基于AHP的路塹護(hù)坡風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)加權(quán)綜合評(píng)估模型研究

牛樂(lè)樂(lè),蘇 謙,王牧麒,張 棋,周 珩，趙莉香

(西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院,成都 610031)

2008年以來(lái)，我國(guó)鐵路建設(shè)發(fā)展迅速，到2018年底，鐵路運(yùn)營(yíng)里程達(dá)到13.1萬(wàn)km以上，其中山區(qū)鐵路所占比重較大。開(kāi)挖路塹是山區(qū)鐵路主要的通過(guò)方式之一，這種通過(guò)方式破壞了原有坡體的穩(wěn)定性[1]。鐵路運(yùn)營(yíng)期間，在自然營(yíng)力和循環(huán)動(dòng)荷載作用下，容易發(fā)生一系列災(zāi)害。因此，對(duì)于運(yùn)營(yíng)期既有鐵路，有必要建立一套完善合理的路塹護(hù)坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，為路塹護(hù)坡風(fēng)險(xiǎn)管理提供科學(xué)依據(jù)[1-2]。

近年來(lái)，學(xué)者們提出了一些新的邊坡穩(wěn)定性評(píng)估方法。文獻(xiàn)[3]提出了基于AHP 的模糊評(píng)判法評(píng)估邊坡穩(wěn)定性；李暉應(yīng)用層次分析法、專(zhuān)家打分法和敏感性分析法對(duì)路塹地段進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和決策[1]；文獻(xiàn)[4]采用安全性評(píng)價(jià)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)相結(jié)合的定性、定量地質(zhì)災(zāi)害綜合評(píng)估方法；王浩等提出一個(gè)基于霍爾三維結(jié)構(gòu)的路塹邊坡系統(tǒng)分析模型和路塹邊坡全壽命周期風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型[5]。由于專(zhuān)家打分法受人為因素影響較大，其中部分方法未涉及運(yùn)營(yíng)期評(píng)估，且未考慮邊坡對(duì)鐵路的危害性[1，3-6]?；诖?，提出了采用基于AHP的路塹護(hù)坡風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)加權(quán)綜合評(píng)估方法，引入對(duì)鐵路的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)，得到護(hù)坡的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，最后采用傳統(tǒng)穩(wěn)定性計(jì)算方法驗(yàn)證了該方法的合理性[6]。

1 工程概況

朔黃鐵路穿越呂梁山脈及太行山脈，沿線山高谷深，深挖高填工程多，受復(fù)雜的地質(zhì)條件、不利的氣象條件、人類(lèi)的工程活動(dòng)條件、地震條件等影響，每年春季雪融期、夏秋雨季集中期都成為護(hù)坡病害高發(fā)期，且規(guī)模越來(lái)越大，病害頻現(xiàn)，對(duì)行車(chē)安全威脅與日俱增[7]。為進(jìn)一步掌握護(hù)坡病害對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)安全的影響，也為后續(xù)整治防范提供依據(jù)，對(duì)原平分公司管內(nèi)所有路塹護(hù)坡進(jìn)行災(zāi)害排查評(píng)估。全線線路里程K0+000～K255+899，區(qū)段內(nèi)共排查路塹護(hù)坡625段?；诖隧?xiàng)目，得到各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立評(píng)價(jià)體系。

護(hù)坡病害的發(fā)生是多種不確定性因素綜合作用的結(jié)果，不能單依靠數(shù)學(xué)方法對(duì)護(hù)坡危險(xiǎn)性進(jìn)行定量計(jì)算。為避免護(hù)坡病害危險(xiǎn)性判識(shí)出現(xiàn)局限性，本次評(píng)價(jià)根據(jù)野外調(diào)查、物探和鉆探結(jié)果，同時(shí)結(jié)合護(hù)坡所處位置的工程地質(zhì)情況進(jìn)行綜合分析，確定護(hù)坡病害嚴(yán)重性評(píng)價(jià)指標(biāo)[6，8-9]。

2 病害評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.1 病害類(lèi)型

2.1.1 野外調(diào)查

野外調(diào)查主要對(duì)朔黃鐵路公司原平分公司管內(nèi)護(hù)坡目前穩(wěn)定性、表面剝落、裂縫等破壞跡象進(jìn)行調(diào)查。調(diào)查內(nèi)容包括填寫(xiě)野外調(diào)查記錄本作沿途觀察記錄，初步分析判斷病害的類(lèi)型，對(duì)危害或潛在危害較大的護(hù)坡病害點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查，收集調(diào)查點(diǎn)相關(guān)技術(shù)資料。調(diào)查方法在收集資料的基礎(chǔ)上，以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地調(diào)查為主，對(duì)護(hù)坡進(jìn)行拍照、測(cè)量和記錄，并對(duì)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

