沿海高速公路风险评价体系构建

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沿海高速公路风险评价体系构建
   【摘要】 沿海高速公路建设面临地质条件复杂，气象灾害多样、工程类型多等困难，针对其风险评估工作多而繁杂的实际情况，以浙江沿海疏港高速公路为工程背景，选择道路工程、桥梁工程和隧道工程为研究对象，在其中筛选提炼出软土路基区、人工海岸区、跨海湾特大桥、水底隧道等作为评价对象，分析了在沿线地质条件及气象条件下，不同评价对象在施工期和运营期可能面临的各种风险因素，选择其中的主要风险因素，构成多级评估对象，搭建了沿海高速公路风险评价的体系，并且说明了所采用的评估方法和评估流程，并介绍了所采用的风险概率和风险后果等级标准。构建沿海高速公路风险评价体系能为我国的类似工程提供了借鉴。
    【关键词】 沿海；公路；风险评价；体系；评估方法；流程
    0 引言
    浙江沿海疏港高速公路位于浙江省东南沿海低山丘陵和滨海平原区，全线跨越三门湾、椒江口、乐清湾3大海湾9处海口，路线全长为194.545 km。由于该项目位于浙江省沿海的海积平原，冲海积的青灰色、浅灰色淤泥质土，含水量高，承载能力低，对路基的稳定十分不利。另外，路线位于沿海地区，跨越海湾、海口较多；而且途经规划沿海、沿港、沿江产业带多，沿海地区宜开发平丘地形都打成方格网，路线通过该地区一般采用高架桥穿过规划区。
    该项目线路长，跨越海湾多、涉水工程范围大；沿线软土路段长，含有大量的桥、隧工程，且项目区天气复杂多变，灾害性天气类型多、发生频繁，导致项目建设期和运营期都存在诸多风险因素。因此，有必要在项目决策阶段预先对其进行风险评价，以协助项目决策并有效规避施工期和运营期的风险。
    大型工程项目的风险评估在我国还处于起步阶段，对于沿海高速公路的风险评估几乎无先例可循。该风险评估是个庞大的系统工程，因此，首先要从众多的工程对象中选择合适的评估对象，然后结合项目区实际的地质地件、气象条件等分析各评估对象面临的各种风险因素，理清评估工作的主要思路，搭建沿海高速公路风险评估体系。
    1 选取评价对象
    目前，人们对风险评价的内涵目前仍存在不同的看法，但仍能基本遵循图示的风险评价步骤。
    风险评价工作，其首要步骤是识别风险，即识别风险的来源、范围、特性及与其行为或现象相关的不确定性。
    针对该项目的特点，选取沿线3种主要的工程类型作为评价对象：道路工程、桥梁工程和隧道工程。并且结合工程地质状况和实际工程的特点，进一步将评价对象范围缩小为可能存在各种地质灾害(如滑坡)风险的道路工程、施工和运营风险均较大的海湾特大桥和跨河港特大桥以及水底隧道。
   
