随着基础设施建设的不断深入以及相应规划的完善，在实践中越来越多地遇到邻接工程同期、协同施工现象，尤其是在城市施工中^[1-2]。相比单项工程，同期施工系统更为复杂，邻接工程相互影响作用显著，施工安全风险更为突出。根据系统动力学理论，协同施工过程是一个复杂的系统工程，繁复多变的风险因子会对施工安全造成较大的影响。风险因子是事故发生的最小因素和单元，在实践中，协同施工系统安全风险大多是由多个风险因子耦合作用造成的，耦合作用使得风险因素效力进一步扩大，从而引发施工安全事故。开展风险因子耦合作用的探究是近接协同施工系统风险管理的基础工作，对保证施工安全尤其重要。

对于安全风险耦合，近年来研究者们在广泛开展的风险评估工作的基础上，逐步进行了一些研究和应用，将其推广到不同的场景系统下，提出了一些风险耦合的理论和模型，同时进行了一些实践尝试^[3-18]。薛晔等^[3]系统地介绍了风险耦合的基本理论；对于风险耦合实践，徐涛^[7]、张津嘉等^[8]、孙鑫^[9]、任振^[10]分别在水下隧道盾构施工安全、瓦斯爆炸事故、高速公路交通安全、地铁车站深基坑施工等不同场景中开展了应用；N-K模型作为分析复杂系统的通用工具，吴贤国等^[11]、许慧等^[12]、马伶伶^[13]、罗帆等^[14]、付邦稳等^[15]、安亚雄等^[16]等基于N-K模型，分别对地铁施工安全风险、城市轨道交通运营风险、空中交通安全、城市燃气管道失效、软岩隧道塌方等风险事件进行了耦合研究，为模型及风险耦合研究的推广积累了经验。然而整体看来，当前安全风险评估工作大多数未涉及因素耦合作用，已有的应用较广的风险评估方法均未开展因素耦合分析，风险耦合理论及应用尚处在初步探索阶段，尤其对于涉及相邻深基坑开挖等复杂工序的下穿公路隧道工程近接协同施工项目，风险耦合作用是风险事件的根本诱因，但针对其的风险耦合研究尚处于空白。

风险耦合分析能更准确地揭示风险事件的形成机理，明确风险因素的作用路径。从完善理论及进一步指导实践的角度来看，随着风险评估工作的进一步深入，风险耦合研究必将逐渐得到重视。结合工程场景需求及理论发展趋势，本研究针对下穿公路隧道工程近接协同施工系统，构建了公路隧道近接协同施工系统风险耦合分析体系，进行了下穿隧道工程近接协同施工风险耦合实例研究，给出了不同组合状态下风险耦合的概率，量化了风险耦合值，为下穿公路隧道工程近接协同施工系统施工风险管控的理论研究及现场实践提供支撑，同时为后续相近近接同期、协同施工系统风险耦合分析提供参考。

下穿近接协同施工系统是一个封闭的动态系统，其在时空分布上范围很广，施工安全受到众多关系繁复的风险因子的影响^[19-20]。基于协同施工相互影响分析，根据系统工程理论，结合WBS工作分解法，将面向全域的下穿公路隧道工程近接协同施工风险因素分为同步施工因素风险、开挖与围护结构风险、降止水风险、管理风险4个方面，如图 1所示。

图 1 风险因素示意图 Fig. 1 Schematic diagram of risk factors

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全域复杂环境下近接同步施工导致整个系统关系复杂，施工安全中的同步施工风险因素包括近接工程施工工序不协调、近接控制支护措施不足、近接工程施工导致附加动静荷载超限、近接中隔土壁监测不足、全域协同工程施工资料不完善等。施工中近接工程位置关系、相互之间施工工序协调等需要重点考量，如跟进、先行等相互间施工关系、施工时机、施工区段的间距，以及同步施工导致的上浮、下沉、侧移等变形趋势和控制标准，以此确定分层开挖、施做底板、换撑等具体施工方案。