通過(guò)對(duì)朔黃鐵路原平管內(nèi)255 km共計(jì)625段路塹護(hù)坡進(jìn)行調(diào)查評(píng)估，查明凍害工點(diǎn)244處，邊坡溜坍工點(diǎn)41處，陷穴工點(diǎn)1處，支擋防護(hù)結(jié)構(gòu)病害工點(diǎn)524處，排水不良工點(diǎn)440處，危巖與崩塌落石工點(diǎn)7處，風(fēng)化剝落工點(diǎn)51處[10]。野外調(diào)查結(jié)果如表1所示。

表1 護(hù)坡病害野外調(diào)查結(jié)果

2.1.2 地質(zhì)雷達(dá)

本次雷達(dá)排查作業(yè)主要使用俄羅斯OKO-3與成都勞雷SIR兩種型號(hào)地質(zhì)雷達(dá)，雷達(dá)型號(hào)均為400 MHz，檢測(cè)深度為1～3 m。測(cè)線沿線路縱向布置在護(hù)坡上，沿水平布設(shè)為上中下3條，間距一般為3～10 m，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況可加密測(cè)線，測(cè)線的布置方式如圖1所示。

本次排查的地質(zhì)雷達(dá)法檢測(cè)主要對(duì)護(hù)坡結(jié)構(gòu)內(nèi)部疏松，護(hù)坡結(jié)構(gòu)背后土體空洞及脫空等情況存在與否進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估。其中，護(hù)坡結(jié)構(gòu)內(nèi)部疏松是指護(hù)坡結(jié)構(gòu)內(nèi)部因施工質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，勾縫脫落及其他外界條件的影響造成護(hù)坡結(jié)構(gòu)內(nèi)部欠密實(shí)的現(xiàn)象；護(hù)坡背后土體空洞是指護(hù)坡背后的填土體因受雨水及其他外界條件的影響造成其內(nèi)部土顆粒間距過(guò)大，土壤疏松欠密實(shí)的現(xiàn)象；脫空是指護(hù)坡結(jié)構(gòu)與護(hù)坡背后填土體間彼此分離或護(hù)坡結(jié)構(gòu)內(nèi)部?jī)蓪訚{砌片石之間相互分離的現(xiàn)象[10]。

在此次排查范圍(K0+000～K255+899)內(nèi)，地質(zhì)雷達(dá)計(jì)劃?rùn)z測(cè)護(hù)坡長(zhǎng)度共計(jì)120 km，實(shí)際檢測(cè)護(hù)坡工點(diǎn)499處，累積檢測(cè)長(zhǎng)度136.35 km。地質(zhì)雷達(dá)排查情況結(jié)果見(jiàn)表2。

從檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，在上行線路已檢測(cè)出的病害類(lèi)型中，存在護(hù)坡結(jié)構(gòu)內(nèi)部疏松的工點(diǎn)占比最大，占上行工點(diǎn)數(shù)的70.56%，其次為存在護(hù)坡背后土體空洞的工點(diǎn)，占上行工點(diǎn)數(shù)的61.47%，脫空情況較輕，占上行工點(diǎn)數(shù)的7.79%；在下行線路已檢測(cè)出的病害類(lèi)型中，存在護(hù)坡結(jié)構(gòu)內(nèi)部疏松的工點(diǎn)占比最大，占下行工點(diǎn)數(shù)的65.91%，其次為存在護(hù)坡背后土體空洞的工點(diǎn)，占下行工點(diǎn)數(shù)的58.71%，脫空情況較輕，占下行工點(diǎn)數(shù)的11.36%。在洞門(mén)處已檢測(cè)出的病害類(lèi)型中，存在護(hù)坡結(jié)構(gòu)內(nèi)部疏松的工點(diǎn)占洞門(mén)總工點(diǎn)數(shù)的25%，存在護(hù)坡背后土體空洞的工點(diǎn)占洞門(mén)總工點(diǎn)數(shù)的75%。

