基于層次分析法的高寒高海拔地區(qū)高邊坡開(kāi)挖施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

熊子壹

摘要 文章研究的主旨為工程建設(shè)項(xiàng)目提供一種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法，進(jìn)而為工程安全施工找到合理的施工方法提供理論依據(jù)。文章在現(xiàn)行的評(píng)估方法基礎(chǔ)上，運(yùn)用層次分析法并通過(guò)地質(zhì)條件、誘發(fā)因素、施工條件等各類(lèi)因素對(duì)高邊坡工程進(jìn)行分析、評(píng)定，因地制宜，采取相關(guān)的有效措施，從而達(dá)到降低人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失以及社會(huì)影響的目的。

關(guān)鍵詞 層次分析法;風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估;指標(biāo)體系;高寒高海拔;邊坡開(kāi)挖施工安全

中圖分類(lèi)號(hào) F542.8;F540.58 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）03-0168-03

0 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，公路工程建設(shè)亦逐步轉(zhuǎn)移至山區(qū)，在工程實(shí)施階段存在的危險(xiǎn)因素也隨之增多，尤其為高邊坡施工，稍有不慎有可能會(huì)帶來(lái)社會(huì)財(cái)產(chǎn)、人身安全、社會(huì)影響等不利影響，為降低高邊坡施工對(duì)施工安全帶來(lái)的安全隱患，該文綜合影響高邊坡挖方施工安全的各個(gè)因素，應(yīng)用層次分析法來(lái)構(gòu)建致險(xiǎn)因子的模型，確立影響安全施工的影響因素并根據(jù)德?tīng)柗品▽?duì)其量化處理，并對(duì)各個(gè)影響因素進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，再根據(jù)權(quán)重值來(lái)運(yùn)用合適的數(shù)學(xué)方法對(duì)各個(gè)事故類(lèi)型進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

1 層次分析法概述

1.1 層次分析法概念

層次分析法是利用綜合評(píng)價(jià)方法，對(duì)工程復(fù)雜的本質(zhì)、內(nèi)在關(guān)系和影響因素進(jìn)行深入定性與定量分析，從而提供適用的決策手段[1]。而層次分析法和計(jì)算權(quán)重有著多種計(jì)算方法，在實(shí)際問(wèn)題中可根據(jù)實(shí)際情況選用其中一種進(jìn)行計(jì)算。

1.2 基本原理及其基本步驟

1.2.1 基本原理

層次分析法是將一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的問(wèn)題分解為各個(gè)因素，依據(jù)魚(yú)刺法原理將性質(zhì)不同的各因素形成由下至上的層次，從而確定因素權(quán)重的方法。

1.2.2 AHP的基本步驟

步驟一 建立遞階層次結(jié)構(gòu)模型：

把高邊坡存在的復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行因素分解并分為不同的層次，高層為目標(biāo)層，底層為因素層，使問(wèn)題條理化、層次化，從而構(gòu)建出層次結(jié)構(gòu)模型。

步驟二 構(gòu)建兩兩比較矩陣：

從第二層開(kāi)始利用1～9個(gè)標(biāo)度構(gòu)建比較矩陣，將一個(gè)因素給施工安全帶來(lái)的影響程度與另一個(gè)因素給施工安全帶來(lái)的影響程度予以相比，分析各元素的重要性，從而得出比較矩陣A，包括具有同樣的重要性、稍微重要、明顯重要、強(qiáng)烈重要、極端重要。

步驟三 計(jì)算元素的相對(duì)權(quán)重：

依據(jù)第二步比較得到的矩陣A，解析特征根問(wèn)題：

AW=λmaxW （1）

其中，λmax—矩陣中最大的特征根，W的分量為正分量。

將求得的權(quán)重向量集中統(tǒng)一處理，計(jì)算求得其權(quán)重值。

步驟四 判斷一致性：

計(jì)算一致性指標(biāo)CI：

CI=（λmax-n）/（n-1） （2）

其中，λmax是最大特征值。

查找一致性指標(biāo)RI如表1。

計(jì)算一致性比例CR（consistency ratio）：

CR=CI/RI （3）

當(dāng)CR<0.1時(shí)，計(jì)算符合要求。否則對(duì)其判斷矩陣進(jìn)行修正，重復(fù)上述步驟[2]。

2 洞口改溝工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

為了展示層次分析法在高邊坡挖方施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的運(yùn)用，該論文以隧道洞口改溝工程中高海拔高寒地區(qū)高邊坡嚴(yán)重風(fēng)化帶挖方為評(píng)估段進(jìn)行相關(guān)研究。

