鄂尔多斯南部铁路有限责任公司 内蒙古呼和浩特 010050
摘要：在建设过程中，由于受到周围交通环境复杂多样性的影响，特别是需要在已有的平面交通方式上跨越，传统的施工工艺已不能满足建设的需要，顶推施工技术恰恰能弥补这方面的缺陷，本文以内蒙古呼和浩特市巴彦淖尔路改造提升工程上跨铁路桥为研究案例，利用层次分析法对桥梁顶推施工潜在风险因子进行识别与评估，引入数学综合模糊评价法建立安全风险综合评估模型，最终得到该钢箱梁桥顶推施工的总风险。通过安全风险管理研究，对施工中可能出现的风险因素加以分析和控制，在保证该桥施工安全和下方铁路交通安全性的同时，也为同类跨线桥梁的施工安全风险管理提供参考。
关键词：上跨铁路桥梁；顶推施工；安全风险管理
一、上跨铁路营业线桥梁顶推施工安全风险识别
1.1工程概况及重点分析
本立交桥为巴彦淖尔路改造提升工程上跨呼和浩特西站咽喉区、唐呼上下行线、京包客专及站场线。为了提升道路通行能力，拟在呼和浩特西站咽喉区唐呼上行线K843+480、京包客专上下行线K492+645处拟新建上跨铁路立交桥，上跨铁路部分采用(61.02+62.62+67.0+22.669)m等截面钢箱梁通过。上跨铁路(61.02+62.62+67.09)m等截面顶推连续钢箱梁+22.66m架设钢箱梁为本标段的重点工程，也是全线控制性工程，跨下部结构施工，铁路安全防护要求高，施工进度缓慢，制约工程整体进度。钢箱梁采用多点顶推法施工，在引桥布置安装顶推平台，并在其上布置滑道，逐段焊接逐段向前滑移，需按照营业线要求进行施工，及时和铁路部门联系，要点顶推施工，对铁路进行封锁，安全风险极高，施工难度很大。
1.2常见施工安全风险识别
本文在对该项目施工过程中风险因素的辨识上，首先，对顶推施工中可能产生的风险进行预估和分类归纳，结合前期对项目资料的调研以及对顶推施工中施工重点难点、施工流程、施工方法等的信息搜集，将顶推施工阶段进一步按照环节细分，对每个环节进行精细的风险辨析，使项目风险管理体系的构建具有更高的全面性和精准性，可以预判、评估和管控施工全流程中的风险。并根据该项目顶推施工阶段的实际情况以及以前类似顶推项目中所出现过的问题，将风险进行分类。本次进行安全风险识别，以调查问卷的形式访问现场施工人员、管理人员和相关专家共10人，得到桥梁顶推施工各一级和二级指标的评分，如表1-1所示；每项指标评分区间0-100分，高风险80-100分，较高风险60-80分，中度风险40-60分，一般风险20-40分，低风险＜20分，评分越高，风险出现的概率越大。
表1-1跨铁路营业线桥梁顶推施工各项风险指标评分
Table 1-1 The scores of various risk indicators for the incremental launching of steel box girder.