开挖与围护结构因素风险、降止水因素风险是施工技术风险的关键部分。开挖与围护结构风险包括土方开挖不合理、明挖深基坑支护方案选择不当、围护结构刚度/强度不够等，导致坑底隆起、支护墙体变形、基坑周围土体变形风险。降止水因素风险可能导致不均匀沉降、土体渗透破坏等问题，风险因子包括降水设计不合理、地下水浸泡、防排水措施效用不足等。

管理因素风险主要指近接工程协同管理不畅、施工现场管理水平不高、信息反馈不及时、规章制度不健全等。对于近接协同施工系统，由于近接工程平面位置上距离较近，施工工期上需要协调，部分重点段落需要局部调整，如施工位置关系及施工顺序上的协调、近接工程施工对下穿隧道围护结构和主体结构的影响协调、施工阶段交通疏解道路影响协调、位置冲突部位协调等，近接工程协同管理不畅易引发安全事故。

耦合过程是各子系统间相互依托、协调和推进的过程^[1]。在下穿公路隧道工程近接协同施工系统的风险事件中，特别是严重后果的重大事件，通常是诸多风险因子相互作用的结果。近接协同施工过程中，由于风险因子间相互依托与影响，尤其是涉及近接工程相互作用时，终将会使风险因子发生的概率改变，风险耦合是在风险演化中形成的，协同施工风险耦合机理如图 2所示。

图 2 风险因素耦合机理 Fig. 2 Coupling mechanism of risk factors

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下穿公路隧道工程近接协同施工系统是各子系统密切联系的复杂系统，导致事故发生的能量通常是多种风险因素共同作用的结果。施工中系统自身具有一定的调节修复和防御功能，单一的风险因素一般很难直接引发风险事故。当系统中4类风险因素突破自身的子防御系统(风险承受体)后，风险在风险链上传递，一旦遇到合适的激发条件，不同类别的风险因子在耦合振荡器^[3]作用下发生耦合，风险突破阈值，正向耦合导致风险加大或产生新风险，最终导致安全事故的发生。

对于下穿公路隧道工程近接协同施工安全风险的非线性、多重反馈等特性，基于获取的风险、事故数据，采用系统动力学理论分析风险因子间的互动、反馈等动态关系。图 3展示了4类风险因素间的交错作用关系，其中通过正因果链表示了风险因子间的诱发、扩大作用。下穿公路隧道工程近接协同施工中，近接同步施工对基坑开挖与围护结构、降止水及施工管理影响较大。如邻近基坑开挖会引起土层位移及围护结构变形、失稳风险，承压水层土压力减小可能会导致涌水，严重的极可能造成基坑塌陷，而相邻工程近接同步施工容易造成施工现场管理混乱，相互之间难以协调。

图 3 风险因素关联分析 Fig. 3 Correlation analysis on risk factors

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通过描述耦合关系的多种数学模型分析，本研究初步采用N-K模型，通过统计不同耦合情况下风险发生的概率，继而得出风险值，并评价风险耦合对下穿公路隧道工程近接协同施工的影响。针对下穿公路隧道工程近接协同施工系统，N为风险耦合因素数目，K为因素间耦合作用的因素数目。

根据风险耦合因素的数量，下穿公路隧道工程近接协同施工系统的风险耦合可分为单因素、双因素及多因素风险耦合3大类。如图 4所示，a，b，c，d分别为同步施工、开挖与围护结构、降止水、管理4种风险耦合因素编号，T为风险耦合值。

图 4 风险耦合分类 Fig. 4 Risk coupling classification

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(1)单因素风险耦合

单因素风险耦合是指下穿公路隧道工程近接施工系统中单个风险因素的多个潜在内部因子(同属性)间的交互作用引发的风险，具体包含a-a，b-b，c-c，d-d共4种，分别记为T₁₁ (a)，T₁₂ (b)，T₁₃ (c)，T₁₄ (d)。例如：近接工程施工工序不协调与近接中隔土壁监测不足耦合，易引发同步施工风险事故。

