如果施工现场的防水措施不到位，地下水易通过各种通道无控制地大量涌入施工现场，对地下施工人员造成溺水、窒息等的伤害。透水事故也称为水灾事故。

④物体打击。在施工现场，由于安全防护不周或操作人员不注意安全防护容易致使：1）空中落物砸伤；2）反弹物体对人体造成的撞击；3）材料、器具碰撞；4）各种碎屑、碎片飞溅对人体造成的伤害；5）各种崩块和滚动物体砸伤；6）器具部件飞出对人体造成的伤害等[4]。

⑤坍塌事故。坑在开挖过程中，如果基坑边堆放过重物资材料，且围护桩未达到设计强度受力，支撑本身材质不能满足受力，使围护结构变形，坑内土体过分扰动主动土压力大，则容易造成坍塌事故。

⑥盾构施工。盾构机的操作十分复杂，操作人员不熟练、不按规定操作等原因均会引发一系列的事故。例如：易引起地面塌陷，容易造成地基土体扰动，从而导致地面建筑物、构造物基础变形、位移，结构开裂、破坏[5]。

2 地铁事故树分析及应用

2.1 安全风险的识别

事故树分析主要分为熟悉系统、定顶上事件，建造事故树、修简事故树、定性分析和定量分析，最后根据分析结果制定针对性的安全管理措施，如图1所示。

图1 事故树分析流程

2.2 事故树分析软件应用

①绘制顶上事件。输入事件名称、选择与门、或门，点击确定，如图2所示。②绘制基本事件。③连接事故与基本事件。④计算最小割集。⑤计算最小径集。⑥计算结构重要度。⑦计算顶上事件的概率。

图2 绘制顶上事件

3 地铁工程事故树分析

①绘制地铁工程施工事故树。为进一步探明上述危险因素与安全措施之间的关系，本文拟将地铁施工坍塌事故、火灾事故和透水事故作为重大危险，利用事故树分析系统作为分析工具，在此基础上绘制地铁施工事故的事故树进行定量分析，归纳出地铁工程施工的风险，如图3所示，各基本事故树如表1所示。

图3 地铁工程施工总事故树

表1 地铁工程施工事故树的符号及含义

②求最小割集。

最小割集为{X1}，{X2}，{X3}，{X4}，{X5}，{X6}，{X7}，{X8}，{X14}，{X15}，{X16}，{X20}，{X21}，{X11，X12，X13}，{X17，X18，X19}，{X10，X11，X12}

③求最小径集：T=[X1’·A2’·A3’]=[B1’·B2’·B3’]·[C1’·C2’]·[D1’·D2’·D3’]

结构重要度：I（1）=I（6）=I（8）=I（20）=I（4）=I（5）=I（7）=I（16）=I（3）=I（21）=I（2）=I（14）=I（15）>I（11）=I（12）>I（13）=I（17）=I（10）=I（18）=I（19）

⑤概率重要度如表3。

表3 概率重要度

概率重要度Ig（1）=Ig（2）=Ig（3）=Ig（4）=Ig（5）=Ig（8）=Ig（6）=Ig（7）=Ig（16）=Ig（14）=Ig（15）=Ig（21）=Ig（20）>Ig（11）>Ig（12）>Ig（13）=Ig（10）>Ig（19）>Ig（18）>Ig（17）>Ig（9）

⑥危险重要度如表4。

表4 危险重要度

危险重要度：Cg（8）>Cg（14）>Cg（2）=Cg（6）=Cg（16）=Cg（4）=Cg（15）=Cg（21）>Cg（5）=Cg（3）=Cg（1）=Cg（7）=Cg（20）>Cg（11）>Cg（12）>Cg（10）>Cg（13）>Cg（18）=Cg（19）>Cg（17）>Cg（9）

⑦顶上事件发生概率。顶上事件发生的概率是：8.19。

④结构重要度分析如表2。

表2 结构重要度分析

4 总结

本文针对坍塌事故、火灾事故和透水事故进行事故树分析，根据事故树分析方法得到，造成地铁工程施工事故的因素主要为：设计不符合要求、施工未按照设计进行、监督管理不到位、应急预案制定不到位、作业工人施工操作不当等。以上结论对地铁工程施工风险提出相应控制与管理措施。地铁在很大程度上有利于解决交通问题，得到国家的大力支持，但地铁施工事故频频发生，值得企业深入探讨地铁施工的安全管理。本文从城市轨道交通地下工程施工入手，以施工风险管理理论为基础，结合地铁施工的特点，从各个方面识别地铁施工的风险源，进行分析，基于事故树分析法，最后提出一系列的安全控制措施。