2.1.3 高密度電法

本次排查作業(yè)主要通過(guò)使用重慶地質(zhì)儀器廠生產(chǎn)的高密度電法裝置，依照排查作業(yè)的勘測(cè)范圍和目標(biāo)要求，在105段護(hù)坡上共計(jì)布設(shè)118條測(cè)線、1 605個(gè)有效測(cè)點(diǎn)。護(hù)坡段的高密度電法測(cè)線條數(shù)布設(shè)由護(hù)坡段長(zhǎng)度確定，護(hù)坡段長(zhǎng)度小于50 m時(shí)布置1條剖面，50～100 m時(shí)布設(shè)2條剖面，大于100 m時(shí)每隔50 m布設(shè)1條，相鄰電極測(cè)線剖面間距在5 m以上，電極測(cè)線需基本垂直線路。測(cè)線剖面上的電極布設(shè)形式采用單點(diǎn)三極法，相鄰電極間距在0.5～2 m，對(duì)應(yīng)的檢測(cè)深度為1～5 m。

本次排查作業(yè)的高密度電法檢測(cè)主要對(duì)邊坡土體的裂隙、含水率與脫空情況進(jìn)行檢測(cè)。高密度電法計(jì)劃工程量為1 500個(gè)測(cè)點(diǎn)，實(shí)際完成量超7%，實(shí)際檢測(cè)護(hù)坡工點(diǎn)105段。通過(guò)高密度電法排查出的護(hù)坡病害類(lèi)型主要有護(hù)坡背后填土欠密實(shí)、護(hù)坡背后土體含水率高與脫空3種。依據(jù)高密度電法排查出的護(hù)坡各主要病害類(lèi)型情況，對(duì)各護(hù)坡病害工點(diǎn)對(duì)應(yīng)的病害情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表3。

表3 高密度電法檢測(cè)病害統(tǒng)計(jì)

從檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，在上行線路中，存在護(hù)坡背后填土含水率高的病害工點(diǎn)占比最大，占上行已檢測(cè)工點(diǎn)數(shù)的65.90%，其次為存在護(hù)坡背后填土不密實(shí)的病害工點(diǎn)，占上行已檢測(cè)工點(diǎn)數(shù)的27.27%，脫空情況最輕，占上行已檢測(cè)工點(diǎn)數(shù)的15.91%；在下行線路中，存在護(hù)坡背后填土含水率高的病害工點(diǎn)占比最大，占下行已檢測(cè)工點(diǎn)數(shù)的50.82%，其次為存在護(hù)坡背后填土不密實(shí)的病害工點(diǎn)，占下行已檢測(cè)點(diǎn)數(shù)的36.07%，脫空情況較輕，占下行已檢測(cè)工點(diǎn)數(shù)的21.31%。

2.1.4 鉆探

在充分分析、研究既有竣工資料基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及病害發(fā)育程度，以及既有防護(hù)措施類(lèi)型進(jìn)行鉆探，查明各工點(diǎn)場(chǎng)區(qū)的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件。通過(guò)鉆探查明地層巖性，為評(píng)估提供可靠依據(jù)。由于本區(qū)主要為凍脹病害，其中砂質(zhì)黃土含量是影響凍脹程度的主要原因之一，因此，通過(guò)鉆探獲取地層中砂質(zhì)黃土含量[11]。

根據(jù)野外調(diào)查和物探病害結(jié)果嚴(yán)重程度，朔黃鐵路全線共布設(shè)30個(gè)鉆探點(diǎn)，通過(guò)鉆探得到各區(qū)段砂質(zhì)黃土厚度如表4所示。

表4 鉆探結(jié)果

2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)

2.2.1 護(hù)坡自身病害嚴(yán)重性評(píng)價(jià)指標(biāo)

護(hù)坡病害自身嚴(yán)重性指基于野外調(diào)查、物探與地質(zhì)鉆探結(jié)果評(píng)價(jià)得出的護(hù)坡病害的嚴(yán)重程度。護(hù)坡病害自身嚴(yán)重性共分為3個(gè)等級(jí)：嚴(yán)重、較嚴(yán)重與輕微。從排查的情況來(lái)看，朔黃鐵路原平分公司管內(nèi)護(hù)坡病害主要以凍害、排水不良與支擋防護(hù)結(jié)構(gòu)病害為主，此外還包括邊坡溜坍、危巖與崩塌落石等。