(2) 双因素风险耦合

双因素风险耦合是指下穿公路隧道工程近接施工系统中2种不同属性风险因素间的彼此作用，具体是指a-b，a-c，a-d，b-c，b-d，c-d共6种，分别记为T₂₁ (a, b)，T₂₂ (a, c)，T₂₃ (a, d)，T₂₄ (b, c)，T₂₅ (b, d)，T₂₆ (c, d)。

(3) 多因素风险耦合

多因素风险耦合是指下穿公路隧道工程近接施工系统中3种及3种以上不同属性风险因素间彼此作用所引发的风险，具体包括a-b-c，a-b-d，a-c-d，b-c-d，a-b-c-d共5种，其中3因素风险耦合记为T₃₁ (a, b, c)，T₃₂ (a, b, d)，T₃₃ (a, c, d)，T₃₄ (b, c, d)，即风险耦合值为T₃，4因素风险耦合记为T₄₁ (a, b, c, d)，耦合值为T₄。

通过计算施工过程中4大类风险因素之间的交互作用，量化评估风险耦合作用。某种方式耦合发生的概率是根据该耦合方式发生的次数来衡量的，即耦合方式发生的概率与发生的次数呈正相关。基于耦合概率，可给出风险耦合值T的计算公式。实践中以特定形式耦合得到的耦合值愈大，该耦合风险愈大，造成事故的概率愈大。交互信息的计算公式如下：

(1)

式中，h，i，j，k分别为4种因素所处的状态；P_hijk为同步施工风险处于h种状态、开挖与围护结构风险处于i种状态、降止水风险处于j种状态、管理风险处于k种状态下时，4种因素耦合发生的概率；T为下穿公路隧道工程施工安全风险耦合的定量评价，下穿公路隧道工程近接协同施工系统的风险等级与T值呈正相关。

基于此，通过计算各风险因素间的耦合值，可以探索不同状态下的风险耦合状况。式(1)通过不同种类因素间交互信息计算风险耦合情况，不适用于单因素耦合所指的同属性内部信息交换耦合情形。本研究仅计算双因素、多因素风险耦合，分别以T₂₁，T₃₁，T₄₁为例，双因素、3因素、4因素风险耦合值计算公式分别为：

(2)

(3)

(4)

式中P_hi，P_hij，P_hijk分别为不同交互风险因素在对应状态下的风险耦合概率，得到耦合值的计算结果后，对T₂，T₃，T₄大小进行排序、分析。进一步研究下穿公路隧道工程近接协同施工系统的风险耦合情况，更准确地评价施工安全风险，并基于评价结果开展施工安全风险管控，为下穿公路隧道工程近接协同施工系统施工风险管控的理论研究及现场实践提供支撑。

深圳公常路下穿隧道工程拟建场地南侧临近地铁6号线支线工程，地铁与项目主通道走向平行设置，且两工程同期施工。项目下穿公路隧道全长为3.56 km，其中地下道路长为2.6 km，其中封闭段为2.22 km，敞开段为0.425 km。采用明挖法施工，基坑底面积约为76 700 m²，深度为2.15~22.35 m，平均深度为15 m。邻近地铁项目包括两座地铁车站主体及出入口和区间隧道，开挖深度分别为20 m和18.5 m左右。公路隧道距离地铁车站最小水平净距分别为3 m和5 m，地铁站出入口横下穿与上跨公路隧道，地铁盾构隧道与公路隧道最小水平净距为5 m。

基于导致事故因素分类，分析2003~2021年间发生的近接协同类施工安全风险事件^[17]，梳理各风险因素耦合发生的次数，并计算其概率，结果如表 1所示。基于风险耦合形成机理分析，其中a，b，c，d这4类风险因素状态用0和1分别表示风险因子未发生(未突破子防御系统)和发生(突破子防御系统)的情况。

