路塹高邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)踐分析

王晨 韋世明

摘要：鑒于路塹邊坡工程風(fēng)險(xiǎn)因子較多，文章采用多種分析方法對(duì)龍州至水口高速公路土建No1合同段進(jìn)行深挖路塹邊坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)比分析，并以最不利風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為評(píng)估結(jié)果，為邊坡防護(hù)與加固提供合理方案。

關(guān)鍵詞：道路工程;路塹邊坡;風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估;層次分析法;模糊分析法;專家調(diào)查法;敏感性法

中圖分類號(hào)：U416.1⁺4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.10.006

文章編號(hào)：1673-4874（2019）10-0016-05

0引言

山區(qū)高速公路由于受地形地貌條件的限制，在建設(shè)過程中難免會(huì)形成大量的路塹邊坡，大量的路塹邊坡對(duì)工程建設(shè)和運(yùn)營管理來說都是極大的挑戰(zhàn)，在建設(shè)期及運(yùn)營期邊坡滑塌災(zāi)害時(shí)有發(fā)生。為保障路塹高邊坡的建設(shè)安全，科學(xué)規(guī)避施工安全事故的發(fā)生，交通運(yùn)輸部2014年12月頒發(fā)的《高速公路路塹高邊坡工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南》規(guī)定，列入國家和地方基本建設(shè)計(jì)劃的新建、改建、擴(kuò)建的高速公路，在工程實(shí)施階段應(yīng)對(duì)高于20m的土質(zhì)邊坡和高于30m的巖質(zhì)邊坡進(jìn)行路塹高邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估?？傮w風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)達(dá)到Ⅲ級(jí)及以上，或者總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估單一指標(biāo)影響過大的路塹高邊坡，應(yīng)開展專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。近年來，路塹高邊坡施工前經(jīng)過風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，采取恰當(dāng)?shù)闹醴桨?，邊坡失穩(wěn)現(xiàn)象大幅度降低。但是，由于路塹高邊坡致險(xiǎn)因子很多，風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、分析、估測(cè)受主觀因素影響大，如何準(zhǔn)確地進(jìn)行邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是當(dāng)前工程研究的重點(diǎn)。邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的準(zhǔn)確性與評(píng)估方法有關(guān)，并按照風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)論采取相應(yīng)的支擋方案。若評(píng)估不當(dāng)，在施工過程中或投入使用后，邊坡仍可能出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。

本文結(jié)合廣西大塘至浦北、龍州至水口等高速公路路塹高邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，采取安全方案，經(jīng)施工及交工投入后評(píng)估使用效果，得出多方法評(píng)估結(jié)果，并以最不利評(píng)估結(jié)論作為對(duì)策依據(jù)。

1風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論與方法

我國目前路塹高邊坡多以指標(biāo)體系法、專家調(diào)查評(píng)估法、敏感性分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)法等方法開展風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。實(shí)踐中既有單一方法，也有綜合兩種或兩種以上多方法評(píng)估。

1.1 指標(biāo)體系法

指標(biāo)體系法也稱層次分析法（Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP），是一種多準(zhǔn)則決策方法，是將與決策有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，引入數(shù)學(xué)檢驗(yàn)，分析各因素的內(nèi)在聯(lián)系，在此基礎(chǔ)之上開展定性和定量分析的決策方法。文獻(xiàn)推薦使用的指標(biāo)體系法，歸屬于層次分析法范疇，根據(jù)建設(shè)規(guī)模、地質(zhì)條件、誘發(fā)因素、施工環(huán)境和資料完整性等5個(gè)類別，提出評(píng)估指標(biāo)。權(quán)重系數(shù)按照下式計(jì)算：

上式中，n——評(píng)估指標(biāo)（重要指標(biāo)）項(xiàng)數(shù);

m——重要性排序號(hào)，m≤n。

路塹高邊坡施工安全總體風(fēng)險(xiǎn)按照下式計(jì)算：

式中，X_ij——評(píng)估指標(biāo)的分值，i=1，2，3，4，5，j=1，2，……，n，（n為對(duì)應(yīng)第i類評(píng)估指標(biāo)包括重要指標(biāo)的數(shù)量）;

R_ij——基本分值。

根據(jù)分值F，對(duì)照表1確定路塹高邊坡施工安全總體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

