高速公路路塹高邊坡施工安全風(fēng)險指標(biāo)體系研究

翟玥

摘要：高速公路路塹高邊坡項目具有數(shù)量多，工作步驟繁多，地質(zhì)條件復(fù)雜的特點，項目施工安全風(fēng)險影響因素眾多。本文利用工作分解結(jié)構(gòu)法的系統(tǒng)性構(gòu)建高速公路路塹高邊坡施工工作分解結(jié)構(gòu)樹，再利用因果圖法識別高速公路路塹高邊坡項目主要工作中的施工安全風(fēng)險因素，經(jīng)過主成分分析法篩選，形成施工安全風(fēng)險指標(biāo)體系，為高速公路路塹高邊坡工程進行風(fēng)險評價奠定基礎(chǔ)。

Abstract： The freeway high cutting slope engineering features with large in quantities， many work steps， and complex geological conditions. There are many factors that affect the construction safety risk of the freeway high cutting slope engineering. In this paper， the work breakdown structure method is used to systematically construct the construction work breakdown structure tree of the freeway high cutting slope engineering， and then the cause and effect diagram method is used to identify the construction safety risk factors in the main work of the freeway high cutting slope engineering. After screening by the principal component analysis method， a construction safety risk index system is formed， which lays the foundation for the risk assessment of freeway high cutting slope engineering.

關(guān)鍵詞：高速公路;施工安全風(fēng)險;指標(biāo)體系

Key words： freeway;construction safety risk;index system

中圖分類號：U416.14? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）22-0027-04

0? 引言

高速公路所處地段往往地形復(fù)雜，其中高速公路路塹高邊坡工程施工內(nèi)容豐富且易于變化，是高速公路工程施工的高風(fēng)險環(huán)節(jié)之一[1]。對項目的施工安全風(fēng)險進行評估能夠起到降低施工安全風(fēng)險、減少施工安全事故、保障工程建設(shè)安全的作用，因此項目的施工安全風(fēng)險評估是項目施工過程中必不可少的一步。

高速公路路塹高邊坡項目規(guī)模較大，工作步驟繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，項目施工安全風(fēng)險影響因素眾多，自2014年交通運輸部發(fā)布的《高速公路路塹高邊坡工程施工安全風(fēng)險評估指南》以來[2]，許多研究人員未加改進地選擇直接采用了中的指標(biāo)體系進行風(fēng)險評估[3-5]。李莉萍提出應(yīng)根據(jù)邊坡工程特點等因素綜合選取評估指標(biāo)[6]。

工作分解結(jié)構(gòu)法（簡稱WBS）是一種具有系統(tǒng)性和全面性的風(fēng)險識別方法，是風(fēng)險因素識別的常用方法之一[7]。該方法將工程項目按照施工步驟細分到各個基本工作單元，便于后續(xù)系統(tǒng)地識別高速公路路塹高邊坡項目各個環(huán)節(jié)的風(fēng)險，但難以獨立使用。因果圖法是通過分析風(fēng)險因果關(guān)系識別風(fēng)險的方法，高速公路路塹高邊坡項目涉及的風(fēng)險因素多種多類，能將工程項目中的風(fēng)險因素與風(fēng)險事件相聯(lián)系，得到項目風(fēng)險因素層級和基本風(fēng)險因素。本文通過文獻分析法分析工程項目的工序和風(fēng)險源，將WBS法與因果圖法相結(jié)合識別高速公路路塹高邊坡主要工作的施工安全風(fēng)險因素，最終經(jīng)過主成分分析法（簡稱PCA）篩選，形成高速公路路塹高邊坡項目施工安全風(fēng)險指標(biāo)體系。

1? 基于WBS和因果圖法的施工風(fēng)險初步識別

1.1 風(fēng)險初步識別步驟

①通過文獻分確定工程的風(fēng)險對象和風(fēng)險范圍。高速公路邊坡項目的風(fēng)險對象是高邊坡，風(fēng)險范圍包括從邊坡開挖到坡面防護的高邊坡施工全過程。

②采用WBS法對高速公路路塹高邊坡項目按照工程施工步驟與工藝結(jié)構(gòu)的關(guān)系分層且系統(tǒng)地進行工作逐一分解，直至項目分解為適合辨別風(fēng)險類型的基本工作單元，建立高邊坡施工工作分解結(jié)構(gòu)樹。

③依據(jù)WBS的工作分解結(jié)果，采用因果圖法分析高速公路路塹高邊坡項目主要施工步驟中可能存在的風(fēng)險因素。從“工、料、機、法、環(huán)”著手，將風(fēng)險因素直觀且有層次地繪制成魚骨形的因果圖。風(fēng)險因素的影響程度越大越靠近魚頭。

④根據(jù)因果圖的分析結(jié)果，總結(jié)出對高速公路路塹高邊坡項目具有不可忽視的影響的風(fēng)險因素，對其層級關(guān)系進行分析歸納，以此構(gòu)建高速公路邊坡施工風(fēng)險指標(biāo)體系。