基于前述分析，为求解T值，先计算各因素在不同组合状态下风险耦合的概率，如表 2~4所示，其中风险耦合概率采用相应事件发生频率相加得到。依据风险耦合公式(1)~(4)，可得不同耦合情况下的风险T值，如表 5所示。

对计算得到的风险T值进行排序，可得T₄₁>T₃₂> T₃₃>T₂₃>T₃₁>T₃₄>T₂₁>T₂₅>T₂₆>T₂₂>T₂₄，基于计算结果分析可知：(1)整体看来，随着参与耦合的风险因素增加，风险耦合值随之增大，其中4因素耦合风险耦合值最大，既而依次是三因素耦合值、双因素耦合值。四因素耦合方式发生的频率低于其他耦合方式，但一旦形成，其引起的耦合值最大，安全风险最高。(2)双因素风险耦合中，a-d导致的风险耦合值最大，甚至超过部分三因素耦合值，即同步施工与管理是导致下穿公路隧道工程近接协同施工发生事故的关键因素。相比单独施工，与其他项目近接且同期施工直接导致施工环境复杂，施工方案需考虑并加以控制的因素也更为复杂，也给施工现场管理提出了更高的要求，极大地增加了现场管理的复杂程度，同时也更突出了管理因素在风险控制中的作用，这也和实际工程风险事件发生情况相符。其他双因素风险耦合值大小依次为a-b，b-d，c-d，a-c，b-c，从中也可以看出同步施工与管理因素是安全事故发生的关键原因。(3)三因素风险耦合中，耦合值大小依次a-b-d，a-c-d，a-b-c，b-c-d，也可反映出同步施工与管理因素较为关键，且从中可看出同步施工因素是近接协同施工安全事故发生最为实质的原因。

基于上述分析，对下穿公路隧道工程近接协同施工现场风险防控提出如下建议：(1)注重管控同步施工与管理等关键因素。计算结果表明同步施工与管理因素参与，尤其当二者耦合时，风险耦合值最大，产生的风险也最大。为提升全域复杂环境近接同步施工风险管控水平，应建立近接工程协同机制，加强中隔土壁等重点区域监控，及时消除协调与沟通障碍，开展全域风险统筹一体化管理。(2)施工中应尽量避免多个风险因素的耦合，降低风险耦合值。施工中应及时逐项消除各单风险因素，且同时需及时核查相关风险因素是否存在隐患，阻断风险在风险链上的传递，避免产生新的风险。(3)加强工程施工重难点环节监管。施工重难点环节大多为风险系统薄弱环节所在，往往风险因素聚集并容易发生耦合作用，如实例中下穿公路隧道工程相邻深基坑开挖部分，应严格控制风险耦合触发的可能性，加强风险因素的管控，提高系统的安全性。

通过下穿公路隧道近接地铁协同施工风险耦合路径挖掘、风险耦合模型构建、风险耦合演化过程中系统风险综合评价，得到主要结论如下：

(1) 下穿公路隧道工程近接协同施工系统施工安全风险耦合作用明显，通过风险识别、机理分析、耦合关系挖掘等耦合状态解析，建立了基于N-K模型的下穿公路隧道工程近接协同施工风险耦合综合评价方法，量化了风险耦合值。

(2) 基于2003—2021年发生的近接协同类施工安全风险事件统计数据，给出了不同组合状态下风险耦合的概率，同时进行了下穿隧道工程近接协同施工风险耦合实例研究。得到风险耦合的参与因素越多，导致的风险耦合值越大，出现安全事故的可能越大。风险耦合中同步施工与管理因素作用最为明显，参与耦合时，风险值较高，对施工安全影响显著。

(3) 下穿公路隧道工程近接协同施工现场风险防控应从管控同步施工与管理等关键因素、避免多个风险因素的耦合、加强相邻深基坑开挖等施工重难点环节监控等方面着手，逐项减弱其风险程度，减少耦合所涉及的风险类型，加强中隔土壁等重点区域监控，提高施工的安全性。