2.1 工程概況

隧道進(jìn)洞口山體地形起伏大，主要有山麓斜坡堆積地貌區(qū)，構(gòu)造剝蝕中高山地貌區(qū)，緊鄰洞口位置有河流經(jīng)過(guò)，最大邊坡高度為56 m，采取人工配合機(jī)械開(kāi)挖的開(kāi)挖方法。環(huán)境保護(hù)要求高，禁止水源污染，由于隧道進(jìn)洞口處于半山坡位置（左、右洞路面高距河水面高約15.368 m、9.802 m），現(xiàn)場(chǎng)無(wú)平坦、寬闊地帶可作為進(jìn)洞大臨設(shè)施建設(shè)平臺(tái)。

2.2 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)

建立AHP模型的第一步就是確定評(píng)價(jià)指標(biāo)，指標(biāo)體系應(yīng)具有代表性，能夠反映實(shí)際狀況。在進(jìn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立的時(shí)候，首先進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)。高邊坡開(kāi)挖施工事故可能性評(píng)估主要是基于坡面病害、邊坡失穩(wěn)、塌方三種類(lèi)型事故，建立評(píng)估指標(biāo)體系。根據(jù)以上風(fēng)險(xiǎn)分析，結(jié)合現(xiàn)行路塹指南建議，從物的不安全狀態(tài)考慮，邊坡開(kāi)挖存在邊坡規(guī)模、施工方法及實(shí)施、地質(zhì)條件、誘發(fā)因素、施工環(huán)境因素共5個(gè)方面[3]。

2.2.1 邊坡規(guī)模因素分析

項(xiàng)目高填深挖邊坡較多，經(jīng)分析，邊坡規(guī)模是影響施工安全的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因子。為方便量化安全評(píng)估，將邊坡規(guī)模分為邊坡高度和坡形坡率兩個(gè)因素。

2.2.2 施工工藝

邊坡開(kāi)挖以機(jī)械及人工開(kāi)挖為主。經(jīng)分析認(rèn)為施工工藝是影響邊坡開(kāi)挖施工安全的重要風(fēng)險(xiǎn)因子。為方便進(jìn)行量化安全評(píng)估，將施工工藝表達(dá)為開(kāi)挖方法（機(jī)械、人工）和工序銜接（開(kāi)挖多級(jí)再防護(hù)、開(kāi)挖一級(jí)即防護(hù)）2個(gè)二級(jí)影響因素。

2.2.3 地質(zhì)條件因素分析

根據(jù)地勘報(bào)告提供的區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造特征分析，項(xiàng)目主要有褶皺、斷裂及裂隙等構(gòu)造，現(xiàn)處于穩(wěn)定狀態(tài)。但構(gòu)造單元相疊加的復(fù)雜性，對(duì)場(chǎng)地的穩(wěn)定性影響也不容忽視。邊坡開(kāi)挖存在邊坡失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。所以地質(zhì)條件也是影響施工安全的重要因素，并將其表達(dá)為巖性和坡體結(jié)構(gòu)構(gòu)造2個(gè)二級(jí)影響因素進(jìn)行量化評(píng)估。

2.2.4 誘發(fā)因素分析

項(xiàng)目主要施工周期較長(zhǎng)，山區(qū)暴雨頻發(fā)，預(yù)警困難，可能引發(fā)泥石流等自然災(zāi)害，進(jìn)一步誘發(fā)邊坡失穩(wěn)、坡面病害等風(fēng)險(xiǎn)事故。經(jīng)過(guò)分析，將施工季節(jié)和自然災(zāi)害均作為邊坡開(kāi)挖施工安全致險(xiǎn)因子，并稱(chēng)為誘發(fā)因素。

2.2.5 施工環(huán)境因素分析

邊坡開(kāi)挖擾動(dòng)有可能致其失穩(wěn)，為此，建立了施工環(huán)境因素評(píng)估指標(biāo)。

2.3 建立層次結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)層次分析法的基本步驟，建立高邊坡開(kāi)挖施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估遞階層次結(jié)構(gòu)模型（如圖1）。

2.4 構(gòu)造判斷矩陣并計(jì)算權(quán)重

第一步，采用問(wèn)卷形式，通過(guò)德?tīng)柗品?，采集?zhuān)家意見(jiàn)，確定各因素之間的相對(duì)重要性并賦以相應(yīng)的分值。第二步，構(gòu)造出判斷矩陣，并計(jì)算權(quán)向量和一致性檢驗(yàn)。

2.4.1 信息采集

經(jīng)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，發(fā)現(xiàn)邊坡高度、坡形坡率等10個(gè)因素是該工程施工安全的主要影響因素。為判定各因素對(duì)施工安全影響的權(quán)重，需依據(jù)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，并按給定的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各因素進(jìn)行評(píng)分。

評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：分值為1時(shí)，影響較小;分值為3時(shí)，稍微影響;分值為5時(shí)，明顯影響;分值為7時(shí)，強(qiáng)烈影響;分值為9時(shí)，極端影響;分值為2、4、6、8時(shí)，為上述相鄰判斷的中值（如表2）。