權(quán)重系數(shù)γ_ij由判斷矩陣計(jì)算被比較元素相對(duì)權(quán)重，并作一致性檢驗(yàn)。

1.2 專家調(diào)查評(píng)估法

美國蘭德公司于1950年創(chuàng)造德爾菲法（Delphimethod）風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估法，采用“背對(duì)背”的方式征詢專家小組成員的預(yù)測(cè)，經(jīng)過幾輪征詢，使專家小組的預(yù)測(cè)意見趨于集中，最后做出符合實(shí)際的未來發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)結(jié)論。我國將此法定義為專家調(diào)查評(píng)估法，對(duì)路塹高邊坡做出符合實(shí)際的評(píng)估和預(yù)測(cè)的方法，是我國目前路塹高邊坡總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估推薦采用的方法之一。文獻(xiàn)推薦組建由3位以上具有高級(jí)及以上技術(shù)職稱，并具有10年（評(píng)估負(fù)責(zé)人）或5年（工程管理經(jīng)驗(yàn)）從事高邊坡勘察、設(shè)計(jì)、施工工作經(jīng)歷的人員組成評(píng)估小組。評(píng)估組個(gè)人分別獨(dú)立對(duì)建設(shè)規(guī)模、地質(zhì)條件、誘發(fā)因素、施工環(huán)境、資料完整性等5個(gè)分項(xiàng)，按照極高風(fēng)險(xiǎn)（Ⅳ）、高度風(fēng)險(xiǎn)（Ⅲ）、中度風(fēng)險(xiǎn)（Ⅱ）和低度風(fēng)險(xiǎn)（I）等四個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估各分項(xiàng)分值R_i，結(jié)合專家信心指數(shù)W_i，按照下式計(jì)算每位專家的評(píng)定值D_r：

最后，取所有專家評(píng)定值的平均值D_r，按照下列界限值確定高邊坡風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)：

D_r≥3.5等級(jí)Ⅳ（極高風(fēng)險(xiǎn)）

3.5>D_r≥2.5等級(jí)Ⅲ（高度風(fēng)險(xiǎn)）

2.5>D_r≥1.5等級(jí)Ⅱ（中度風(fēng)險(xiǎn)）

D_r<1.5等級(jí)I（低度風(fēng)險(xiǎn)）

1.3敏感性分析法

敏感性分析法是針對(duì)路塹高邊坡施工風(fēng)險(xiǎn)中，某一變量的變化（可以是單因素，也可以是多因素），對(duì)其他變量所造成影響的決策模型技術(shù)。如路塹高邊坡周邊有高壓鐵塔、高壓電力線路或文物建筑，這些單一變量，直接影響到風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)論。

1.4模糊綜合評(píng)價(jià)法

模糊綜合評(píng)價(jià)法是采用模糊理論、最大隸屬度對(duì)多因素系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的一種方法。我國往往將模糊法與層次分析法結(jié)合起來，形成模糊層次分析法。該方法需要建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系及風(fēng)險(xiǎn)事故等級(jí)評(píng)估矩陣，確定風(fēng)險(xiǎn)因子的權(quán)重及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。該方法可以計(jì)算得到目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的量化指標(biāo)。

2工程實(shí)例檢驗(yàn)

2.1工程概況

龍州至水口高速公路第NoCS-LS1合同段起訖樁號(hào)K34+200-K57+000，全長22.8km。全線路塹高邊坡共計(jì)9處，匯總?cè)绫?所示，主要以三級(jí)、四級(jí)邊坡為主。路塹開挖以光面爆破為主，路基邊坡防護(hù)均為常規(guī)防護(hù)方案。D4851783-F5FC-44B6-BE1B-C6BA3883C1D9