    图1 风险评价步骤
    2 确定主要评估内容
    正如前所述，沿海高速公路评估主要内容分为：道路工程、桥梁工程和隧道工程3大块，每一块根据其工程特点分别进行风险分析。
    2.1 道路工程主要评价对象
    根据道路工程沿线实际的地质状况及可能面临的各种风险事件，道路工程风险评估对象划分为软土路基区、边坡工程区、沟谷区、区域地面沉降地段、人工海岸区等。
    2.1.1 软土路基区评估内容
    浙江沿海疏港高速公路工程(象山～乐清段)地处海积平原区，软土路段较多，根据《工程可行性研究阶段工程地质勘察报告》推荐方案，软土总计75段，总长共36.98km，占评估线路的19.01%。回填高度一般为2～4m，部分大于5m。软土路段浅部为淤泥、淤泥质土。软土厚度一般8～50m不等。浅部软土具有含水量高、孔隙比大、强度低、渗透性极弱、具流变性和触变性等特点，地基容许承载力50～55kPa。由于软土地基强度低、压缩性高、渗透性差以及固结历时长等特点，如果路堤段为软土，易导致线路路堤失稳破坏、软基沉降；在桥头部位和半填半挖等地段易导致不均匀沉降；在采空区易导致坍塌、冒顶等，所以软土路基区分为以上不同地段针对可能发生的风险时间分别进行评估。
    2.1.2 边坡工程区评估内容
    评估线路共有路堑59段，评估区及外围共发现有滑坡12处，因道路修建、开采土石料形成的近直立边坡或陡坎等临空面，由于台风暴雨等强降水或长时间降水影响，上部残坡积层或风化基岩沿着不利结构面发生崩塌8处，其塌方量一般5～25m3。由上可知，边坡工程风险性评估主要包括滑坡风险性评估和崩塌风险性评估。
    2.1.3 沟谷区评估内容
    评估区内沟谷总体延伸较短，汇水面积较小，沟谷及其两侧植被较发育，均以阔叶林和针叶林为主，中、上游第四纪松散覆盖层厚度较小或缺失，下游沟床中分布有厚度不大的卵(砾)石，径大小一般5～20cm。故选取评估区所有可能发生泥石流的区域进行风险评估。
    2.1.4 区域地面沉降地段评估内容
    拟建浙江沿海疏港高速公路从温(岭)黄(岩)平原东部区域地面沉降区附近穿过。根据区域地下水动态和地面沉降长期监测资料分析表明：
    进入20世纪90年代，随着温黄平原地下水开采量的大幅度增长，区域地下水水位持续下降，地下了三甲椒江农场、金清金鹏集团、箬横镇、东浦农场4个沉降中心。评估根据可行性报告推荐线路，选取AK189+180～AK191+100段等3段作为评估对象。
    2.1.5 人工海岸区评估内容
    评估区沿线港口均有近年加固的标准海塘(海堤)。海塘防潮标准为10～20年一遇，堤顶标高约6.0～6.5m，宽约3～6m，防浪墙高0.6～1.0m左右，迎海侧边坡采用干砌块石护坡，局部地段为浆砌片石护坡，堤外镇压层抛石宽8～10m。此次评估选取评估区所有的人工海岸作为评估对象。
    2.2 桥梁工程主要评估对象
    拟建的沿海高速公路(甬台温复线)工程中，有6座跨海湾特特大桥、6座跨河港特大桥和11座1000m以上的高架桥，选用的主要桥梁类型为斜拉桥、部分斜拉桥和连续刚构桥，各种形式的桥梁存在风险因素众多。该评估选取几座有代表性的桥梁，如台州椒江大桥(斜拉桥)等分别针对综合水文风险、施工风险和运营风险进行评估。
    桥梁工程综合水文风险分析包括波浪对桩基础稳定性影响、潮汐潮流对桥墩冲刷的影响、桥梁工程区域滩槽演变和冲淤变化等评估内容。
    桥梁工程施工风险评估分别针对桥梁基础、桥梁下部结构、桥梁上部结构、桥面及附属设备、临时工程等存在的主要施工风险因素进行评估。
    桥梁工程运营风险评估不仅包括：大风灾害、地震灾害、船撞桥事故、人为破坏、海雾等对桥梁的安全运营影响，还应涵盖桥梁工程耐久性风险分析等内容。
    2.3 隧道工程主要评估对象
    拟建沿海高速公路中包含多座山岭隧道和两座水底隧道，考虑到山岭隧道施工技术比较成熟，相对风险较小，该评估拟对备选方案的水底隧道进行风险评估。
    水底隧道采用盾构方案，同样分为施工期和运营期进行评估。施工期风险分析内容包括工作井及明挖段施工风险评估、盾构段施工风险评估，运营期风险分析内容包括隧道结构稳定性风险评估、隧道结构防水可靠性风险评估、隧道结构耐久性风险评估等。
    综上所述，将沿海高速公路风险评估主要内容列于表1[1-7]。
    表1 主要风险评估内容
   