2.4.2 構(gòu)造判斷矩陣并計(jì)算

根據(jù)專(zhuān)家意見(jiàn)，得出各個(gè)指標(biāo)的量化值，并由此構(gòu)造判斷矩陣，并計(jì)算各個(gè)指標(biāo)權(quán)重值和進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。

通過(guò)邊坡失穩(wěn)矩陣并利用MATLAB軟件求出其權(quán)重值：ωi=（0.29，0.09，0.10，0.09，0.15，0.15，0.03，0.04，0.02，0.02），λmax=8.73。CR=（λmax-n）/（n-1）·RI，查表得，RI=1.49，則CR<0.1。因此，該判斷矩陣符合要求。

通過(guò)塌方矩陣并利用MATLAB軟件求出其權(quán)重值：ωi=（0.28，0.11，0.11，0.08，0.09，0.03，0.09，0，0，0.22），λmax=10，CR=（λmax-n）/[（n-1）·RI]，查表得，RI=1.49，則CR<0.1。因此，該判斷矩陣符合要求。

通過(guò)坡面病害矩陣并利用MATLAB軟件求出其權(quán)重值：ωi=（0.21，0.13，0.18，0.11，0.08，0.08，0.13，0.11，0.13，0.05），λmax=10，CR=（λmax-n）/[（n-1）·RI]，查表得，RI=1.49，則CR<0.1。因此，該判斷矩陣符合要求。

2.5 邊坡開(kāi)挖評(píng)估指標(biāo)評(píng)分及計(jì)算

2.5.1 評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)工程實(shí)際情況參照現(xiàn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南，針對(duì)各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行量化評(píng)分。

2.5.2 評(píng)分及計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南對(duì)各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行量化估值得出Rij，利用各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素在各個(gè)類(lèi)型的風(fēng)險(xiǎn)事故中所占的權(quán)重Wij與Rij的乘積Xij再對(duì)其求和得出最后的按事故類(lèi)型的不同的風(fēng)險(xiǎn)量化值（如表3）。

2.5.3 人的不安全因素評(píng)估指標(biāo)評(píng)分

人的不安全因素主要與管理制度、監(jiān)管制度、資金投入、人員技術(shù)水平等方面有關(guān)。按照路塹指南建議，評(píng)估考慮了企業(yè)資質(zhì)、作業(yè)人員經(jīng)驗(yàn)、項(xiàng)目技術(shù)管理人員經(jīng)驗(yàn)、專(zhuān)職安全人員配備、安全投入、機(jī)械設(shè)備配置及管理、專(zhuān)項(xiàng)施工方案、企業(yè)工程業(yè)績(jī)等風(fēng)險(xiǎn)因素?！堵穳q指南》依據(jù)安全管理總分值M，將人的行為對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源可能性的影響表示為調(diào)整系數(shù)λ。按照《路塹指南》λ=0.8。綜合評(píng)分為3分。

2.6 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定結(jié)論

事故可能性等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)參見(jiàn)現(xiàn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南。邊坡開(kāi)挖變形破壞跡象的調(diào)整系數(shù)根據(jù)現(xiàn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南判斷，邊坡上只有局部有破壞情形，支擋結(jié)構(gòu)也在安全區(qū)域內(nèi)。所以，調(diào)整系數(shù)取1。

計(jì)算確定：

（4）

式中：λ—安全管理調(diào)整系數(shù);

D0—開(kāi)挖邊坡的變形破壞調(diào)整系數(shù)。

計(jì)算得出P值后，根據(jù)P值及現(xiàn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南，預(yù)判施工現(xiàn)場(chǎng)各風(fēng)險(xiǎn)源可能發(fā)生事故的等級(jí)。

通過(guò)安全專(zhuān)項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)定，該段工程存在邊坡失穩(wěn)與塌方的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為偶然發(fā)生，存在坡面病害風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為可能發(fā)生（如表4）。

3 結(jié)語(yǔ)

該文結(jié)合層次分析法對(duì)高邊坡挖方施工進(jìn)行施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，進(jìn)而對(duì)風(fēng)險(xiǎn)管理提供依據(jù)。對(duì)此，針對(duì)施工過(guò)程提出以下建議：結(jié)合該項(xiàng)目特點(diǎn)制定應(yīng)急預(yù)案，完善設(shè)計(jì)方案、加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工組織管理、重視邊坡變形監(jiān)控，同時(shí)加強(qiáng)邊坡防護(hù)工程的施工質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]鄧雪，李家銘，曾浩健，等.層次分析法權(quán)重計(jì)算方法分析及其應(yīng)用研究[J].數(shù)學(xué)的實(shí)踐與認(rèn)識(shí)，2012（7）：93-100.

[2]許樹(shù)柏.實(shí)用決策方法：層次分析法原理[M].天津：天津大學(xué)出版社，1988.

[3]高速公路路塹高邊坡工程施工施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南[M].北京：人民交通出版社，2014.