根據(jù)野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)護(hù)坡病害類(lèi)型情況，并結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)、高密度電法的檢測(cè)結(jié)果與鉆探結(jié)果，綜合確定了護(hù)坡病害自身嚴(yán)重性評(píng)價(jià)指標(biāo)為15個(gè)：坡面隆起/破損、坡面開(kāi)裂、陷穴、伸縮縫/勾縫脫落、排水設(shè)施開(kāi)裂、排水設(shè)施淤塞、排水設(shè)施不足、邊坡溜坍、危巖與崩塌落石、風(fēng)化剝落、護(hù)坡結(jié)構(gòu)內(nèi)部疏松、護(hù)坡背后填土欠密實(shí)/空洞、脫空、護(hù)坡背后填土含水率與護(hù)坡區(qū)域地層巖性。根據(jù)護(hù)坡病害的特征，分別對(duì)各病害的當(dāng)前程度進(jìn)行分析，并依據(jù)分析結(jié)果判斷病害自身嚴(yán)重性。

護(hù)坡自身病害嚴(yán)重性的評(píng)價(jià)采取評(píng)價(jià)指標(biāo)程度打分制：每項(xiàng)指標(biāo)根據(jù)其實(shí)際狀況劃分為完好、輕微、較嚴(yán)重、嚴(yán)重四種程度，對(duì)應(yīng)的扣分分值依次為0分、1分、2分與3分?；谏鲜鲈u(píng)價(jià)指標(biāo)的護(hù)坡病害自身嚴(yán)重性評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表5。

表5 護(hù)坡病害自身嚴(yán)重性評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

2.2.2 護(hù)坡病害對(duì)鐵路的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)

護(hù)坡病害對(duì)鐵路的危險(xiǎn)性指護(hù)坡病害工點(diǎn)對(duì)臨近線路安全的影響程度。護(hù)坡參數(shù)(高度、長(zhǎng)度、坡率等)對(duì)鄰近鐵路線路的安全性具有不同程度的影響。通過(guò)排查，確定護(hù)坡病害對(duì)鐵路的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)為坡腳至線路最外側(cè)中心線距離、護(hù)坡高度、護(hù)坡長(zhǎng)度與護(hù)坡坡率。護(hù)坡病害對(duì)鐵路的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)采取評(píng)價(jià)指標(biāo)程度打分制：每項(xiàng)指標(biāo)根據(jù)其對(duì)鐵路的危險(xiǎn)性影響程度劃分為一般危險(xiǎn)、較危險(xiǎn)與危險(xiǎn)3種程度，對(duì)應(yīng)的扣分分值依次為0，1，2。基于上述指標(biāo)的護(hù)坡病害對(duì)鐵路的危險(xiǎn)性評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表6[12]。

表6 護(hù)坡病害對(duì)鐵路的危險(xiǎn)性評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

3 建立基于AHP的綜合評(píng)價(jià)模型

通過(guò)層次分析法，評(píng)價(jià)護(hù)坡自身病害嚴(yán)重性和護(hù)坡病害對(duì)鐵路的危險(xiǎn)性，然后運(yùn)用動(dòng)態(tài)加權(quán)綜合評(píng)價(jià)方法，綜合評(píng)價(jià)護(hù)坡安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，最后采用邊坡常用穩(wěn)定性計(jì)算方法，驗(yàn)證評(píng)價(jià)模型的合理性。

3.1 基于AHP確定各指標(biāo)權(quán)重

3.1.1 AHP評(píng)價(jià)模型

護(hù)坡病害自身嚴(yán)重性各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重采用層次分析法予以確定，通過(guò)構(gòu)建各指標(biāo)權(quán)重的判別矩陣A(式(1))，計(jì)算矩陣A對(duì)應(yīng)于最大特征值λmax的特征向量w，經(jīng)歸一化后即可得各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。aij為各評(píng)價(jià)指標(biāo)之間的相互重要程度關(guān)系[3]。

(1)

采用層次分析法計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的具體操作如下：

(1)計(jì)算判斷矩陣每一行元素的乘積

(2)

(2)計(jì)算Mi的n次方根

(3)

(4)

(4)一致性檢驗(yàn)。

3.1.2 指標(biāo)分層和權(quán)重計(jì)算

野外調(diào)查病害根據(jù)坡體內(nèi)部病害>坡體表面病害，陷穴病害全線僅發(fā)現(xiàn)1處，所占權(quán)重最??；物探為邊坡內(nèi)部無(wú)損檢測(cè)，病害均在護(hù)坡內(nèi)部，因此權(quán)重一致。

