宋 丹，楊肅博，譚 馳，龔 立，李 靈

(1.重慶市環(huán)境監(jiān)測中心，重慶 401147;2.重慶忠慶環(huán)境工程咨詢服務(wù)有限公司，重慶 400016;3.四川省環(huán)境工程評估中心，成都 610041)

交通項目中的橋梁工程特別是跨大江、大河橋梁在環(huán)境風險方面具有其專有的特點?？绾訕蛄汗こ踢\營期存在的風險主要表現(xiàn)在工程投運后，運輸有毒有害及易燃易爆等危險物品的車輛因交通事故或違反危險品運輸?shù)挠嘘P(guān)規(guī)定，運輸途中發(fā)生交通事故，造成有毒有害品泄漏或是有毒有害物品運輸車輛墜落入江中，產(chǎn)生嚴重的環(huán)境以及飲用水水質(zhì)污染問題。因此，在環(huán)境影響評價中，對跨河橋梁發(fā)生環(huán)境風險的概率進行合理的分析就顯得尤為重要［1，2］。

本文選擇以重慶主城區(qū)某跨江橋梁為例，綜合考慮區(qū)域交通事故統(tǒng)計、事故影響因素、橋梁限制條件等方面，對跨河橋梁的環(huán)境風險概率進行分析，以尋求得到切實可行的計算風險概率的方法［3］。

1 可信風險事故類型

跨江橋梁項目存在的可信風險事故主要是危險品運輸風險，包括以下兩方面:

(1)危險品運輸車輛在橋面發(fā)生事故，造成運輸?shù)奈ｋU品外泄、外溢、噴發(fā)等，進而使?；愤M入水體，可能造成的水體污染;

(2)危險品運輸車輛失控沖入水體或是經(jīng)欄桿攔截后發(fā)生罐、車分離，危險品罐墜入江中，造成水質(zhì)污染［3，4］。

2 重慶市交通事故資料統(tǒng)計

2.1 重慶市交通事故統(tǒng)計

根據(jù)重慶市政府公布的歷年道路交通事故情況盤點以及重慶市年鑒中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，全市2004年～2011年發(fā)生交通事故統(tǒng)計見表1。

從表1 中可看出，重慶市交通事故量隨著年份的增加呈現(xiàn)出先升高后降低趨勢，1999年～2003年之間，由于車輛的陡增以及城市交通體系處于逐步完善過程，造成了交通事故逐年增加;而2003年后，隨著城市交通管理水平、道路安全保障措施以及駕駛員自身素質(zhì)的提高，交通事故量在而后的幾年內(nèi)出現(xiàn)了明顯下降，直至2009年～2011年，交通事故開始進入了一個較為緩和的下降過程。由此可以推斷未來的年份，重慶市交通事故量將處于一個平穩(wěn)期。

表1 重慶市歷年交通事故統(tǒng)計Tab.1 Statistic for traffic accidents in Chongqing over the years

因此，將2009年～2011年之間的交通事故統(tǒng)計平均值作為評價依據(jù)具有較好的代表性和有效性。

2.2 區(qū)域交通事故比例

按照重慶市歷年交通事故組成以及全市公路工作會議統(tǒng)計信息結(jié)果，主城區(qū)范圍內(nèi)與城鄉(xiāng)結(jié)合處、遠郊地區(qū)發(fā)生交通事故的比例見表2。結(jié)合統(tǒng)計結(jié)果，主城區(qū)范圍事故比例逐年增加，接近占總事故量的50%，評價可以此作為事故統(tǒng)計比例。

表2 區(qū)域交通事故比例統(tǒng)計Tab.2 Proportion statistic for tracffic accidents in different area

