吴 强

(中铁第四勘察设计院集团有限公司，湖北 武汉 430063)

0 引言

由于交通土建工程往往投资大、周期长，且环境复杂、涉及利益群体多等，影响工程建设目标的不确定因素相对较多，在工程项目管理中应用风险管理理论对不确定因素引起的工程建设风险进行管理，正日益受到工程建设各方的关注和重视[1]。随着中国铁路建设的快速发展，为加强铁路建设工程风险管理工作，提高风险管理技术水平，中国铁路总公司于2014年颁布了《铁路建设工程风险管理技术规范》[2]，并于2016年颁布了《铁路隧道工程风险管理技术规范》[3]，路基工程风险管理尚未有相关规范，随着国内高速铁路的兴建，对路基工程的质量标准提出了新的要求，复杂的地质情况和成灾原因多样性使路基工程存在各种风险，而目前国内，铁路路基工程风险管理还不是很健全[4]，相关研究较少，其中魏永幸运用专家评分和层次分析相结合的方法对软土地区、山区铁路路基进行风险评估管理[5,6]，时红斌开展了大准至朔黄铁路重大路基工点危险源辨识与评估[7]。本文对新建巢湖至马鞍山高速铁路路基工程施工图设计进行了风险评估，评估程序、评估方法和评估结论可供类似高速铁路路基工程风险评估参考。

1 工程概况

新建巢湖至马鞍山铁路(以下简称“巢马铁路”)途经安徽省巢湖市、马鞍山市，是合肥南向沿江高铁的重要组成。巢马铁路新建正线60.691 km，联络线11.742 km，正线设计时速350 km/h，为无砟轨道高速铁路，正线路基12.528 km，联络线路基0.912 km，路基占比正线全长20.6%。

路基工点类型主要有：路堤边坡防护加固、路堑边坡防护加固(膨胀土路堑、土质及软质岩石路堑、硬质岩路堑)；地基加固处理路基(软土及松软土路基、一般土质路基)；浸水路基(水塘路堤、水塘路堑、内涝区路基)、不良地质路基(地下水发育路堑、顺层路堑、岩溶路基)、邻近既有线路基等。

2 工程地质条件

2.1 地形地貌

沿线依次通过巢湖市、含山县、和县等，跨越长江后入马鞍山市，沿线跨越多个地貌单元，其中巢湖段位于巢湖湖积平原区，地势平坦、开阔，地面高程6 m～8 m。巢湖至含山县段线路穿越剥蚀残丘间谷地区，局部穿越二级阶地和少量一级阶地，丘陵区地面相对高差50 m～200 m，自然坡度15°～35°，地表植被发育。含山县至马鞍山段地貌以长江及其支流的一、二级阶地为主，一级阶地地形平坦、开阔，地面高程在6 m～8 m，沟、塘密布，二级阶地呈垄岗地貌，波状起伏，地面高程10 m～20 m。局部穿越剥蚀丘陵区，地形较起伏，地面高程20 m～120 m。

2.2 地层岩性

沿线志留系、泥盆系均为碎屑岩，主要分布于巢湖至含山县及马鞍山附近；石炭系、二叠系、三叠系主要以碳酸盐岩为主，主要分布于含山褶皱带两翼，侏罗系岩性以碎屑岩及火山碎屑岩为主，在巢湖至含山县及马鞍山附近零星出露；白垩系为红色碎屑岩，广泛分布于含山至马鞍山段长江冲积平原；区内燕山期多次岩浆侵入，岩性主要为花岗岩、花岗闪长岩、闪长岩等。第四系各类成因的松散堆积物全线广袤分布，以平原、谷地地带较为集中，厚度变化大。

2.3 水文地质

本线地下水类型主要为第四系松散岩类孔隙水、基岩裂隙水及岩溶水，不同的地貌单元其水文地质特征各不相同。

2.4 地质构造与地震动参数

线路经过一级大地构造单元为扬子准地台，位于郯庐断裂带以南，区域地质构造运动大致经历了四个旋回：印支以前、印支期、燕山期、喜马拉雅期。根据巢马铁路地震安全性评价成果，50年超越概率10%水平下工程线路归档为0.05g分区，工程线路Ⅱ类场地反应谱特征周期0.35 s。