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二、上跨铁路营业线桥梁顶推施工安全风险评估的模型构建
2.1计算各级权重。利用九标度法分析计算出风险因子的权重值，具体计算步骤如下所示：
①构造判断矩阵。
根据调查问卷取各风险指标分数的平均值，并定义指标之间分数差与标度数的关系如下：
Xi-Xj=a
其中：Xi表示i指标的分数平均值。
根据上述标准，进行评分表（各项风险指标的平均分求出相应的比例标度aij，并建立判断矩阵A（aij）制定：
表2-1工程师对总体因素（一级指标）综合评分表
Table 2-1 Engineer's Comprehensive Score Sheet for Overall Factors
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表2-2工程师对材料因素（二级指标）综合评分表
Table 2-2 Engineer's Comprehensive Score Sheet
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表2-3工程师对环境因素（二级指标）综合评分表
Table 2-3 Engineer's comprehensive score on environmental factors
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表2-4工程师对设施因素（二级指标）综合评分表
Table 2-4 Engineer's Comprehensive Score Sheet for Facilities Factors
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表2-5工程师对人员及其他因素（二级指标）综合评分表
Table 2-5 Engineer's comprehensive score for personnel and other factors
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②计算各级权重
以总元素的一级权重指标计算为例：
计算每行元素乘积Mi的n次方
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=2.340，
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=1.414，
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=0.841，
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=0.359
③将向量
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正规化
W1=0.472，W2=0.285，W3=0.170，W4=0.073
W=（0.472，0.285，0.170，0.073）T
④计算判断矩阵的最大特征根
AW=
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=(1.915，1.151，0.687，0.295)T
λmax=
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(
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)=4.051。
⑤指标一致性检验
CI=（4.051-4）/（4-1）=0.017，n=4时，RI=0.9，
CR=CI/RI=0.017/0.9=0.019所得值小于0.10，判断其通过了一致性检验法则，一级指标的权重集为W=（0.472，0.285，0.170，0.073）T。
2.2计算各二级权重
同上述计算过程，根据公式计算得到各项二级指标的权重，并进行一致性检验，各因素二级指标权重检测结果如下：
表2-6材料风险中二级风险指标计算
Table 2-6 Calculation of secondary risk indicators in material risk
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表2-7环境风险中二级风险指标计算
Table 2-7 Calculation of secondary risk indicators in environmental risks
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表2-8 设施风险中二级风险指标计算
Table 2-8 Calculation of secondary risk indicators in facility risk
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表2-9人员及其他风险中二级风险指标计算
Table 2-9 Calculation of secondary risk indicators in personnel and other risks
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综上所述，上跨铁路营业线桥梁顶推施工过程中，各项风险指标权重总结如表2-10所示，总权重为一级指标权重和二级指标权重的乘积。
表2-10上跨铁路营业线桥梁顶推施工各项风险指标权重值
Table 2-10 The weight of various risk indicators in the incremental launching of steel box girder.
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由上表得到各级权重为：
W=[0.47 0.29 0.17 0.07]
W1=[0.45 0.08 0.31 0.11 0.05]
W2=[0.75 0.10 0.16]
W3=[0.05 0.17 0.37 0.20 0.06 0.10 0.05]
W4=[0.11 0.89]
三、上跨铁路营业线桥梁顶推施工安全风险评价及分析
3.1模糊数学综合评价法合成上级指标
本文使用了模糊综合评价法来完成对下级指标全值合成上级指标的计算。在前文所构建的指标体系的基础上，采用了二级模糊评价方法进行计算，具体分解为下面四个计算步骤。
（1）评价因素集合U={u1，u2，u3，…um}
评语等级集合V={v1，v2…vn}
第i子集ui={ui1，ui2…uin}，i=1，2，…n
根据每层级各项评价因素影响程度的不同建立不同的权重指标。例如，第一层级A={a1，a2，a3，…ai，an}，第i层级的Ai={ai1，ai2，ai3，…aij，ain}。
