地鐵工程建設施工危險辨識與施工坍塌事故應急預案的探討

李德林，范曉蕾，張恕震

(1.青島市地鐵十三號線有限公司，山東 青島 266000；2.青島市地鐵六號線有限公司，山東 青島 266000； 3.青島市地鐵六號線有限公司，山東 青島 266000)

0 引 言

隨著城市化及經濟發展速度的不斷加快、人口數量不斷增多，我國交通與出行壓力越來越大。地鐵建設能夠有效地緩解市內“出行難”的問題，然而，由于地鐵工程建設施工的技術較復雜，在建設施工中存在較多危險因素，地鐵施工中存有一定安全性與穩定性風險[1]?；诖?，本文提出了地鐵工程建設施工的危險辨識與坍塌事故應急預案研究。根據危險辨識結果，對施工風險進行評估，并制定相應的施工坍塌事故應急預案，以提高地鐵工程建設的穩定性與可靠性。

1 地鐵工程建設施工危險辨識

1.1 地鐵施工危險源分類

地鐵工程建設施工受到環境、人為以及自然因素的影響，存在較多的施工危險源。為了更好地對施工危險進行辨識，首先，對地鐵施工危險源進行分類。本文結合能量釋放理論，將地鐵施工危險源進行了劃分，包括第一與第二類危險源兩個類別[2]。其中，第一類施工危險源在施工中較為常見，指的是施工過程中受到機械能、熱能、化學能的影響，發生意外可能釋放對環境與人體不利的能量與物質。第一類危險源在地鐵工程建設施工中的表現形式較多，見表1。

表1 地鐵施工第一類危險源表現形式

如表1所示，為本文闡述的地鐵施工第一類危險源的具體表現形式，不同類別的危險源，在發生意外時，釋放的有害能量存在一定的差異，造成的事故影響也不同。第二類危險源具有一定的限制性，通常指的是容易導致危險物質生成的危險源，泛指具有破壞能量的各種危險物質及因素，以人為失誤、設備故障以及環境影響等[3]。人為失誤主要指施工人員的行為與預期標準要求之間存在偏差，導致對危險源的控制出現失控情況，進而引發了施工安全事故[4]。設備故障是導致施工事故發生的物質與物體條件，例如保險裝置缺失、信號強度較低、人機關系存在缺陷等，都是設備的不安全狀態[5]。環境影響包括物理、化學與生物因素三個方面，具有一定的不可控性[6]。

經過對地鐵工程建設施工危險進行分類可知，危險源之間具有一定的相互關聯性，分別影響著事故發生的前提、條件、嚴重程度，對事故發生的可能性大小具有決定性的意義[7]。

1.2 分解分析法辨識地鐵工程危險源

經過上述對地鐵工程建設施工危險源的分類，獲取了兩類危險源的表現形式及相互之間的關系，接下來，對地鐵工程的危險源進行辨識。傳統的地鐵工程危險源辨識多數采用直觀經驗法，在辨識過程中具有一定的限制性，容易出現遺漏，因此，本文在傳統辨識方法的基礎上，采用分解分析法，更加全面、系統地辨識地鐵工程建設施工危險源。分解分析法在辨識過程中，根據危險源的類別，按照一定的層次順序進行分解，對每個層次的危險源屬性進行合理分析，轉換為 RBS 危險源分解結構，進而實現有效的系統辨識[8]。分解分析法辨識危險源的具體流程，如圖1所示。

圖1 分解分析法辨識危險源流程

如圖1所示，首先，將地鐵工程建設施工危險分解為工程危險與施工工作危險，按照施工過程、施工空間位置的變化，將劃分的作業包逐級分解，直至識別到風險單元。構建風險識別分解結構，基于層次劃分理論，判定風險單元所在結構的層次，生成一種具有共性的屬性分類。采用模糊分類法處理屬性分類，生成分解分析危險源辨識矩陣。將風險識別分解結構中最下層單元作為矩陣的列，中間單元作為矩陣的行，根據矩陣中的各項風險辨識元素，逐一辨識地鐵工程建設施工中各個工作單元的危險源變化情況。