2.3 通車里程統(tǒng)計

根據(jù)重慶市統(tǒng)計年鑒，重慶市歷年通車里程統(tǒng)計見表3。按照區(qū)域進行通車里程統(tǒng)計見表4。

表3 重慶市歷年通車里程統(tǒng)計Tab.3 The analysis for the traffic accidents

表4 2011年分區(qū)通車里程統(tǒng)計Tab.4 Statistic for mileage open to traffic in different subregions in 2011

3 區(qū)域交通事故概率及影響因素分析

3.1 單位里程交通事故概率

本次評價項目位于重慶市主城區(qū)，選取2011年作為評價基準年，則按照主城區(qū)域交通事故統(tǒng)計比例計算得出評價基準年主城區(qū)交通事故為2865次;然后依據(jù)主城區(qū)都市發(fā)達經(jīng)濟圈交通里程統(tǒng)計(9379km)來計算擬建大橋所處區(qū)域平均交通事故概率為0.3054 次/km·a。

3.2 項目區(qū)域交通事故因素

為了更準確預(yù)測擬建項目區(qū)域事故概率，針對本項目路段可能涉及的引發(fā)事故特征，本評價依據(jù)交通部統(tǒng)計數(shù)據(jù)以及重慶歷年 (2000年～2011年)道路交通事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行交通事故關(guān)鍵影響因素及特征分類統(tǒng)計［5］，具體結(jié)果如表5。

表5 交通事故發(fā)生特征分析Tab.5 The analysis for the traffic accidents

4 評價項目大橋可信事故概率計算

鑒于項目所處區(qū)域的環(huán)境敏感程度，為了突出擬建項目擬采取的風險防范措施對降低事故發(fā)生概率的作用，本文分別從未采取防范措施、采取設(shè)計措施后以及采取評價建議補救措施后的可信事故概率3 種情況進行概率分析計算。

4.1 未考慮防護措施可信事故概率計算

(1)概率估算公式

本次研究將常用交通項目事故概率計算經(jīng)驗公式進行了限制因素優(yōu)化，針對跨江大橋項目特有的風險特征增加了部分影響參數(shù)，來預(yù)測項目發(fā)生風險事故的概率，具體公式如下［6］:

式中:

P :預(yù)測危險品發(fā)生風險事故的概率，次/年;

Q0:項目區(qū)域交通事故概率，次/年;

Q1:貨車占整個交通量的比例，%;

Q2:運輸危險品占貨運量比例，%;

Q3:路線特征占事故總數(shù)比例，%;

Q4:事故發(fā)生區(qū)域(路側(cè)事故)占事故總量比例，%;

Q5:事故形態(tài)(翻車)占事故總量比例，%;

Q6:事故形態(tài) (出橋面、墜落)占事故比例，%;

Q7:事故形態(tài)下發(fā)生泄漏的概率，%;

Q8:預(yù)測評價年交通量與現(xiàn)有統(tǒng)計交通量比例，%。

(2)影響參數(shù)取值

根據(jù)擬建項目實際情況分別對經(jīng)驗公式中影響參數(shù)進行取值分析。具體取值及依據(jù)見表6。

表6 影響參數(shù)取值(未采取措施)Tab.6 The values for the Impact parameters (without measures)

(3)概率計算結(jié)果

在不考慮采取防范措施的情況下，概率預(yù)測計算結(jié)果為:評價年發(fā)生危險品運輸車輛影響墜橋而影響飲用水水源的事故概率約為0.000000529 (即5.29 ×10-7)次/年。

評價參考《危險評價方法及應(yīng)用》中各種風險水平及其可接受程度，由于跨江河流可能存在影響下游飲用水水源等敏感因素，因此本研究對事故的可接受概率選取為低于最高級別標準(10-6/a)，即為10-7/a。因此，可以看出，在未采取措施的情況下，擬建項目發(fā)生危險品進入水體影響飲用水安全的概率高于可接受水平。

4.2 考慮采取設(shè)計措施后可信事故概率計算

(1)概率估算公式

同樣采用上述經(jīng)驗公式來預(yù)測發(fā)生風險事故的概率:

