孫艷云

（重慶市鐵路（集團(tuán)）有限公司，重慶 401120）

城市軌道交通工程作為一項(xiàng)特大型系統(tǒng)工程，不確定因素多，導(dǎo)致近年來我國多市地鐵項(xiàng)目施工過程中事故頻發(fā)[1]，不僅造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且嚴(yán)重威脅人們的生命安全，造成惡劣的社會(huì)影響。應(yīng)用科學(xué)的方法對(duì)城市地鐵施工安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行管理日益受到社會(huì)的廣泛關(guān)注。國外較早研究隧道工程的代表人物是Duddeck 教授，其通過隧道工程師面臨的挑戰(zhàn)分析了隧道工程施工技術(shù)的難點(diǎn)和應(yīng)遵循的理念[2]；國外學(xué)者Reilly、Molag 對(duì)地下隧道及穿越海峽盾構(gòu)施工安全的特點(diǎn)管理過程進(jìn)行深入研究[3-4]。國內(nèi)最早接觸隧道風(fēng)險(xiǎn)理論的學(xué)者是毛儒，他介紹了風(fēng)險(xiǎn)管理在發(fā)達(dá)國家隧道工程運(yùn)用狀況和已取得的經(jīng)驗(yàn)[5]。我國學(xué)者應(yīng)用各種方法對(duì)地下工程建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)行較為細(xì)致地研究[6-7]。蘭州地鐵1 號(hào)線所處地質(zhì)情況復(fù)雜，施工難度大，下穿黃河，盾構(gòu)機(jī)主要行走于砂卵石地層中，被評(píng)為“世界級(jí)難題”，因此需要進(jìn)行針對(duì)性地風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估以保證工程順利進(jìn)行。該文從盾構(gòu)施工技術(shù)、周邊環(huán)境、水文及地質(zhì)條件、組織管理等方面進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析與評(píng)價(jià)，以便于對(duì)風(fēng)險(xiǎn)跟蹤與控制，從而達(dá)到降低工程風(fēng)險(xiǎn)的目的。

1 工程概況及水文地質(zhì)環(huán)境條件

1.1 工程概況

蘭州市地鐵1 號(hào)線座落在市區(qū)黃河兩岸沖積的漫灘及一、二級(jí)階地區(qū)，西起西固區(qū)陳官營、途經(jīng)18 個(gè)區(qū)間站到東崗，全線長26692.363m，都為地下線路，共設(shè)車站20 座。最大站間距2334.608m，最小站間距833.825m，平均站間距1334.618m，設(shè)車輛段、停車場各一座，主變電站2 座，分別位于西客站和五里鋪附近。

1.2 工程地質(zhì)情況

蘭州市位于我國西北地區(qū)黃土高原腹部的黃河河谷盆地內(nèi)，軌道交通1 號(hào)線沿線分布地層主要有第四系全新統(tǒng)、下更新統(tǒng)及第三系地層。第四系全新統(tǒng)沖積卵石層分布穩(wěn)定屬低壓縮性土，密實(shí)狀態(tài)。第四系下更新統(tǒng)卵石（3-11），泥鈣質(zhì)弱膠結(jié)，分布較為穩(wěn)定，厚度很大。這種卵石屬于低壓縮性土壤，密實(shí)度高，在工程建設(shè)中的地質(zhì)特性良好。而隧道洞室主要位于第三系砂巖（4-2-1）中，這種巖石成巖作用差，屬于極軟巖，當(dāng)未進(jìn)行支護(hù)時(shí)，洞室的側(cè)壁和頂板很容易變形坍塌，此外，容易遇水崩解成散狀。

1.3 水文條件及沿線環(huán)境

盆地潛水是蘭州市主要的供水水源，其中“三灘”水源為天然動(dòng)態(tài)類型為水文-開采動(dòng)態(tài)類型。地下水位受季節(jié)影響變化較大，水位年變化幅度約1.0m～2.0m。地下水含水層厚，滲透系數(shù)大，對(duì)線路和工程施工的影響較大。

沿線經(jīng)過多座加油站、企業(yè)單位的辦公樓、住宅、學(xué)校、西站貨場、在建深安大橋等；地下電纜、城市給排水等管線密布，部分區(qū)間還要下穿越黃河。

2 熵度量法風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型的基本原理及接受準(zhǔn)則

2.1 熵度量法風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

熵的概念源于熱力學(xué)，是反映自然界熱變化過程方向的1個(gè)物理量，表示物質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)的1 個(gè)函數(shù)。隨著研究的發(fā)展，熵的概念逐漸擴(kuò)張到信息領(lǐng)域，誕生了信息熵的概念。熵的概念如下：評(píng)價(jià)中所包括的信息量和信息質(zhì)量直接影響評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性和可靠性，是一種量化信息不確定性的方式，當(dāng)掌握信息不足時(shí)，需要對(duì)分布進(jìn)行預(yù)測。此時(shí)，應(yīng)該選擇符合約束條件的概率分布，但這個(gè)分布的熵值應(yīng)該是最大的。這是因?yàn)樵谛畔⒉淮_定性的情況下，熵值最大的分布能夠提供最多的信息量[8]，因此熵可用來度量風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)連續(xù)性隨機(jī)變量如公式（1）所示。

