公路隧道项目基于风险理念的预防性养护管理分析

蒙禹海

（贵州路桥集团有限公司,贵州 贵阳 550001）

0 引言

基于风险理念的基础设施检测维护方法，可协助管理机构科学合理地制定养护和投资方案，最大限度地降低基础设施故障产生的概率和造成的不利影响。道路预防性养护是通过科学手段，在特定时间段对特定路段实施的养护，能提升道路使用性能[1-2]。该文将风险理念和预防性养护融合，以降低隧道衬砌病害对隧道结构及交通安全造成的不利影响，使隧道养护更加经济、更加高效，建立了基于风险理念的公路隧道预防性养护管理系统。

1 基于风险理念的预防性养护方法

基于风险理念的养护方法是为减少因基础设施受损而造成的风险，具体涉及风险评估及养护计划两部分。强化基础设施维护管理，针对风险性较大设施应加大维护力度。预防性养护是在构件各项性能完备的状况下，在恰当时间内，通过科学方式主动实施的养护手段。

（1）公路工程预防性养护最关键的环节是确定预防养护的时间。何时对公路实施预防性养护，直接决定养护的科学性、高效性和经济性。若预防性养护开展较早，不但达不到理想的养护效果，还会引起更多质量病害，且经济效益低下；若预防性养护实施较晚，便会错过养护最佳时机，大大降低养护效果。因此，预防性养护必须在最佳时间段实施，合理确定预防养护时机，对养护管理的经济性、高效性具有十分重要的作用[3]。

（2）选择预防性养护时机。该环节对提升路面质量，降低维护成本具有重要作用，时机选择应遵循以下原则：1）相关预防性养护措施应在路面结构未产生破坏前实施。此处强调的路面结构破坏是由于自身承载性能不足导致无法承受外部荷载的情形。预防性养护主要针对的是路面表层病害，不能增强路面结构强度，因此应在路面结构产生破损前实施；2）预防性养护措施时机的选择应符合经济性、有效性原则。科学合理地选择预防性养护时机可最大程度节约成本，提升工程质量，实现价值最大化。

（3）预防性养护时机确定方法：1）因预防性养护主要作用于道路结构各方面性能比较优越的阶段，增加了确定预防性养护最佳时机的难度。现阶段，针对预防性养护时机的确定研究还不完善，普遍采用的是路面维修养护方式；2）生命周期评估法能体现养护的经济性和有效性；3）生命周期评估法基于实际运算得出最佳投资方案，并实现路面结构性能最优化。该方法不仅实现了预养护的有效性，而且将成本费用控制在最佳水平。路面生命周期成本组成能够结合具体路段实施计算。实施生命周期费用分析是现阶段确定预防性养护时机的最有效方法。

（4）实现风险理念与预防性养护的有机融合，构建如图1 所示基于风险理念的预防性养护方法。

图1 基于风险理念的预防性养护方法

2 基于风险理念的预防性养护体系

风险管理主要涉及风险的识别、度量、评估、控制与监测、风险估计五个具体要素，基本框架形式如图2所示，这种风险管理方式具有定量化特征。在RMP 中导入养护概念，建立基于风险理念的养护管理模型，这种模型能弥补其他养护模型存在的不足，对风险造成的后果实施预控，并能结合识别到的相关风险情况制定合理的养护措施。

图2 风险管理过程（RMP）的基本框架

结合RMP 基本框架建立基于风险理念的养护管理模型（RBMMM），并将风险理念贯穿至整个养护过程，降低对交通安全造成的不利影响，使养护更加合理化、高效化。这种模型建立时综合考虑风险事故产生的概率和导致不良后果的等级，基于风险视角，对养护管理实施更高技术的分析，具有较强的可行性和合理性[4]。

建立基于风险理念的预防性养护管理模型（RBPMMM）。该模型涉及以下几个方面[5]:

（1）养护管理目标。根据内、外部环境的共同影响，决策者结合隧道使用的实际需求，确定隧道应具备的适用养护状态。

（2）结构分解。根据不同风险因素产生的实际状况，对隧道衬砌结构实施分解。

（3）风险辨识。辨别并说明存在的风险因素。

（4）风险度量。对风险可能导致后果的严重程度实施分析。

（5）风险估计。估计风险出现概率。

（6）风险评价。结合养护管理目标对识别到的风险实施等级划分，并根据风险等级大小制定针对性的风险防控措施。

（7）预防性养护执行。根据风险评价环节制定的风险防控措施实施预防性养护。

（8）风险控制与监测。采取风险防控措施，并对预防性养护实施实时监测。

3 基于风险理念的预防性养护流程

结合某高速公路某运营隧道衬砌病害的实例，通过上述基于风险理念的预防性养护管理模型对隧道工程实施养护管理，对模型的可行性及实施效果进行验证。

3.1 养护管理目标

隧道工程养护管理目标是由内、外界因素共同决定的，内部因素主要由政府及业主需要决定。政府重视相关政策、规范、法律条文的更新及调整，业主则关注隧道使用性能、安全性能及经济效益。

结合隧道衬砌结构具体现状，并根据政府及业主方面的养护要求，其养护管理目标为降低隧道衬砌病害对结构性能及交通安全造成的风险。

3.2 结构分解及风险辨识

风险分析及评估前，应先对衬砌病害可能造成结构及行车安全隐患实施综合分析，然后对隧道结构实施分解，并对其实施风险识别。

通过文献中提及的失效模式及影响分析法对隧道衬砌病害实施风险辨识。

3.3 风险度量

公路隧道工程衬砌风险等级可划分为4 级，具体判定标准如表1 所示。

表1 风险因素危害等级判定标准

对可能影响隧道结构性能及行车安全的所有风险因素进行全面分析，获得所有评估区域的病害后果水平CSL（见表2）。

表2 隧道病害后果水平（CSL）

3.4 风险估计

应用风险概率估算法对识别出的风险因素可能出现的概率进行估计。RBPMMM 模型对隧道病害产生的风险概率实施准确分类，具体包括频繁出现、可能出现、偶尔出现、很少出现以及不可能出现5个等级，具体分类情况如表3 所示。

表3 风险概率分类

通过隧道病害研究结论，并结合评估区域内衬砌病害实际状况，总结出所有评估区段风险概率水平RPL，如表4 所示。

表4 隧道病害风险概率水平（RPL）

3.5 风险评价

风险评价目的是获得风险值REV。通过风险值可直接看出风险因素出现概率及导致后果的严重程度，是养护管理决策最直接的依据。风险值REV 可通过式（1）计算得出，其结果如表5 所示。

表5 风险因素对行车安全和隧道结构危害的风险值（REV）

为方便研究，对REV 实施科学划分，共分成4个水平，各水平依次对应REV 数值上不同区间。并将风险接受准则定为4 级，根据风险等级的不同制定相应的风险管理及控制方式，如表6 所示。

表6 对隧道衬砌结构和行车安全的风险接受准则及危害分级

通过表6 能够看出，结合病害对隧道结构及行车安全造成的具体影响，该隧道所有评估区段均位于可接受和不可接受水平，可接受区域11个，不可接受区9个，不存在忽略和拒绝的风险因素。

3.6 预防性养护执行

预防性养护落实和执行是隧道病害预防性养护管理的根本体现。结合风险接受准则制定的预防性养护管理措施如表7 所示。

表7 基于风险理念的预防性养护管理措施

3.7 风险控制与监测

预防性养护完成后，应对其养护效果实施周期性检测，及时收集和反馈监测信息，提高预防性养护管理的科学性和有效性。若某项风险因素养护数量不足造成风险事件发生，则必须增加养护次数。

4 结论

基于风险理念的公路隧道预防性养护管理系统是在全面综合风险理念与预防性养护的基础上建立起来的，该系统在落实预防性养护工作时，严格按照风险等级对相关风险因素采取不用的处理方式，能缩短养护时间，降低养护成本，提高养护效率。预防性养护完成后，应对所有风险因素实施动态监控，及时建立新的预防性养护措施，以实现隧道的动态养护管理。