式中:Q0～Q8同式(1);

Q9:橋面防撞欄以及人行道加強欄桿對事故的降低比例。

(2)影響參數(shù)取值

擬建大橋在橋面兩側(cè)布置0.7m 高加強組合式防撞欄以及人行道加強欄桿，設(shè)計負荷滿足《公路交通安全設(shè)施設(shè)計規(guī)范》 (JTG D81 -2006)中規(guī)定的SB 級防撞等級。本評價針對設(shè)計擬采取的防范措施后的影響參數(shù)(Q8、Q9)進行分析。

①危險品車翻越防撞欄桿概率分析(Q8)

車輛與護攔理想的碰撞和防護發(fā)生在車輛重心高度及前保險杠高度與護欄梁的高度相當?shù)那樾蜗?，否則容易發(fā)生兩種情況:車輛鉆入護欄橫梁下面或者車輛從護欄橫梁上翻越。

本次研究主要對避免車輛翻越情況下防護欄桿最低高度進行校核計算。

A:碰撞條件統(tǒng)計

車輛類型及噸位:考慮擬建項目區(qū)域可能存在的危險品運輸類型，參考國內(nèi)公路車輛碰撞欄桿事故調(diào)查結(jié)果，同時依據(jù)重慶市危化品運輸車輛登記標準，評價選取18t 貨車為碰撞參考車型。

碰撞角度:車輛與護攔的碰撞角度服從正態(tài)分布，85%保證率的碰撞角度為20.3°，因此，本評價選取初時碰撞角度為20°。

初始速度:擬建項目設(shè)計車速為60km/h，考慮到事故多發(fā)生在超速行使的狀態(tài)，本次選取初始碰撞速度為80km/h。

B:碰撞事故翻越計算及汽車質(zhì)心高度核準［8］

本評價利用能量守恒定理，假設(shè)汽車撞擊護攔后，垂直于護攔的速度帶來的動能全部轉(zhuǎn)化為翻越欄桿的勢能。

如圖1、圖2 所示，車輛與護欄接觸后向護欄靠攏且與護攔平行，然后在前進的同時繞O 點發(fā)生橫向轉(zhuǎn)動。

設(shè)車輛平行于護欄時的橫向速度為V0sinθ，在Δt 時間后，車輛相對于O 點的角速度為ω，橫向速度為V，則ω·h=V，其中θ 為汽車初始駛?cè)肱鲎步嵌龋琱 為車輛質(zhì)心距護欄頂端的垂直距離［9，10］。

圖2 汽車碰撞平面示意圖Fig.2 The schematic diagram of plane for the car crash

根據(jù)動量定理和動量矩定理:

其中J 為汽車的轉(zhuǎn)動慣量，可求出車體的橫向速度:

根據(jù)上式可以得到車輛動能為:

碰撞過程中最不利的情況為質(zhì)心越過O 點上方從而導(dǎo)致車體傾覆，該極限情況就是碰撞初始動能全部轉(zhuǎn)化為汽車的勢能，使得汽車質(zhì)心恰好轉(zhuǎn)至O 點上方，此時車體的動能為0。因此，根據(jù)功能原理:

依據(jù)上式可以求出h 的極大值，最后根據(jù)車體的質(zhì)心高度可以求出護欄高度。

根據(jù)前述設(shè)計條件:速度80km/h，質(zhì)心高度為H 的18t 位貨車與防護欄發(fā)生初始角20°的碰撞時，計算得h=0.66m。擬建項目采用的《公路交通安全設(shè)施設(shè)計規(guī)范》(JTGD81 -2006)》的F 型護欄，不考慮汽車碰撞時爬高，因此，可得護欄高度應(yīng)為H-0.66。

擬建項目擬采取的護攔高度為0.7m，則可推得汽車的質(zhì)心高度為1.36m。考慮到汽車初始碰撞速度相對保守，可以認為在防護欄高度為0.7m 的情況下，可以有效地避免質(zhì)心高度為1.4m 的貨車碰撞過程發(fā)生翻越事故。