2.5 不良地质与特殊岩土

本线不良地质现象主要有滑坡、危岩落石崩塌、岩溶、不稳定斜坡(顺层、矿坑)等，特殊岩土主要为软土及松软土、膨胀土、人工填土。

3 评估程序和方法

3.1 评估程序

首先对初始风险进行识别，形成风险源指标体系，然后对初始风险进行评价，对各个风险因素评价其发生的概率和后果等级，并最终确定出初始风险等级，依据风险评价结果和风险接受准则，制定相应的风险防范方案和措施，最后根据风险接受准则对风险进行再评估，确定残留风险等级(见图1)。

3.2 评估方法

路基风险评估可采用专家调查法、指标体系法、核对树法、风险矩阵法、层次分析法、故障树法、模糊综合评估法、敏感性分析法等方法。本文路基风险评估采用定性与定量相结合，以指标体系法为主，专家调查法为辅，两者相结合，综合分析评判路基风险因素、风险事件的概率大小及后果严重程度，确定风险等级。

1)专家调查法(如表1所示)是在风险识别的基础之上，请有关专家对风险因素发生的概率和影响程度进行评价，然后再综合整体风险水平进行评价。该方法的优点是简单易行，能够节约成本和时间。专家组每个成员，首先分别对建设规模、地质条件、诱发因素和施工环境4个分项，按4个风险等级分别给出分项评定分值Ri，即：等级Ⅳ(极高风险)(4分)、等级Ⅲ(高风险)(3分)，等级Ⅱ(中度风险)(2分)，等级Ⅰ(低度风险)(1分)；其次，专家对分项评估分值给出专家信心指数Wi。专家信心指数可根据对评估对象的认知程度、类似工程经验，专业技术水平等给出。

表1 专家调查评估表

最后根据专家评定的评价Dr，按下列界限划分路基工程安全风险等级：

Dr≥3.5 等级Ⅳ (极高风险)；

3.5>Dr≥2.5 等级Ⅲ (高度风险)；

2.5>Dr≥1.5 等级Ⅱ (中度风险)；

Dr<1.5 等级Ⅰ(低度风险)。

2)指标体系法(如表2所示)是根据评价对象可能发生的风险事件，逐级进行风险因素分类，然后对每一类再进行风险因素指标分析，提出评估指标，形成完善的指标体系。对于路基工程风险评价则根据建设规模、地质条件、诱发因素、施工环境将指标分为4个主要反映路基风险的大类。在指标分类的基础上，提出评估指标，形成路基风险评价指标体系。

表2 指标体系法评估表

采用“按评估指标重要性排序确定权重取值”的方法。

(1)

其中，γ为权重系数；n为评估指标(重要指标)项数；m为重要性排序号，m≤n。

路基工程安全风险指标值按式(2)、式(3)计算确定：

F=∑Xij

(2)

Xij=Rij×γij

(3)

其中，Xij为评估指标的分值，i=1,2,3,…,n；j=1,2,…,n；n为对应第i类评估指标中重要指标的数量。

3.3 风险分级及接受准则

根据事故发生的概率和后果等级，将风险等级分为四级：低度、中度、高度、极高。低度风险等级接受准则为可忽略，此类风险较小，不需采取专门的风险处理措施，后续施工过程中做好风险管控；中度风险等级接受准则为可接受，此类风险次之，一般不需(或适当)采取风险处理措施，但需予以监测；高度风险等级接受准则为不期望，此类风险较大，必须采取处理措施降低风险并加强监测；极高风险等级接受准则为不可接受，此类风险最大，必须高度重视，一般应规避，否则要不惜代价降低，至少降低到不期望的程度。

4 路基风险评估

4.1 路基风险事件分析

根据巢马铁路路基工点的建设规模、地质条件、诱发因素、施工环境等因素，可将全线路基工点按类型分为一般路基、高填路堤、膨胀土路基、软土路基、深路堑高边坡路基、岩溶路基和邻近既有线路基。路基可能存在的风险事件有路基整体失稳、路堤边坡溜坍垮塌、路堤工后沉降差异沉降超过规范允许值、路堑边坡失稳垮塌、支挡结构变形破坏、危及既有线安全等。