2 地鐵施工坍塌事故應急預案設計

基于上述地鐵工程建設施工中各項危險源辨識結束后，接下來，本文針對存在的危險源以及坍塌事故進行應急預案設計，降低地鐵施工中存在的風險。

2.1 建立施工坍塌事故監測指標

地鐵施工坍塌事故應急預案的效果與坍塌事故監測指標建立得是否合理具有重大關系。本文在建立施工坍塌事故監測指標中，采用層層分解細化的方式，將施工規范與標準進行分類，構建坍塌危害矩陣。在坍塌危害矩陣中，橫坐標表示事故的嚴重性類別，縱坐標表示事故發生的概率，通過橫、縱坐標的具體數值，確定坍塌事故的危害程度，將事故危害程度進行排序處理。為了提高坍塌事故監測的準確性，在建立監測指標時，需要綜合考慮自然災害事故以及突發事件，融合第一、第二類危險源的辨識結果，分析坍塌事故的可控度范圍，共同建立坍塌事故監測指標。

結合事故優先數法，將坍塌事故危害程度根據相應的評價標準進行打分，設置坍塌事故的嚴重程度為S、事故的發生概率為O、事故應急處理難度為D，將三者的打分結果相乘，獲取最終的施工坍塌事故監測指標，公式為：

RPN=S×O×D

(1)

地鐵施工坍塌事故監測指標對后續計算坍塌事故的可控度具有重要意義，為地鐵工程建設施工的安全監測提供了一定的基礎。

2.2 計算監測指標警度與可控度

基于上述地鐵施工坍塌事故監測指標建立結束后，對監測指標警度與可控度進行相關計算。首先，對坍塌事故監測指標閾值進行等級劃分，包括坍塌無警、坍塌輕警、坍塌中警與坍塌重警等四個等級。結合海因里希事故法則，計算監測指標的可控度。建立地鐵建設施工坍塌監測指標警度矩陣：

(2)

式中：Ii為坍塌警度；Ci1為第i級坍塌警度下第1個坍塌監測指標；Vi1為Ci1對應的特征值域。根據監測指標警度矩陣，獲取警度與監測指標之間的變化關系，當監測指標在區間中無公共端點時，計算坍塌監測指標的關聯函數，公式為：

(3)

式中：X0為坍塌風險經典域；lx為X0的長度；x為坍塌監測有限實區中的節點。通過計算地鐵工程建設施工坍塌監測指標的關聯函數，確定監測指標警度權重λij，結合專家評分法，計算坍塌監測指標的可控度，公式為：

K(Ii)=∑μijλij

(4)

式中：μij為地鐵工程建設施工中坍塌監測指標的節余域權重；i、j分別為監測指標警度層級與節點層級。通過坍塌監測指標可控度計算結果，判斷坍塌事故發生警情。

當K(Ii)≥0時，表示此事坍塌事故警情處于完全可控狀態；當-1≤K(Ii)≤0時，表示K(Ii)處于坍塌事故發生可拓域之間，此事坍塌事故警情處于可控狀態，K(Ii)越趨近于0，坍塌事故警情越容易控制，相反，K(Ii)越趨近于1，則表明坍塌事故警情越加不容易控制；當-1≥K(Ii)時，表示此時地鐵施工中坍塌事故警情已經達到不可控狀態。

根據坍塌事故警情的可控度計算結果，本文結合坍塌事故等級比例，將警情的可控性進行了具體劃分：K(Ii)?(0，-0.7]表示坍塌事故可以高度控制；K(Ii)?(-0.7，-0.9]表示坍塌事故可以進行中度控制；K(Ii)?(-0.9，-1)表示坍塌事故的可以控制的程度較低。通過計算坍塌監測指標的警度與可控度，能夠獲取地鐵工程建設施工坍塌事故警情的具體情況，為制定應急預案措施提供保障。