C:欄桿碰撞強度計算

考慮到項目所在區(qū)域可能造成二次污染重大事故，擬建項目護攔防撞等級為SB 級別。根據(jù)SB級別碰撞強度試驗條件，我國對護攔的防撞力進行了實測與計算比較，具體見表7。

表7 防護欄碰撞力比較Tab.7 The collision force comparison of the fence

從表7 中可看出，擬建項目采取的SB 防撞級別可以抵擋20t 貨車、80km/h 的撞擊強度。由此可看出，在嚴格按照《公路交通安全設(shè)施施工技術(shù)規(guī)范》(JTG F71 -2006)》施工的情況下，基本不會發(fā)生車輛沖破護攔的事故。

②人行道欄桿攔罐體截概率

根據(jù)《公路交通安全設(shè)施設(shè)計規(guī)范》(JTGD81-2006)》中規(guī)定，設(shè)置人行道的橋梁道路，可以不考慮車輛掉下的可能性。

但是為了預(yù)防車輛碰撞行人以及非機動車事故增加的危險，特別是避免危險品運輸車輛在被路側(cè)防撞欄桿攔擋后發(fā)生罐、車分離的情況下可能造成的罐體墜橋事故，擬建項目利用高度差將機動車道和人行道在平面上有機分開，同時在人行道外側(cè)設(shè)置了人行道加強欄桿，形成雙排橋梁護攔的方式，保證了防撞強度以及防墜落要求。

(3)影響參數(shù)的取值

根據(jù)以上計算結(jié)果及防范措施，影響參數(shù)具體取值及依據(jù)見表8。

表8 影響參數(shù)取值(設(shè)計采用措施)Tab.8 The values for the impact parameters(design measures)

(4)采取設(shè)計擬采用措施后概率計算

在采取設(shè)計擬采用措施以后，發(fā)生危險品運輸車輛影響墜橋影響飲用水水源的事故概率為0.000000159 (即1.19 ×10-7)次/a，和可接受概率為10-7的可接受水平仍有一定的差距

4.3 采取補充措施后可信事故概率計算

(1)概率估算公式

采用常用經(jīng)驗公式來預(yù)測發(fā)生風險事故的概率:

式中:Q0～Q9同式(2);

Q10:橋面防撞欄升高至0.8m 對事故的降低比例;

Q11:全路段危化品禁行。

(2)影響參數(shù)的取值

影響參數(shù)具體取值及依據(jù)見表9。

表9 影響參數(shù)取值(采用補充措施)Tab.9 The values for the impact parameters(taking the complementary measures)

(3)采取評價補充措施后概率計算

在采取評價補充措施以后，發(fā)生危險品運輸車輛影響墜橋及影響飲用水水源的事故概率為0.0000000135 (即0.135 ×10-7)次/a，低于了本次研究確定可接受概率10-7的標準。

5 結(jié)論

(1)跨江大橋項目對項目區(qū)域水環(huán)境風險產(chǎn)生的最大可信事故是?；吩诳缭剿w時發(fā)生事故進而產(chǎn)生側(cè)翻、墜河、泄露等引起的對水環(huán)境的影響，應(yīng)該對目前采用的風險概率計算模型中的限制因素進行修正，增加大橋項目特定的影響限制因素。

(2)通過對項目區(qū)域交通事故基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到了具有代表性的事故概率基數(shù)，在綜合考慮本次研究增加的各項限制因素的情況下計算出了大橋項目發(fā)生最大可信事故的概率。

(3)大橋項目除了應(yīng)嚴格落實設(shè)計采取的風險防范措施以外，更應(yīng)該從環(huán)境風險評價角度采取更為嚴格地補充措施，以求使得可信事故概率達到可接受的水平。

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