4.2 路基风险评估结果

通过对巢马铁路全线路基工点的风险事件和主要风险因素进行分析(见表3)，确定初始风险等级，针对初始风险评估结果，采取有效的风险控制措施降低风险，如膨胀土路基合理选择支挡结构、路堑边坡加强坡面防护，深路堑边坡分级开挖、分级支护，软土路基路堤填筑期间加强沉降变形监测，岩溶路基加强地质补充勘探，邻近既有线路基加强施工安全防护措施和既有线变形监测等。通过采取针对性的风险防范措施，有效地降低路基中典型风险的概率和后果，降低路基的风险等级，并对残留风险再次进行评价。

表3 巢马铁路路基风险评估一览表

4.3 典型路基风险评估

1)DK7+177.740～DK7+494.500顺层深路堑、岩溶路基。

本段路基主要风险因素为：下伏灰岩，岩溶强烈发育；左侧路堑为石英砂岩夹泥质砂岩地层，横断面视倾角30.8°，倾向右侧，路堑最大边坡高度约21 m。表层粉质黏土具中等膨胀，厚3 m～7 m。

该路基可能发生的风险事件包括：路堤整体失稳、边坡局部坍塌、溜坍；路堤差异沉降、不均匀沉降；路堑边坡顺层滑动；路堑边坡或路堤隆起。

经风险综合评价，该段路基初始风险等级为高度。

主要风险防范措施：灰岩段采用桩板结构地基加固；钻孔桩在施工前进行补勘，补勘后完善桩长设计，以指导现场施工；深路堑地段采用桩板墙、挡墙防护，边坡采用框架锚杆护坡；膨胀土路堑边坡采用C25混凝土拱形截水骨架内空心砖客土撒草籽+栽种灌木防护。

在采取相应的风险防范措施后，其残留的风险等级为低度，主要为施工风险，在后续施工中仍需重点关注。

2)K43+355.000～K43+656.130邻近既有线路基(马鞍山东站)。

该段路基主要风险影响因素为：邻近既有宁安铁路马鞍山东站，马鞍山东站正线及紧邻正线的到发线铺设无砟轨道，设计时速250 km/h，巢马联络线需对既有线进行帮宽；路堤帮宽最大高度约5.0 m。

该路基可能发生的风险事件包括：路堤整体失稳、边坡局部坍塌、溜坍；路堤差异沉降、不均匀沉降；支挡结构变形、破坏；邻近既有线施工，危及既有线安全；泡沫轻质土新材料施工风险。

经风险综合评价，该段路基初始风险等级为高度。

主要风险防范措施：路基帮宽采用C40钢筋混凝土钻孔桩+槽型挡土墙支挡收坡；路基填料采用泡沫轻质土帮宽；帮宽路堤时沿既有路堤坡面挖宽度不小于1 m的台阶，分层加筋碾压；邻近既有线施工采取必要的安全防护措施，如钢板桩防护，钢管防护网、挡板等，紧邻既有线钻孔桩施工采取钢护筒跟进；每20 m设置一个自动监测断面，对既有线路基进行变形监测；施工前编制专项施工方案报建设和既有线设备产权、运营单位审批。

采取相应的风险防范措施后，其残留的风险等级为中度，主要为邻近既有线钻孔桩、路基帮宽的施工风险及泡沫轻质土新材料的施工风险，在后续施工过程中需重点关注，加强施工风险管理。

5 结语

1)通过对高速铁路路基进行风险辨识，形成风险源指标体系，采用定性与定量相结合，以指标体系法为主，专家调查法为辅，两者相结合，对高速铁路路基进行初始风险评估。建立路基风险分级及接受准则，结合初始风险评估结果，进行路基工点针对性风险防范设计，并对采取风险防范措施后的路基工点进行残留风险评估。风险评估结果可作为下阶段路基施工风险管理的依据，并指导施工，使得风险可控。

2)新建高速铁路路基风险评估是铁路建设工程风险管理面临的新课题，本文以巢马铁路为例，根据路基的地质条件和工点类型，对路基风险评估程序、评估方法、风险分级及接受准则进行了研究，形成一套新建高速铁路路基风险评估体系，对类似新建高速铁路工程路基风险评估工作具有参考意义。