2.3 制定應急預案措施

在地鐵工程建設施工中，受到各項施工因素與環境因素的影響，包括各類危險源，其中坍塌事故為最重大的危險源，一旦出現坍塌事故，會極大程度地對周邊環境與施工人員造成安全隱患。結合上述計算得到的施工坍塌監測指標可控度與警度結果，獲取到了施工坍塌事故警情的具體情況。接下來，本文采用一定的方式，對地鐵施工坍塌事故中的危險源進行了分析，結構如圖2所示。

圖2 地鐵工程施工坍塌事故危險源結構

如圖2所示，坍塌事故主要受到開挖與支護過程的影響，包括地面塌陷、管線斷裂、土體塌陷、建筑物倒塌、支撐失穩等表現形式。本文針對以上危險源表現形式，研究了相應的應急預案措施。首先，應當設置坍塌事故應急指揮的相關機構，具體劃分坍塌救援小組應急指揮結構，如圖3所示。

圖3 坍塌救援小組應急指揮結構

如圖3所示，當土體塌方較少時，救援小組根據具體的指揮結構，進行地質勘察與檢測，找出建筑物下沉位置，啟動應急決策，防止土體出現二次坍塌。

本文認為，還應當在地鐵工程施工中，安裝應急電子報警裝置，當工程施工結構不穩定、存在坍塌安全隱患時，應急報警裝置會對安全隱患進行權重分析，并根據坍塌隱患權重的等級，發出相應的警告，有效地預防坍塌事故的發生，提高地鐵工程建設施工安全。

3 對比分析

為了驗證本文提出的地鐵施工危險辨識與應急預案的有效性，進行了如下實驗分析。本次實驗以某地鐵施工項目為研究對象，該項目位于X街與Y街的交叉口，車站的結構為島式車站，整體包括兩層：站廳層與站臺層，地鐵車站的寬度為15.24 m，長度為237.08 m，車站包含4個出入口、1個通道，整體建筑面積約為12 430.5 m2，主體建筑面積為8 264.5 m2。地鐵工程總體建設施工環境良好，施工人員均具有施工資質。根據相關的工程勘察報告可知，該工程建設施工中混凝土、鋼筋混凝土結構中使用的鋼筋均符合相關建設標準，均無腐蝕性。首先，利用本文設計的地鐵施工危險源辨識方法，對第一類危險源的結構進行分解處理，構建危險源分解分析矩陣，在此基礎上，獲取第二類危險源，并對危險源的嚴重程度與表現形式進行判斷?；谖ｋU辨識結果，獲取地鐵施工坍塌風險評價指標，經過相應的計算，得出坍塌風險評價指標的權重，綜合考慮坍塌風險評價指標中致險因子發生的概率，確定坍塌風險等級。根據危險源辨識結果與坍塌風險等級，獲取危險元素所在施工位置，通過劃分坐標系的方式，在存在風險位置安裝應急電子報警裝置，當危險源發出安全風險預警時，裝置會自動發出報警。本次實驗采用對比實驗的方式，設置本文提出的地鐵施工危險辨識與應急預案為實驗組，傳統的施工危險辨識與應急預案為對照組，對比兩種地鐵施工危險辨識與應急預案的成功率，結果見表2。

表2 地鐵施工危險辨識與應急預案成功率對比

根據表2可知，本文提出的地鐵工程建設施工危險辨識，辨識測量的距離與實際距離誤差較小，最小辨識誤差為0.02，傳統的辨識結果誤差最小為0.52，兩者存在較大的差距，且坍塌事故應急預案的成功率中，本文提出的應急預案成功率均在98%以上，較傳統方法相比更加具有優勢，能夠有效地對坍塌事故做出預警，降低坍塌事故發生的概率。

4 結束語

綜上所述，隨著城市人口數量的不斷增長，交通與出行壓力逐漸增大，地鐵工程建設能夠有效地減小出行壓力。在地鐵工程施工過程中，危險源與安全風險隱患較多?；诖?，本文從地鐵施工中潛在的危險源出發，提出了危險源辨識，根據辨識結果，制定了應急預案。本文的研究改善了傳統工程施工危險辨識方面存在的不足，能夠在一定程度上降低地鐵施工坍塌事故發生的概率，提高地鐵工程建設的安全。