（2）使评价集合V={V5，V4，V3，V2，V1}={高风险，较高风险，中度风险，较低风险，低风险}；将主观评价进行量化方便下步计算，依次赋值0.9、0.7、0.5、0.3、0.1，并记为V=[0.9 0.7 0.5 0.3 0.1]。
（3）一级模糊综合评价：因为第二层级评价指标可以决定第一层级评价指标的，所以将第二层级的单因素评价矩阵Ri表示如下，第二评价模糊集即第一模糊评价Bi。
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（3-1）
Bi=Ai×Ri=[ai1，ai2…aij，ain]×
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=[bi1，bi2…bij，bin] （3-2）
4.二级模糊综合评价
进行二次模糊综合评价来得出最高层级的评价结果
第一层级单因素评价矩阵表示为：
Ri=
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=
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（3-3）
将二级模糊评价第一层级模糊评价矩阵表示为：
B=A×Ri=A×
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=[b1，b2……bp] （3-4）
按照上述过程进行计算，根据单因素模糊评价结果B（ii=1，2，3，4）进而得出U集合的各子集综合性评价矩阵。结合各子集的权重向量系数A以及综合评价决策矩阵，求得了安全风险管理模糊综合评价结果。
B=W×R=[w1，w2，w3，w4]×[B1，B2，B3，B4]T=[b1，b2，b3]（3-5）
通过公式P=B×VT得到最终风险评价结果，即施工风险发生概率。根据最大隶属原则评定模糊综合评价结果为高风险，较高风险，中度风险，较低风险，低风险。
3.2模糊数学综合评价法计算结果及分析
为了完成本次研究，验证安全风险综合评价模型有效性，以上跨铁路营业线桥梁顶推施工的梁桥为研究对象，从建管处各专业科室组织了10名主管工程师组成专家检查小组，向行业专家发出附录二中所示专家调查问卷，根据各专家工作经验和项目特点，从人员、材料、环境和设施管理四个方面对本工程的各个安全风险因素的隶属度进行评价，通过打勾的方式确定相应的评价等级，为能够准确描述工程风险，本文分为五个等级，用评价等级V来表示及V={V5，V4，V3，V2，V1}={高风险，较高风险，中度风险，较低风险，低风险}={0.9，0.7，0.5，0.3，0.1}。将回收问卷中各项风险的评价等级数目进行求和，并计算每项指标所占比率，来确定各项影响因素的隶属度，根据专家评价结果计算如下表3-1：
表3-1风险因素工程风险隶属度表
Table 3-1 Risk Factors Engineering Risk Membership Degree Table
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根据隶属度计算结果，得到单因素评价矩阵Ri（i=1，2，3，4），确立模糊关系矩阵Rk：
R1=
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R2=
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R3=
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R4=
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B=W×R，根据该公式按照由低到高的层级顺序进行评估，得到总风险评价指标对评语集的隶属向量B。根据单因素评价矩阵Ri（i=1，2，3，4）和wi，计算得到单要素模糊评价结果Bi，具体步骤如下。
B1=W1×R1=[0.45 0.08 0.31 0.11 0.05]×R1=[0.256 0.1685 0.4035 0.2535 0.105]
B2=W2×R2=[0.75 0.10 0.16]×R2=[0.013 0.358 0.3875 0.0935 0.163]
B3=W3×R3=[0.05 0.17 0.37 0.20 0.06 0.10 0.05]×R3=[0.0685 0.2435 0.397 0.1825 0.086]
B4=W4×R4=[0.11 0.89]×R4=[0.555 0.4115 0.222 0.211 0.1]
根据单要素模糊评价结果Bi，得到综合评价决策矩阵R
R=
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B=W×R=[0.47 0.29 0.17 0.07]×R=[0.1396 0.2532 0.3851 0.1921 0.1182]
根据公式P=B×VT得到最终风险评价结果，由最终计算结果，顶推施工过程中风险发生概率为：
P=B×VT=[0.1396 0.2532 0.3851 0.1921 0.1182]×
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=[0.5648]
计算得到上跨铁路营业线桥梁顶推施工总风险为0.5648，参照表3-2进行上跨铁路营业线桥梁顶推施工安全风险评估，故本文上跨铁路营业线桥梁顶推施工安全总风险属于V3等级，中度风险。同理计算，一级指标中，主梁风险P1=0.5356，中度风险；因上跨铁路营业线，对周边环境的影响P2=0.6034，属于中度风险V3和较高风险V4的交界点；设施风险P3=0.4917，中度风险；人员及其它风险P4=0.7237，风险较高，主要原因来源于施工人员可能出现的操作失误。
表3-2安全风险等级划分
Table3-2 Division of security risk levels
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四、总结
采用层次分析法对钢箱梁桥顶推施工的安全风险进行评价，得到各项风险指标的评分和权重，建立上跨铁路营业线桥梁顶推施工安全风险评价模型，进一步计算得到各项一级指标风险和顶推施工的总风险。最后，应用模糊综合评价体系对其总体风险进行了评价，由评价结果可知，上跨铁路营业线桥梁顶推施工总风险属于V3等级，中度风险，依托工程成功的案例验证了综合评价模型的科学有效性。未来在该领域内，还需要进一步提高上跨既有线桥梁施工安全技术，完善铁路施工安全管理理论，不断加强上跨铁路营业线桥梁施工项目的安全管理工作，防止或减少铁路行车安全事故和施工安全事故的发生。
参考文献
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