對(duì)離散型隨機(jī)變量如公式（2）所示。

式中：R為風(fēng)險(xiǎn)值；x為隨機(jī)變量；F和P分別為連續(xù)型和離散型隨機(jī)變量的概率；f為連續(xù)型隨機(jī)變量的概率密度函數(shù)。

熵度量評(píng)估模型的主要步驟如下：

設(shè)有m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，n個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象，各方案的指標(biāo)評(píng)價(jià)值構(gòu)成原始數(shù)據(jù)矩陣R′=（r′ij）m×n，通過公式（3）對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)化矩陣R=（r′ij）m×n，并進(jìn)行歸一化處理，得到p（xij）。

式中：r′ij為第j個(gè)評(píng)價(jià)人員在第i個(gè)指標(biāo)下的評(píng)價(jià)值。評(píng)價(jià)人員j在評(píng)價(jià)指標(biāo)i下的熵如公式（4）所示。

在評(píng)價(jià)問題中，第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重如公式（5）所示。

評(píng)價(jià)問題的風(fēng)險(xiǎn)值定義如公式（6）所示。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)接受準(zhǔn)則

地鐵及地下工程建設(shè)期間的工程風(fēng)險(xiǎn)是不可避免的，但是需要評(píng)估這些風(fēng)險(xiǎn)是否可接受以及接受程度。這將決定需要采取哪些風(fēng)險(xiǎn)控制對(duì)策和處置措施。在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過程中，需要預(yù)先確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和接受準(zhǔn)則，以便于更好地評(píng)估和管理工程風(fēng)險(xiǎn)?；陲L(fēng)險(xiǎn)引發(fā)的概率和損失的嚴(yán)重程度，通過調(diào)查研究對(duì)國際通用的ALARP 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定準(zhǔn)則進(jìn)行改進(jìn)，按風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的大小在0～1 劃分為4 個(gè)級(jí)別。該文基于這種改進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)判定方法，對(duì)蘭州地鐵1 號(hào)線區(qū)間盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行定義，見表1。

表1 風(fēng)險(xiǎn)熵度量法接受準(zhǔn)則

3 地鐵區(qū)間盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的指標(biāo)體系及問卷調(diào)查

3.1 盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

根據(jù)蘭州地區(qū)的工程地質(zhì)、水文條件、沿線環(huán)境，結(jié)合蘭州地鐵1 號(hào)線區(qū)間盾構(gòu)施工過程的具體情況，從很多地鐵盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)因素清單表中選取較重要的風(fēng)險(xiǎn)因素作為蘭州地鐵1 號(hào)線盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，經(jīng)過分析選取了4 個(gè)一級(jí)指標(biāo)，18 個(gè)二級(jí)指標(biāo)作為主要風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，見表2。

表2 蘭州地鐵區(qū)間盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

3.2 調(diào)查問卷

二級(jí)指標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)值是根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的概率等級(jí)和損失等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合確定的，它反映了風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的可能性和后果對(duì)風(fēng)險(xiǎn)值的影響關(guān)系。也就是說，風(fēng)險(xiǎn)值與風(fēng)險(xiǎn)概率和后果之間存在緊密的相互關(guān)系。見表3。熵度量法則根據(jù)表3，通過專家對(duì)各風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率以及產(chǎn)生的后果損失進(jìn)行問卷調(diào)查得到底層風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)矩陣，然后計(jì)算各評(píng)價(jià)對(duì)象信息熵和權(quán)重；再計(jì)算總體風(fēng)險(xiǎn)。盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)和組織管理風(fēng)險(xiǎn)的主要調(diào)查對(duì)象為現(xiàn)場施工技術(shù)人員，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和自然地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查對(duì)象為行業(yè)專家共發(fā)出問卷20 份，收回18 份。

表3 底層風(fēng)險(xiǎn)因素的風(fēng)險(xiǎn)值與發(fā)生概率、后果關(guān)系表

4 實(shí)例分析

該文選取蘭州軌道交通1 號(hào)線奧體中心—世紀(jì)大道區(qū)間盾構(gòu)施工過程進(jìn)行實(shí)例分析。該區(qū)間隧道的建造將使用泥水平衡盾構(gòu)技術(shù)進(jìn)行施工。盾構(gòu)進(jìn)出洞地基加固采用地面0.6m 素地連墻+地面PVC 注漿+地面降水的方法，具體概況如下：區(qū)間設(shè)計(jì)里程為YCK9+908.088～YCK12+028..097，全長2120.009m，均為雙線隧道組成，下穿黃河段里程為YCK10+477.000～YCK10+794.000，長度為317m。