第一層分層及重要性排序?yàn)椋阂巴庹{(diào)查>物探=鉆探；

第二層分層及重要性排序?yàn)椋浩旅骈_(kāi)裂=邊坡溜坍=危巖/崩塌落石=風(fēng)化剝落>坡面隆起/破損=勾縫脫落=排水設(shè)施開(kāi)裂=排水設(shè)施淤塞=排水設(shè)施不足>陷穴；

護(hù)坡結(jié)構(gòu)內(nèi)部疏松=護(hù)坡背后填土欠密實(shí)/空洞=脫空=護(hù)坡背后填土含水率。

通過(guò)Matlab程序計(jì)算得到各層指標(biāo)權(quán)重見(jiàn)表7，且第一層和第二層權(quán)重結(jié)果均通過(guò)一致性檢驗(yàn)。

各指標(biāo)最終權(quán)重由兩層權(quán)重相乘得到，各指標(biāo)權(quán)重的最終結(jié)果見(jiàn)表8。

表7 護(hù)坡病害自身嚴(yán)重性各層指標(biāo)權(quán)重

表8 護(hù)坡病害自身嚴(yán)重性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重值

3.2 自身嚴(yán)重性評(píng)價(jià)模型

護(hù)坡病害自身嚴(yán)重性按綜合評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)定。綜合評(píng)定方法是考慮各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的綜合評(píng)定方法：

(1)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重依次為W1、W2……Wn，指標(biāo)權(quán)重之和為100，即ΣWn=100；

(2)綜合各評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)及對(duì)應(yīng)的權(quán)重，可評(píng)價(jià)得到護(hù)坡病害自身嚴(yán)重性等級(jí)。評(píng)價(jià)方法見(jiàn)表9。

表9 護(hù)坡病害自身嚴(yán)重性評(píng)價(jià)方法

3.3 對(duì)鐵路的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)模型

護(hù)坡病害對(duì)鐵路的危險(xiǎn)性按綜合評(píng)定方法進(jìn)行評(píng)定。綜合評(píng)定方法就是考慮各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的綜合評(píng)定方法：

(1)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重依次為T(mén)1、T2……Tn，指標(biāo)權(quán)重之和為100，即ΣTn=100；

(2)綜合各評(píng)價(jià)指標(biāo)等級(jí)及對(duì)應(yīng)的權(quán)重，可評(píng)價(jià)得到護(hù)坡病害對(duì)鐵路的危險(xiǎn)性等級(jí)。評(píng)價(jià)方法見(jiàn)表10。

表10 護(hù)坡病害對(duì)鐵路的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法

護(hù)坡病害對(duì)鐵路的危險(xiǎn)性的各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重可同樣采用層次分析法予以確定。具體的計(jì)算方法可參見(jiàn)護(hù)坡自身病害嚴(yán)重性的評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算，其計(jì)算結(jié)果為T(mén)1=T2=T3=T4=25。

3.4 護(hù)坡安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)

基于護(hù)坡病害自身嚴(yán)重性評(píng)價(jià)結(jié)果與護(hù)坡病害對(duì)鐵路的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)結(jié)果，通過(guò)運(yùn)用動(dòng)態(tài)加權(quán)綜合評(píng)價(jià)方法，綜合評(píng)價(jià)護(hù)坡安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

對(duì)于影響護(hù)坡安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的兩個(gè)因素，每個(gè)因素都有3個(gè)等級(jí)，不同的等級(jí)護(hù)坡安全風(fēng)險(xiǎn)不同，用通常的定常權(quán)綜合評(píng)價(jià)法做綜合評(píng)價(jià)顯然是不合理的，然而采用動(dòng)態(tài)加權(quán)綜合評(píng)價(jià)方法是合理且有效的[13-14]。

(1)指標(biāo)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理

(2)動(dòng)態(tài)加權(quán)函數(shù)的確定

根據(jù)本文實(shí)際問(wèn)題，取動(dòng)態(tài)加權(quán)函數(shù)為偏大型正態(tài)分布函數(shù)，即

(5)

