層次分析法的大跨淺埋公路隧道施工風(fēng)險(xiǎn)識別

夏萬武

(貴州路橋集團(tuán)公司)

?

層次分析法的大跨淺埋公路隧道施工風(fēng)險(xiǎn)識別

夏萬武

(貴州路橋集團(tuán)公司)

茅山隧道工程的施工建設(shè)作為主要研究對象，簡單的闡述了層次分析法的基本概念，及其在茅山隧道施工風(fēng)險(xiǎn)識別當(dāng)中的應(yīng)用，通過進(jìn)一步的分析得知，層次分析法具有極高的準(zhǔn)確性，能夠準(zhǔn)確的識別施工過程中存在的各類風(fēng)險(xiǎn)，具有較高的利用價(jià)值和應(yīng)用效果。

層次分析法；大跨淺埋；公路隧道；風(fēng)險(xiǎn)識別

1 層次分析法

1.1 概念

隧道施工過程中，較為常見的風(fēng)險(xiǎn)識別法有很多種類型，比如專家調(diào)查識別法、事故樹識別法等，這些風(fēng)險(xiǎn)識別方法都能在定性和定量的角度對潛在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識別和分析，并通過長時(shí)間的實(shí)踐，取得了很好的成效。但在公路隧道工程日新月異的情況下，這些較為傳統(tǒng)的識別方法已經(jīng)顯得有些吃力，已經(jīng)無法滿足發(fā)展的需求，通常表現(xiàn)出誤差較大等缺點(diǎn)。所以如何采用現(xiàn)階段主流、有效的風(fēng)險(xiǎn)識別方法，達(dá)到高水平的風(fēng)險(xiǎn)識別成為隧道施工相關(guān)人員關(guān)注的焦點(diǎn)。層次分析法的介入，為大跨淺埋隧道施工的風(fēng)險(xiǎn)識別指明了方向。

層次分析法誕生于上世紀(jì)70年代，該分析法將定性和定量兩種分析方法進(jìn)行了有機(jī)的整合，并根據(jù)分析的結(jié)果還能對目標(biāo)進(jìn)行決策，是一種綜合性極強(qiáng)的分析方法。層次分析法的基本思路為，將較為復(fù)雜多變的識別等問題按照一定的原則和規(guī)律進(jìn)行分解，并遵循支配原則對分解完成的問題實(shí)施排序，組成一個(gè)遞階結(jié)構(gòu)，然后在其中的某一個(gè)層次之中對所有類型的組成因素進(jìn)行對比和針對性的計(jì)算，獲得不用種方案下的施工風(fēng)險(xiǎn)水平，為識別方案的確立與整改提供準(zhǔn)確、有利的資料和意見。層次分析法不僅可以對隧道施工的塌方以及外界環(huán)境影響等單一的項(xiàng)目進(jìn)行識別，還能對工程的整體風(fēng)險(xiǎn)水平實(shí)施權(quán)威的評價(jià)。所以，層次分析法的效果主要取決于決策人員的判別，基本原理十分簡單。因此，層次分析法在多種預(yù)測領(lǐng)域和評價(jià)機(jī)制中具有廣闊的發(fā)展前景。

1.2 流程

(1)掌握各個(gè)系統(tǒng)所含影響因素之間存在的聯(lián)系和作用，將較為復(fù)雜的風(fēng)險(xiǎn)等實(shí)際問題進(jìn)行分解。

(2)將潛在的風(fēng)險(xiǎn)因素根據(jù)其基本性質(zhì)以及隸屬關(guān)系進(jìn)行排列，假定模型共設(shè)置三層，其中最上端的就是目標(biāo)層，處在中端的是影響因素，而處在最低端的則是直接因素。

(3)對相同各個(gè)層次之間的因素，對于上一個(gè)層次當(dāng)中某種因素所含有的重要性實(shí)施對比，根據(jù)對比的情況，建立一個(gè)對應(yīng)的計(jì)算判斷矩陣。

(4)根據(jù)創(chuàng)建的矩陣，對層次中各個(gè)元素對于要求準(zhǔn)則的權(quán)重進(jìn)行計(jì)算。

將最大特征值定義為λmax，而對應(yīng)的向量則定義為W，二者存在的關(guān)系表達(dá)式為：

AW=λmaxW

(1)

式中：W(特征向量)的所有分量即為對應(yīng)因素的權(quán)重。最大特征值的計(jì)算方法為

(2)

式中：wi代表相對權(quán)重，計(jì)算公式為

(3)

(4)

(5)對計(jì)算所得的初始對比值實(shí)施檢驗(yàn)，確定其一致性是否符合標(biāo)準(zhǔn)。

(6)計(jì)算各個(gè)層次當(dāng)中所有元素對目標(biāo)的權(quán)重，并按要求進(jìn)行排列順序。

(7)對排序的結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，確定其一致性是否符合標(biāo)準(zhǔn)。