在該案例中，選擇運(yùn)用熵度量法對(duì)問卷結(jié)果進(jìn)行綜合分析，使調(diào)查結(jié)果能夠更好地反映實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)情況。首先對(duì)18份一級(jí)指標(biāo)盾構(gòu)施工設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。根據(jù)表2，一級(jí)指標(biāo)施工風(fēng)險(xiǎn)共包括盾構(gòu)進(jìn)出洞加固、盾構(gòu)區(qū)間進(jìn)出洞、盾構(gòu)推進(jìn)、聯(lián)絡(luò)通道兼泵房施工、豎井圍護(hù)開挖及結(jié)構(gòu)施工5 個(gè)二級(jí)指標(biāo)。根據(jù)現(xiàn)場施工技術(shù)人員的調(diào)查結(jié)果，可得到5×18原始矩陣，如公式（5）所示。一級(jí)指標(biāo)施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)中盾構(gòu)進(jìn)出洞加固、盾構(gòu)區(qū)間進(jìn)出洞、盾構(gòu)推進(jìn)、聯(lián)絡(luò)通道兼泵房施工、豎井圍護(hù)開挖及結(jié)構(gòu)施工的信息熵如公式（6）所示。

由此計(jì)算可得到施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)下的5 個(gè)二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重，如公式（7）所示。

根據(jù)熵度量法的盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，可以得到施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)值，如公式（8）所示。

同理，可得到周邊環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)值、水文及地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)值以及組織管理風(fēng)險(xiǎn)值。4 個(gè)一級(jí)指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)值如下：

通過計(jì)算可知蘭州地鐵1 號(hào)線奧體中心～世紀(jì)大道區(qū)間盾構(gòu)施工總體風(fēng)險(xiǎn)值，如公式（10）所示。

式中：Eij為第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)下第j個(gè)二級(jí)指標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)；λij為第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)下第j個(gè)二級(jí)指標(biāo)的熵權(quán)；λi為第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的熵權(quán)；n為一級(jí)指標(biāo)的個(gè)數(shù)；m為某一級(jí)指標(biāo)下二級(jí)指標(biāo)的個(gè)數(shù)。

通過以上計(jì)算，根據(jù)表1 可得蘭州地鐵1 號(hào)線奧體中心～世紀(jì)大道區(qū)間盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，見表4。

表4 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果表

風(fēng)險(xiǎn)管控措施：奧體中心站～世紀(jì)大道站區(qū)間，總體風(fēng)險(xiǎn)值為0.3360，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為2 級(jí)。針對(duì)該文的分析，在施工過程中應(yīng)關(guān)注以下4 個(gè)方面：1）對(duì)深安大橋匝道樁基采用注漿加固，盾構(gòu)通過期間準(zhǔn)備好樁基托換、在隧道與樁基間施作隔離樁等應(yīng)急處理措施。2）在下穿建構(gòu)筑物、管線和黃河期間嚴(yán)格控制隧道的中心線，使其盡可能平穩(wěn)地前進(jìn)，并采取有效的方法對(duì)其進(jìn)行校正，以提高灌漿的質(zhì)量，同時(shí)最大限度地減少盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)周邊地質(zhì)環(huán)境造成的干擾。3）穿越黃河段盾構(gòu)推進(jìn)須做好高水壓下盾尾密封失效的預(yù)防和處理，漂石、砂卵石地段的掘進(jìn)處理。4）針對(duì)具體的重要建構(gòu)筑物、管線制定針對(duì)性的應(yīng)急方案。5）運(yùn)用信息化技術(shù)對(duì)工程施工進(jìn)行全面管理，注重安全風(fēng)險(xiǎn)的監(jiān)控預(yù)警。并根據(jù)監(jiān)測中獲取的信息，動(dòng)態(tài)調(diào)整施工參數(shù)，采取必要的措施來保障工程施工的安全。

5 結(jié)論

該文采用熵度量法與專家打分法相結(jié)合的綜合集成法對(duì)蘭州軌道交通1 號(hào)線區(qū)間盾構(gòu)施工工程進(jìn)行施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，且提出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)管控措施，不僅充分利用專家打分法便于操作的優(yōu)點(diǎn)，還引入信息熵概念對(duì)風(fēng)險(xiǎn)重要性權(quán)重的排序進(jìn)行一致性的科學(xué)檢驗(yàn)，彌補(bǔ)了專家打分法主觀性較強(qiáng)的缺陷，使風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的結(jié)果更具說服力。存在的不足之處在于該文在進(jìn)行蘭州地鐵風(fēng)險(xiǎn)因素的識(shí)別時(shí)對(duì)人的行為因素考慮較少，因此在以后的研究中會(huì)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素的識(shí)別方面進(jìn)一步加強(qiáng)，使評(píng)價(jià)結(jié)果更精確、科學(xué)合理。