1.2 基于WBS的邊坡施工工作分解

依據(jù)《公路路基施工技術(shù)規(guī)范JTGF10-2006》對公路邊坡施工的技術(shù)要求，將高速公路路塹高邊坡的施工過程分為邊坡開挖、地表排水系統(tǒng)、抗滑擋墻、抗滑樁、預(yù)應(yīng)力錨固工程、預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁、土釘墻、注漿微型樁、排水隧洞、坡面植物防護、坡面骨架防護和坡面防護[8]。根據(jù)施工過程的具體施工工序與作業(yè)內(nèi)容建立高邊坡施工工作分解結(jié)構(gòu)樹如圖1所示。

以上施工步驟中，邊坡開挖、地下排水系統(tǒng)、抗滑擋墻、抗滑樁和預(yù)應(yīng)力錨固工程的施工出現(xiàn)施工安全事故的概率較大，事故危險程度較高，因此下文以這5個施工步驟為主，分析高速公路路塹高邊坡施工的風(fēng)險因素。

1.3 基于因果圖法的邊坡施工風(fēng)險因素識別

公路高邊坡施工風(fēng)險的分類方式不止一種，本文通過查閱大量與高速公路邊坡施工安全風(fēng)險相關(guān)的文獻和規(guī)范，從“工、料、機、法、環(huán)”五點著手，有層次地識別各個施工步驟的風(fēng)險因素并繪制因果圖。

1.3.1 邊坡開挖風(fēng)險

邊坡的規(guī)模和地質(zhì)條件在很大程度上決定了邊坡開挖的施工難度和危險程度。不恰當(dāng)?shù)拈_挖方法、不正確的施工工序、雨季施工、自然災(zāi)害都會增加邊坡失穩(wěn)事故發(fā)生的可能性。多雨的施工氣候和排水不及時也容易造成坡面病害。此外，地表建筑物等施工環(huán)境越復(fù)雜，邊坡開挖事故造成的危害程度越大。

1.3.2 地下排水系統(tǒng)風(fēng)險

地下排水系統(tǒng)施工，主要容易發(fā)生洞內(nèi)塌方、突水涌泥、爆破等事故，特別是在地下水隧洞施工中。地層巖性軟弱、地下水未排除、開挖進度過快和支護方式不當(dāng)都會導(dǎo)致塌方。開挖過快將導(dǎo)致洞內(nèi)空氣不足，工人中毒窒息。施工周圍水體環(huán)境決定了隧洞發(fā)生涌泥突水的概率。

1.3.3 抗滑擋墻風(fēng)險

抗滑擋墻施工主要造成塌方等風(fēng)險，包括地下水變化在內(nèi)的地質(zhì)條件變化和開挖分段方式是其主要影響因素，其次抗滑擋墻施工還存在腳手架的設(shè)計強度不足等因素導(dǎo)致的腳手架垮塌風(fēng)險。（圖 4）

1.3.4 抗滑樁風(fēng)險

抗滑樁的施工事故主要存在于人工挖孔的抗滑樁施工過程中。對地下水、地層巖性軟弱等情況的缺乏應(yīng)對措施，可能導(dǎo)致護壁支護強度不夠引起塌方或涌泥突水。沒有跳樁間隔開挖、大爆破震動、樁外側(cè)開挖卸荷、樁長樁型設(shè)計失誤容易引起邊坡失穩(wěn)。有害氣體或通風(fēng)不順可能導(dǎo)致人員中毒窒息。

1.3.5 預(yù)應(yīng)力錨固安全風(fēng)險

邊坡高度、坡度和鉆孔深度對預(yù)應(yīng)力錨固難度有加大影響，邊坡開挖的施工難度和危險程度，錨固結(jié)構(gòu)不合理、工序銜接不及時和地質(zhì)條件變化應(yīng)對不及時都會導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力錨固過程中出現(xiàn)滑坡、坍塌、崩塌等邊坡失穩(wěn)事故。由于預(yù)應(yīng)力錨固需要搭設(shè)腳手架，大雨、霧、雪、冰凍天氣施工容易導(dǎo)致腳手架上的施工人員打滑，增加高處墜落的概率。此外，腳手架或模板支架設(shè)計計算或驗算不準(zhǔn)確也會造成施工腳手架坍塌等事故發(fā)生。

通過歸納總結(jié)因果圖整理得到6個一級風(fēng)險指標(biāo)，分別為施工規(guī)模、地質(zhì)條件變化、施工方案、施工環(huán)境、誘發(fā)因素和資料完整性，其中施工規(guī)模分為邊坡高度和坡形坡率，地質(zhì)條件變化分為地下水變化、地層變化和坡體結(jié)構(gòu)變化，施工方案分為專項工程施工方案、工序銜接、鉆孔方法、腳手架和開挖方法，施工環(huán)境可為周邊環(huán)境、氣候條件、風(fēng)力條件、有毒有害氣體和通風(fēng)照明，誘發(fā)因素分為施工季節(jié)和自然災(zāi)害影響，資料完整性可分為地質(zhì)資料符合性和設(shè)計文件準(zhǔn)確性。