(3)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)函數(shù)的確定

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的各評(píng)價(jià)指標(biāo)值，仍用xi表示，以及相應(yīng)的動(dòng)態(tài)權(quán)函數(shù)wi(x)(i=1,2,…,m)，建立綜合評(píng)價(jià)模型來(lái)對(duì)n個(gè)被評(píng)價(jià)對(duì)象做出綜合評(píng)價(jià)。在此，取綜合評(píng)價(jià)模型為各評(píng)價(jià)指標(biāo)的動(dòng)態(tài)加權(quán)和，即

(6)

以此作為問(wèn)題的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)函數(shù)。

(4)護(hù)坡病害綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)式(6)，護(hù)坡安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表11。

表11 護(hù)坡安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

4 工程應(yīng)用

4.1 工程概述

朔黃鐵路滴硫蹬—猴刎站區(qū)間下行K163+043～K163+233路塹邊坡位于滴硫蹬區(qū)間管轄范圍，屬低山地貌。該坡面朝會(huì)里村方向，西起會(huì)里隧道出口方向，東至滴硫蹬隧道進(jìn)口方向，全長(zhǎng)190 m，為三級(jí)土質(zhì)邊坡，坡高23～34 m，邊坡坡率為1：0.75。坡腰設(shè)有平臺(tái)，一級(jí)平臺(tái)寬2.2 m，二級(jí)平臺(tái)寬3.6 m，一、二級(jí)平臺(tái)上未設(shè)置截水溝，邊坡坡面采用漿砌片石護(hù)坡。塹頂設(shè)有截水溝，坡腳設(shè)有側(cè)溝。坡面設(shè)置有泄水孔，泄水孔采用φ10 cm PVC管，呈梅花形布置，間距5～10 m，坡頂?shù)狡履_間距逐漸減小。見(jiàn)圖2。

圖2 朔黃鐵路滴流蹬—猴刎站區(qū)間下行K163+043～ K163+233路塹邊坡設(shè)計(jì) (單位：m)

4.2 病害描述

4.2.1 野外調(diào)查

(1)一級(jí)邊坡K163+228處坡面存在長(zhǎng)8 m，寬0.5～1 cm裂縫；K163+143處一級(jí)坡面存在長(zhǎng)7 m，寬0.5～1 cm裂縫；K163+074里程處坡面存在貫通的豎向裂縫，縫寬1～2 cm；二級(jí)坡面K163+092處存在長(zhǎng)5 m，寬1 cm裂縫；K163+113處二級(jí)坡面存在橫向貫通裂縫，寬0.5～1 cm；三級(jí)坡面K163+140處存在寬0.5 cm裂縫，見(jiàn)圖3(a)、圖3(b)。

(2)一級(jí)邊坡K163+200里程坡面存在2處網(wǎng)狀裂縫，范圍約為12 m2，見(jiàn)圖3(c)。

(3)一級(jí)邊坡K163+185～K163+179、K163+156、K163+111里程處坡面勾縫脫落，見(jiàn)圖3(d)。

(4)二級(jí)坡面距平臺(tái)約5 m高位置，存在1條縱向貫通裂縫，長(zhǎng)約30 m，縫寬2～5 cm，見(jiàn)圖3(e)。

(5)20%截水溝存在網(wǎng)狀裂縫，勾縫脫落情況。

(6)30%泄水孔堵塞，見(jiàn)圖3(f)。

(7)K163+180處伸縮縫開(kāi)裂脫空，見(jiàn)圖3(g)。

圖3 邊坡病害

4.2.2 地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)

通過(guò)對(duì)該段護(hù)坡進(jìn)行地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)，其檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表12。

表12 地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)結(jié)果

4.2.3 高密度電法檢測(cè)

通過(guò)對(duì)該段護(hù)坡進(jìn)行高密度電法檢測(cè)，可見(jiàn)該段坡電阻率隨埋深增加存在突變，電阻值變化率大于60%，坡頂內(nèi)部可能存在排水不暢，產(chǎn)生水囊現(xiàn)象的病害。

4.3 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)

4.3.1 工點(diǎn)病害自身嚴(yán)重性

基于野外調(diào)查、物探結(jié)果，根據(jù)護(hù)坡自身病害嚴(yán)重性評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)(表5)，確定護(hù)坡自身病害嚴(yán)重性評(píng)價(jià)指標(biāo)的扣分，見(jiàn)表13。

根據(jù)護(hù)坡病害自身嚴(yán)重性評(píng)價(jià)方法(表9)，結(jié)合表13中各評(píng)價(jià)指標(biāo)的扣分結(jié)果，該工點(diǎn)護(hù)坡自身病害嚴(yán)重性得分為55.80分，判定為嚴(yán)重病害(C)。

