肯特指数法在高速公路隧道中的安全风险评估

余鹏程，王意明，喻 东

(1.广西桂东高速公路有限公司，广西 贵港 537300；2.中车建设工程有限公司，北京 100071)

0 引言

近几年国内高速公路建设势头迅猛，到2017年，全国高速公路里程已达13.1万km[1]。随着高速公路建设规模的扩大，公路隧道建设规模也与日俱增，而高速公路隧道经常会穿越复杂的地下环境，如江河流域或高山峻岭等，这些都给隧道施工安全带来了很大的风险隐患，施工事故发生概率普遍高于其他工程[2]。高速公路隧道的建设需要多个部门共同协调工作，包括协调施工方内部各部门、施工方与设计方、施工方与材料供应商、施工方与当地政府部门、施工方与当地百姓等，而这些因素都具有不确定性和模糊性[3]。

高速公路隧道施工过程中遇到的各种因素都存在一定的随机性和不确定性，目前通常采用风险评估方法对这些因素进行分析和评价，从中得到这些因素对公路隧道影响程度的大小，进而确定该高速公路隧道的风险等级。目前常用的风险评价方法有[4-10]：专家调查打分法、风险矩阵法、模糊数学法、层次分析法、风险树分析法(RTA或ETA)、肯特指数法等。本文根据安全评价的原则和要求，选择肯特指数法对广西某高速公路隧道施工安全进行风险评估，将施工安全水平定量化，为其他公路隧道安全施工提供指导。

1 公路隧道施工概况

该隧道位于广西某高速公路，为曲线连拱隧道，技术标准为双向四车道，隧道全长为315 m，属于短隧道，最大埋深74.22 m，隧道净空(宽×高)10.75 m×5.0 m，采用新奥法进行施工。隧址区位于广西山字型构造前弧东翼外侧，华夏构造带北缘，经历了加里东、印支等多期构造运动，有相互改造、相互干扰、相互叠加的特征，断层和褶皱发育。洞身围岩主要是由强-中风化粉、细砂岩夹薄层页岩石灰岩组成。围岩级别为Ⅴ～Ⅳ级，局部稳定性差，开挖后如不及时支护可能产生大的坍塌。地下水位位于洞顶以上，预测每延米涌水量为1.34 m3/d，开挖后隧道可能出现淋雨、涌流状出水现象，雨季涌水更大。

2 高速公路隧道施工安全风险估计分析

2.1 高速公路隧道施工安全风险分析

根据高速公路隧道的特点，从环境因素、设计因素和施工技术因素对该隧道的施工安全风险进行分析。

2.1.1 环境因素风险

环境因素包括自然环境、社会环境和施工环境三个方面。自然环境是该隧道所穿越的地质条件，从工程资料和施工现场可以知道，地质构造相对复杂，围岩等级低，开挖后如不及时支护可能发生大的坍塌；隧道从山岭中穿越，社会环境相对简单；施工环境受人为因素影响比较大，当自然环境和社会环境都对施工不利时，通过调整施工环境可以减少施工过程中的安全隐患。

2.1.2 设计因素风险

设计因素风险一般分为勘察技术风险和设计技术风险。在隧道开挖之前，需要对隧道的地质情况进行勘察，但由于地质情况复杂、勘察技术水平受限和人为因素的影响，会出现勘察资料不准确、钻探后试验提供的土层物理力学性能指标不符合实际、勘探钻孔选点不恰当或者钻探数量较少等问题，这些都是不可避免的风险。

设计技术风险主要体现在设计与施工脱节、结构设计不能满足现场需要、设计方法不够合理等，这些风险因素的存在是设计人员考虑不周、现场经验不足等所导致的。

2.1.3 施工技术因素风险

施工技术风险是三个风险中最主要的风险因素，影响施工技术水平的因素主要包括施工设备材料、工作人员素质和施工管理等。

2.2 肯特指数法的建立

肯特指数法是由美国最早提出并应用于管道的一种风险评分指标体系[11]。由于该方法分析简明、操作简单，逐渐应用于其他行业和工程。与之相类似，隧道工程的安全风险评估与管道评估流程一致。

2.2.1 指数分类

结合高速公路隧道施工的特点和上节对施工风险因素的分析，将指数分为四个大类：基本指数、设计指数、施工指数和风险损失指数。基本指数包括地形地质、周边环境和隧道自身特征(长度、开挖断面、洞口形式和施工方法等)。设计指数主要包括勘察设计和施工图设计。施工指数主要包括施工设备材料、工作人员素质和施工管理三个方面。施工指数权重可以参照《公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估指南》[12]，通过专家打分和隧道事故具体原因分析来确定肯特指数权重性及评分，如表1所示。风险损失指数也是参照文献[12]进行风险等级的确定，主要考虑人员伤亡数量、社会影响和经济损失，如表2所示。

2.2.2 计算公式的确定

基于风险评估的基本概念，风险综合指数R等于风险发生的概率P×风险损失指数D。结合公路隧道指数分类标准，风险概率指数包括基本系数A、设计系数B、施工系数C。相关系数计算公式如下：

R=P×D

(1)

P=A×B×C

(2)

A=(a1+a2+a3)/a

(3)

B=(b1+b2)/b

(4)

C=(c1+c2+c3)/c

(5)

式中：a、b、c分别表示基本指数、设计指数和施工指数最大值的1/2。

肯特指数法对高速公路隧道施工风险评估的流程如图1所示。

表1 施工指数评分标准表

表2 人员伤亡、经济损失等级表

图1 隧道施工安全风险评价流程图

2.2.3 肯特指数法评分准则

参照《公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估指南》[12]，风险接受准则分为：不可接受(R≥100)、不愿接受(50≤R<100)、可接受(20≤R<50)和可忽略(R<20)，对应的风险等级分别是Ⅰ～Ⅳ级(可忽略～不可接受)。

2.3 肯特指数法的工程应用

通过肯特指数法的评估过程与公路隧道的实际概况相结合，得到该公路隧道的风险等级类型。肯特指数法评估的步骤为：

(1)由于基本指数和设计指数没有列出具体的打分标准，所以采用专家打分确定基本系数和设计系数的数值[13]。

(2)每个施工指数类型的指数值根据表1进行确定，最终得到施工系数C为6.273。

(3)根据下页表3可以确定风险损失指数D为18。

(4)将上述确定的系数和指数分别代入公式(1)、公式(2)，最终得到隧道风险综合指数D为32.4。

利用肯特指数法对公路隧道施工风险进行评估，其评估结果见下页表3。

表3 某高速公路隧道的肯特法评估结果表

由表3可知，该高速公路隧道施工风险综合指数R为32.4，根据风险等级评价标准，可以判断该公路隧道的风险结果在可接受范围之内，这与实际隧道施工现状比较吻合，所以需要加强该高速公路隧道的施工安全措施，保证施工过程的顺利进行。

3 结语

(1)本文结合隧道施工风险特点，将肯特指数法的评估指数分为基础指数、设计指数、施工指数和风险损失指数，符合现场实际工程的要求。

(2)运用建立的肯特指数法模型对某高速公路隧道施工进行风险评估，并对各个指数的取值进行确定，得到的评估结果认为该高速公路隧道施工处于可接受风险水平，与现场实际安全检查基本吻合，从而验证了该方法可以进行隧道施工风险的评估。根据评估结果，需要采取相应措施加强隧道施工过程的安全。