2? 基于PCA的邊坡施工風(fēng)險因素篩選

2.1 調(diào)查問卷設(shè)計與收集

為避免過多相關(guān)變量增加風(fēng)險評價的復(fù)雜性，本文提取二級指標(biāo)大于3個的施工方案因素和施工環(huán)境因素進行主成分分析，簡化風(fēng)險指標(biāo)體系。

制作高速公路邊坡施工安全風(fēng)險因素調(diào)查問卷，將指標(biāo)的影響程度分為1～5分，對應(yīng)影響程度從弱到強。調(diào)查參與者限定為參與過高速公路項目施工的專業(yè)技術(shù)人員或?qū)＜?。發(fā)放調(diào)查問卷150份，回收129份，去除掉人員不合要求、選項漏選、全選相同選項的問卷，余下有效問卷112份。有效回收率為74%。問卷信度分析的Cronbach's Alpha值為0.896，大于0.8，調(diào)查問卷信度較高。信度統(tǒng)計量表1所示。

2.2 邊坡施工風(fēng)險因素主成分分析

2.2.1 PCA基本原理

PCA法是在盡量不丟失原有信息的原則下，對高位指標(biāo)空間進行降維，以少數(shù)獨立的綜合指標(biāo)代表全體指標(biāo)的方法，達到簡化數(shù)據(jù)的目的。PCA法的基本原理如下。

假設(shè)■是由p個標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)組成的p維隨機向量，設(shè)，p個變量的線性變換如公式（1）所示。

第一主成分Y1表示最能有效地綜合表示p個變量信息的一個線性組合，一般采用Y1的方差反映信息量，要求Var（Y1）在aiTai=1的限制條件下盡可能大。當(dāng)Y1表達的系統(tǒng)信息不充分時，則選出與Y1相獨立的第二主成分Y2，以此類推直至選出主成分能代表系統(tǒng)絕大部分信息為止。推理可得，若滿足公式（3）、公式（4）和公式（5），則定義Yi為X的第i個主成分。

由主成分的定義可知，確定主成分Yi的過程實質(zhì)上是一個條件極值求解問題，其內(nèi)核在于求解X的協(xié)方差矩陣的特征值？姿i和特征向量ai。

2.2.2 PCA基本步驟

PCA基本步驟如下：

①指標(biāo)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化。定義原始變量，收集整理問卷調(diào)查結(jié)果得到原始數(shù)據(jù)xij，樣本標(biāo)準(zhǔn)差sj和樣本均值計算公式如下。

②指標(biāo)相關(guān)性判定。依據(jù)PCA法基本原理求得相關(guān)系數(shù)矩陣，采用KMO測度檢驗和Bartlett 的球形度檢驗方法判定原始變量是否適合進行主成分分析。只有當(dāng)KMO檢驗系數(shù)>0.7，且Bartlett 的球形度檢驗的顯著性概率P值<0.01時，問卷有結(jié)構(gòu)效度，即原始變量適合進行主成分分析[10]。

③確定主成分。在確定原始變量適合進行主成分分析后，依據(jù)PCA法基本原理得到相關(guān)系數(shù)矩陣的特征值及正規(guī)化特征向量，提取特征值>1的主成分，確定主成分個數(shù)和各個主成分的表達式。同時計算主成分方差貢獻率和累計貢獻率，以此檢驗選取的主成分反映的信息量在總體系統(tǒng)中的占比。

2.3 風(fēng)險因素PCA過程

運用SPSS軟件分別對施工方法因素和施工環(huán)境因素進行主成分分析，計算得到施工方案因素和施工環(huán)境因素的KMO值分別為0.740和0.786，均大于0.7，Bartlett球形度檢驗P值均為0.000，小于0.01，適合進行主成分分析。

以特征值>1為主成分選取依據(jù)，施工方法因素和施工環(huán)境因素均選出一個主成分，累積方差貢獻率分別為58.836%和57.508%。

3? 邊坡施工風(fēng)險指標(biāo)體系的構(gòu)建

基于上述研究，本文構(gòu)建邊坡施工風(fēng)險指標(biāo)體系如圖7所示。

4? 結(jié)論

高速公路作為聯(lián)通城鄉(xiāng)的重要交通基礎(chǔ)設(shè)施，其建設(shè)在對鄉(xiāng)村建設(shè)和經(jīng)濟發(fā)展至關(guān)重要。高速公路路塹高邊坡工程的風(fēng)險較高。對高速公路路塹高邊坡施工安全風(fēng)險進行評價能夠很好地協(xié)助項目管理者控制風(fēng)險，避免項目出現(xiàn)不必要的損失。本文從施工工作結(jié)構(gòu)和風(fēng)險因果關(guān)系出發(fā)，基于WBS法、因果圖法構(gòu)造出一套科學(xué)、合理、客觀的高速公路路塹高邊坡施工安全風(fēng)險評價指標(biāo)體系，并采用PCA法進行簡化，為此類工程進行風(fēng)險評價奠定了堅實的基礎(chǔ)，同時為類似工程的指標(biāo)體系的構(gòu)建提供參考。

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作者簡介：翟玥（1996-），女，湖北武漢人，碩士研究生在讀。