2 工程概況

茅山隧道坐落在江蘇鎮(zhèn)江的句容縣南丘陵山當(dāng)中，當(dāng)?shù)貧夂驐l件多雨潮濕。茅山斷裂橫向穿過其間，主體隧道主要由兩部分構(gòu)成，即東、西隧道，施工設(shè)計(jì)方案運(yùn)用雙洞分離的模式，車道數(shù)量為6個(gè)，在施工過程中，總共越穿過60%的四級圍巖，隧道的巖體十分破碎，穩(wěn)定性較差。東隧道的上行以及下行的總長分別是245 m、268 m，而西隧道比東隧道略長，上行以及下行的總長分別是452 m、582 m。茅山隧道的上行與下行最小間隔距離是34.35 m。隧道中襯砌斷面主要運(yùn)用三心圓仰拱與圓弧連接的方法，具體高度是10.48 m。

3 運(yùn)用層次分析法對茅山隧道的施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識別

3.1 建立遞階結(jié)構(gòu)

根據(jù)該隧道的特征和施工要求，充分借鑒過去的風(fēng)險(xiǎn)識別資料，全面利用地質(zhì)勘察和專家調(diào)查的手段，對茅山隧道在實(shí)際施工中的潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識別和定位。通過一系列的分析工作，共找到6處程度較為嚴(yán)重的潛在風(fēng)險(xiǎn)，將這些風(fēng)險(xiǎn)按照一定的規(guī)則進(jìn)行分類和排序，從而得到了多級遞階結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 茅山隧道潛在風(fēng)險(xiǎn)多級遞階結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 構(gòu)建矩陣并進(jìn)行計(jì)算

(1)構(gòu)建矩陣。

對圖1中的潛在風(fēng)險(xiǎn)實(shí)行比較，在參考專家提出的建議之后，運(yùn)用對應(yīng)的標(biāo)度手段，得出各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)實(shí)際重要性的比較值，建立一個(gè)多層次的判斷矩陣，如表2所示。

表2 多層次判斷矩陣

(2)計(jì)算權(quán)重。

根據(jù)上述公式(3)、(4)，可以計(jì)算得出各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)所對應(yīng)的權(quán)重?cái)?shù)值，具體情況如表3所示。

表3 風(fēng)險(xiǎn)所對應(yīng)的權(quán)重

(3)檢驗(yàn)。

將該隧道施工潛在風(fēng)險(xiǎn)的層次判斷矩陣定義為A，則具體的表現(xiàn)形式為

(5)

通過進(jìn)一步的計(jì)算，可以得隨機(jī)一致性的具體比率：CR=0.02。由于該數(shù)值小于標(biāo)準(zhǔn)值0.1。所以此矩陣符合一致性的基本要求。

運(yùn)用同樣的方法，建立其余風(fēng)險(xiǎn)因素的判斷矩陣，并按照上述的流程和要求計(jì)算相對權(quán)重，最后對其一致性進(jìn)行驗(yàn)證。在此前提下，根據(jù)綜合權(quán)重計(jì)算的方法及要求，對隧道施工中潛在的基本風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行計(jì)算，得出U1i、U2i相對于整個(gè)工程施工中潛在風(fēng)險(xiǎn)U的計(jì)算權(quán)重，也就是相對權(quán)重，被定義為wi。根據(jù)wi的實(shí)際大小和特點(diǎn)，對U1i和U2i進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)程度的排序，建立一個(gè)與茅山隧道施工相對應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)。

不難看出，安全風(fēng)險(xiǎn)的總權(quán)重值較大，達(dá)到了0.833，所以安全風(fēng)險(xiǎn)是茅山隧道在施工階段中潛在的主要風(fēng)險(xiǎn)，其中圍巖失穩(wěn)(U11)的情況較為嚴(yán)重，在實(shí)際施工中較為容易出現(xiàn)，所以，在施工過程中，應(yīng)對施工方案、要求、目標(biāo)以及圍巖的實(shí)際穩(wěn)定性進(jìn)行綜合的考慮和分析，制定科學(xué)有效的控制策略，將圍巖失衡這一風(fēng)險(xiǎn)牢牢控制在可以應(yīng)對的范圍之內(nèi)，從而確保施工安全。

4 總 結(jié)

大跨淺埋隧道的施工建設(shè)十分復(fù)雜，且存在很大的施工風(fēng)險(xiǎn)，涉及到施工安全方面的因素較多。以往的風(fēng)險(xiǎn)識別方法受限于工作人員主觀因素，所以實(shí)際與理論存在較大的誤差，無法為施工方案的制定與整改提供有利的資源和數(shù)據(jù)。所以在該施工階段，應(yīng)運(yùn)用層次分析法對潛在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識別，通過對茅山隧道施工的風(fēng)險(xiǎn)識別發(fā)現(xiàn)，該分析法可以準(zhǔn)確的定位主要風(fēng)險(xiǎn)類型，為施工方案的進(jìn)一步優(yōu)化和整改提供了有利的支持。

[1] 趙煥臣. 層次分析法:一種簡易的新決策方法[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2012:25-26.

[2] 何發(fā)亮, 李蒼松, 陳成宗. 隧道地質(zhì)超前預(yù)報(bào)[M].成都:西南交通大學(xué)出版社, 2011:17-19.

[3] 朱漢華, 孫紅月, 楊建輝. 公路隧道圍巖穩(wěn)定與支護(hù)技術(shù)[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2012:22-25.

2015-03-04

夏萬武(1988-)，男，貴州畢節(jié)人，工程師，研究方向：高速公路施工。

U442

C

1008-3383(2015)12-0105-02