2.2 利用層次分析法對(duì)邊坡進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

受項(xiàng)目經(jīng)理部委托，廣西交通科學(xué)研究院有限公司承擔(dān)路塹高邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作。利用航拕飛行器、GPS、數(shù)碼相機(jī)、羅盤等儀器設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)采集資料，查閱設(shè)計(jì)文件，現(xiàn)場(chǎng)踏勘、核查和補(bǔ)充設(shè)計(jì)原始資料，依據(jù)文獻(xiàn)推薦的指標(biāo)體系法進(jìn)行評(píng)估。建立評(píng)估模型，按指標(biāo)體系的5大類11個(gè)分項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一排序，權(quán)重系數(shù)γ={γ_ij}，采用統(tǒng)一計(jì)算的方法得到各分項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重，通過類比廣西區(qū)內(nèi)高速公路路塹高邊坡總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)資料，將X₁₁、X₁₂、X₂₁、X₂₂、X₂₃、X₃₁、X₃₂、X₄₁、X₄₂、X₅₁、X₅₂，所對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)分別調(diào)整為γ₁₁=0.16、γ₁₂=0.16、γ₂₁=0.16、γ₂₂=0.13、γ₂₃=0.11、γ₃₁=0.08、γ₃₂=0.07、γ₄₁=0.06、γ₄₂=0.04、γ₅₁=0.02、γ₅₂=0.01。表2中各段落總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估匯總?cè)绫?所示。

按照體系評(píng)估法評(píng)估的結(jié)果，該標(biāo)段高于30m的巖石邊坡和高于20m的土質(zhì)邊坡，其總體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)全部為Ⅱ級(jí)，屬于中度風(fēng)險(xiǎn)，不需要進(jìn)行專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

2.3 利用專家調(diào)查評(píng)估法對(duì)邊坡進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

項(xiàng)目經(jīng)理部于2017-07-30組織5位專家，對(duì)按文獻(xiàn)推薦的指標(biāo)體系法編寫的《施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告》進(jìn)行評(píng)審。5位專家以“背對(duì)背”方式，分別對(duì)表2的9段路塹高邊坡進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。每位專家的評(píng)估等級(jí)及5位專家的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估平均值匯總?cè)绫?所示。

對(duì)比表3、表4，兩種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的評(píng)估等級(jí)有三段不同。

2.4 利用敏感性分析法對(duì)邊坡進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

為提高路塹高邊坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，針對(duì)上述9段邊坡，專家從敏感性出發(fā)，對(duì)表4中三段達(dá)到Ⅲ級(jí)的邊坡進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)，就單一因子或多因子展開討論、分析。

2.4.1地質(zhì)因素影響邊坡風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)

圖1為K34+280-K34+420段邊坡典型斷面圖。坡體下部的中風(fēng)化礫巖、泥質(zhì)粉砂巖厚度較大，巖層傾角小，產(chǎn)生整體滑塌的可能性不大。構(gòu)成坡體上部分的強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖巖芯破碎，遇水軟化成土狀，易產(chǎn)生圓弧形滑動(dòng)破壞;坡頂有順巖走向的5-10m厚的硬塑狀黏土覆蓋層，土、石交接面潛伏著滑動(dòng)面。因此，專家根據(jù)這些因素，提升為Ⅲ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，并提出采用錨桿框架梁加固邊坡，覆蓋層放緩邊坡至1：1.25

2.4.2 高壓鐵塔影響邊坡風(fēng)險(xiǎn)

K49+860-K50+080段和K39+254-K39+334段距離邊坡頂一段距離均有110kV的高壓鐵塔和高壓線路電桿。

圖2、圖3分別為這兩段邊坡原設(shè)計(jì)的典型支擋斷面圖。

此外，專家對(duì)個(gè)別巖石30m左右、土質(zhì)20m左右高度的路塹邊坡的膨脹土、高液限土邊坡等敏感性風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)排查，在表2列出的9段以外邊坡增加了2段Ⅲ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

2.5 利用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)邊坡進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

為增加可比性，筆者采用模糊綜合評(píng)價(jià)法，對(duì)表2的9段邊坡進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

2.5.1構(gòu)建評(píng)估集

構(gòu)建模糊綜合評(píng)判模型，明確采用文獻(xiàn)推薦的極高風(fēng)險(xiǎn)、高度風(fēng)險(xiǎn)、中度風(fēng)險(xiǎn)和低度風(fēng)險(xiǎn)4級(jí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)語集。相對(duì)應(yīng)的評(píng)語為υ={υ，υ₂，υ₃，υ₄}。

2.5.2 建立模糊評(píng)判矩陣

本文采用專家調(diào)查法建立隸屬函數(shù)，對(duì)5位專家進(jìn)行調(diào)查，設(shè)計(jì)專家調(diào)查表，如表5所示。