表13 護(hù)坡病害自身嚴(yán)重性指標(biāo)評(píng)定結(jié)果

4.3.2 工點(diǎn)病害對(duì)鐵路的危險(xiǎn)性

根據(jù)護(hù)坡病害對(duì)鐵路的危險(xiǎn)性評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)(表6)，確定護(hù)坡病害對(duì)鐵路的危險(xiǎn)性指標(biāo)扣分，見(jiàn)表14。

表14 護(hù)坡病害對(duì)鐵路的危險(xiǎn)性指標(biāo)評(píng)定結(jié)果

根據(jù)護(hù)坡病害對(duì)鐵路的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)方法(表10)，結(jié)合表14中各評(píng)價(jià)指標(biāo)扣分結(jié)果，該工點(diǎn)護(hù)坡病害對(duì)鐵路的危險(xiǎn)性得分為25分，判定為危險(xiǎn)(c)。

4.3.3 工點(diǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)

根據(jù)動(dòng)態(tài)加權(quán)綜合評(píng)價(jià)方法，結(jié)合護(hù)坡自身病害嚴(yán)重性等級(jí)與護(hù)坡病害對(duì)鐵路的危險(xiǎn)性等級(jí)，計(jì)算得到該護(hù)坡X=3.403，判斷為高度風(fēng)險(xiǎn)，因此該邊坡急需整治。

4.4 穩(wěn)定性計(jì)算

采用簡(jiǎn)化Bishop法對(duì)該邊坡計(jì)算，各土層參數(shù)見(jiàn)表15。以坡腳為坐標(biāo)原點(diǎn)(0，0)，得到最危險(xiǎn)滑弧圓心坐標(biāo)(-24.282 m，49.450 m)，滑動(dòng)半徑為 55.090 m，最危險(xiǎn)滑弧位置如圖4所示，穩(wěn)定性系數(shù)為1.02。根據(jù)文獻(xiàn)[4]可知，該邊坡處于很不安全狀態(tài)，急需整治，該結(jié)論與采用基于AHP的動(dòng)態(tài)加權(quán)綜合評(píng)價(jià)模型得到的結(jié)論一致。

表15 K163+150斷面邊坡計(jì)算參數(shù)

圖4 最危險(xiǎn)滑弧位置(單位：m)

5 結(jié)論

(1)基于朔黃鐵路全線野外調(diào)查、物探和鉆探結(jié)果，提出了兩層15個(gè)護(hù)坡病害自身嚴(yán)重性評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。護(hù)坡病害自身嚴(yán)重性評(píng)價(jià)指標(biāo)：坡面隆起/破損、坡面開(kāi)裂、陷穴、伸縮縫/勾縫脫落、排水設(shè)施開(kāi)裂、排水設(shè)施淤塞、排水設(shè)施不足、邊坡溜坍、危巖與崩塌落石、風(fēng)化剝落、護(hù)坡結(jié)構(gòu)內(nèi)部疏松、護(hù)坡背后填土欠密實(shí)/空洞、脫空、護(hù)坡背后填土含水率與護(hù)坡區(qū)域地層巖性。

(2)基于護(hù)坡病害對(duì)鄰近線路安全的影響程度，提出了4個(gè)護(hù)坡病害對(duì)鐵路的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)。護(hù)坡病害對(duì)鐵路的危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)指標(biāo)：坡腳至線路中心距離、護(hù)坡高度、護(hù)坡長(zhǎng)度與護(hù)坡坡率。

(3)對(duì)護(hù)坡病害自身嚴(yán)重性和對(duì)鐵路的危害性各評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了分層和排序，通過(guò)層次分析法，得出各指標(biāo)所占權(quán)重。對(duì)一特定既有邊坡，護(hù)坡自身嚴(yán)重性和對(duì)鐵路的危險(xiǎn)性兩種因素各處于不同等級(jí)，不同等級(jí)采用不同權(quán)重，提出采用動(dòng)態(tài)加權(quán)綜合評(píng)價(jià)模型評(píng)估護(hù)坡安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

(4)經(jīng)工程實(shí)例驗(yàn)證，基于AHP的動(dòng)態(tài)加權(quán)綜合評(píng)價(jià)模型可應(yīng)用于運(yùn)營(yíng)期既有鐵路路塹護(hù)坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。