    3 评估流程
    基于以上评估内容，根据其所在的等级逐级进行评判，其评估流程如图2所示。
   
    图2 沿海高速公路风险评估框架
    4 评价方法
    风险评价方法有多种，应根据评价目的并结合不同风险因素和风险评估对象而选取。该项目风险评价主要选取了R=P×C定级法。
    另外，对于某些风险，如大风灾害、地震灾害及船撞桥引起的风险、地层不均匀或沉船引起的水底隧道结构稳定性风险等等，采用基于结构分析和概率分析的准定量分析法。
    4.1 R=P×C定级法
    R=R×C定级法是综合考虑风险因素发生概率和风险后果，给风险定级的一种方法。其中：R表示风险；P表示风险因素发生的概率；C表示风险因素发生时可能产生的后果。即风险因素发生时对人、环境和工程项目本身造成影响的程度，采用定量计算的方法给这些风险因素划分后果等级；一般划分为5个等级(灾难性、重大、严重、中等、轻微)，通过定量计算或采用工程类比法确定风险因素的后果等级C。P×C不是简单意义的相乘，而是表示风险因素发生概率和风险因素产生后果的级别的组合[8]。
    依据R=P×C定级方法的风险评估矩阵，确定各个风险因素的等级并制定不同的方案，用比较合理的措施实施风险管理和风险控制，是目前一种较为有效的风险评价方法。
    4.2 准定量分析法
    对于大风灾害、地震灾害及船撞桥引起的风险、地层不均匀或沉船引起的水底隧道结构稳定性风险等等，通过计算得出相关数据，并以此数据为支撑，根据相关标准准则划分风险等级。
    5 风险等级标准
    风险等级由风险概率等级和风险后果等级共同确定。
    5.1 风险概率等级
    风险概率P的等级标准依事故发生概率或事故发生人员伤亡风险概率确定。
    事故发生概率参考国际隧协(ITA)制定的《隧道风险管理指南》(Guidelines for tunnelling risk management)，采用工程类比法确定事故发生的风险概率。
    事故发生人员伤亡风险概率用社会风险SR(Society Risk)衡量。1967年Frarmer利用概率论建议了一条各种风险事故所容许发生的限制曲线，即著名F－N曲线，社会风险SR接受准则一般都采用F－N曲线表示[8]。
    根据资料和调研的分析，该评估采用的风险概率分级标准如表2所示。
    表2 风险概率分级标准
   
    5.2 风险后果等级
    风险后果可依据业主经济损失、工期延误、人员伤亡和环境损失为指标衡量。该评估经调研分析确定后果C分级标准如表3所示。
    表3 风险后果分级表
   
    采用风险矩阵对风险发生概率和后果进行组合相乘，得到风险等级标准，采用风险等级矩阵表示[3-10](见表4)。
    表4 风险等级矩阵
   
    风险等级矩阵中，可忽略定义为一级风险，其含义为不需过多考虑的风险；可接受定义为二级风险，其含义为在工程中应该管理控制这项风险，但不需考虑减低风险的措施；合理可靠降低区定义为三级风险，其含义是只要减低风险的投入不是与减低风险效益不成比例，就应该采取降低风险措施；不可接受定义为四级风险，其含义是不管降低风险的投入多少都应该将风险减小到合理可靠降低区。
    6 结论
    笔者以浙江沿海疏港高速公路为工程背景，搭建了沿海高速公路风险评价的体系，并介绍了所采用的评估方法，给出了风险概率和风险后果的分级标准，得出以下主要结论：
    1)大型工程项目的风险评估工作在我国还处于起步阶段，而对于沿海高速公路的风险评估更是几乎没有先例可循。笔者针对包含多种工程类型的沿海高速公路搭建的风险评价体系具有一定的创新性，有助于为相关大型工程项目的风险评价工作提供借鉴。
    2)沿海高速公路的建设必须考虑沿海特殊的气象条件和地质条件，施工期和运营期存在的诸多风险因素决定了预先对其进行风险评估势在必行。评估的最终目的是在相关人员的头脑中建立风险概念，保持一种客观的心态去正视风险，从而预先针对风险评估结果制定有效的应急预案，预防和规避风险事故。
    3)沿海高速公路风险评估是一项庞大复杂的系统工程，包含了道路、桥梁、隧道等多种工程类型，评估内容繁杂且层次多，因此，首先要选择合适的评估对象，清理筛选归并其潜在的风险因子，并根据其隶属关系确定各风险因子所在的评价层级，逐级进行评判。
    4)由于缺乏类似风险评估工作的经验积累，相关评估方法选择、风险概率和等级的确定等问题还需要更多统计数据和专家知识库的支撑。而结构分析计算方法和地质勘探手段的进步更有利于推动定量化评估的进程。
    5)在评价过程中，需要了解各级评估对象的权重，才能对其风险等级作出评定。权重的确定多采用专家评分法进行，而工程造价可以作为其中的一项主要考虑因素。