2.5.3計(jì)算隸屬度

構(gòu)建模糊評(píng)判矩陣R_ij如下：

2.5.4 模糊綜合判斷

考慮多因子中權(quán)重分配，模糊綜合評(píng)判模型為B_ij=R_ijγ

歸一化后，得到月B′=（b₁，b₂，b₃，b₄），其中，

權(quán)重γ按照本文2.2節(jié)方法求得。最終求解隸屬度。見表6。

按照最大隸屬度原則，判斷邊坡的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，匯總?cè)缦马摫?所示。

3風(fēng)險(xiǎn)決策的選擇

比較上述4種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法可知，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)論存在差異。4種評(píng)估方法中，專家調(diào)查法依賴于專家的專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn);指標(biāo)體系法將定性和定量融合一起，但可變因子太多，結(jié)論會(huì)顧此失彼;敏感性分析法實(shí)際上是對(duì)邊坡巖土參數(shù)打折，降低單一或多因素對(duì)邊坡的影響;模糊綜合評(píng)價(jià)法數(shù)學(xué)模型簡單，但依賴專家經(jīng)驗(yàn)和調(diào)查。

3.1按照最不利的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)選擇支擋對(duì)策

依據(jù)本文依托工程的評(píng)估結(jié)果，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)達(dá)到Ⅲ級(jí)以上的5段邊坡，開展專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。表2中的第7、第9段坡頂有高壓鐵塔和高壓桿的邊坡，提請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)單位變更。將圖2、圖3的原錨桿支擋結(jié)構(gòu)變更為抗滑樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，提高了抗風(fēng)險(xiǎn)能力。第1段維持原有設(shè)計(jì)，采用錨桿框架梁支擋結(jié)構(gòu)，并掛網(wǎng)植草防護(hù)。其他兩段則選擇旱季施工，采取邊開挖邊防護(hù)措施。這幾段風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅲ級(jí)的邊坡經(jīng)過近一年的施工期，沒有發(fā)生邊坡滑塌現(xiàn)象。

3.2 施工風(fēng)險(xiǎn)不高的邊坡也可能失穩(wěn)

按照風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)，達(dá)到Ⅲ級(jí)以上風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的路塹高邊坡，即使采用框架梁支擋，在實(shí)際施工中仍會(huì)發(fā)生滑坍病害。采用框架梁加固的邊坡，施工期間仍有發(fā)生失穩(wěn)的狀況。

3.3 沒有按照評(píng)估對(duì)策施工造成邊坡失穩(wěn)

路塹高邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的目的是有效降低施工風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)防重特大事故發(fā)生，確保建設(shè)項(xiàng)目施工期間實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，使事故和危害引起的損失降到最少。但是在實(shí)際施工中，施工單位為了利益最大化，不按照評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)提示采取相應(yīng)的支擋措施，造成邊坡失穩(wěn)。如廣西某高速公路經(jīng)過8年運(yùn)營，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，發(fā)生達(dá)到滑坡規(guī)模的邊坡病害的路段多達(dá)28段。

近年來，對(duì)廣西北部灣投資集團(tuán)有限公司、廣西交通投資集團(tuán)有限公司建設(shè)的河池至百色、樂業(yè)至百色、龍州至水口、大塘至浦北、荔浦至玉林等高速公路已進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，對(duì)達(dá)到Ⅲ級(jí)以上風(fēng)險(xiǎn)源實(shí)施預(yù)防性應(yīng)對(duì)專項(xiàng)方案。其中，2018年交工的河池至百色高速公路路塹高邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估準(zhǔn)確，方案合理。這條在云貴高原山麓前緣、素有“廣西地質(zhì)博物館”之稱的復(fù)雜山區(qū)高速公路，經(jīng)歷了三年施工，基本沒有發(fā)生較大的滑坡、坍塌等邊坡病害。

4 結(jié)語

（1）單一方法評(píng)估路塹高邊坡風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)潛伏著邊坡失穩(wěn)高概率。

（2）路塹高邊坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估應(yīng)采用多種方法，以最不利風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)作為風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策的依據(jù)。

（3）強(qiáng)化施工過程專項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，風(fēng)險(xiǎn)源變化時(shí)，應(yīng)及時(shí)修正風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，采取相應(yīng)對(duì)策。

（4）按照風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估結(jié)論，采取合適的支擋措施，可最大程度降低邊坡安全風(fēng)險(xiǎn)。D4851783-F5FC-44B6-BE1B-C6BA3883C1D9