模糊評價(jià)理論在公路隧道礦山法施工風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)中的應(yīng)用

李 寧

（山西省公路局 晉城分局，山西 晉城 048026）

0 引言

由于公路隧道礦山法施工工藝相對復(fù)雜，且不同工藝和施工步驟間關(guān)系密切，這導(dǎo)致隧道施工階段涉及的作業(yè)面既廣又多、資金投入較大、工程技術(shù)人員和施工人員參與人數(shù)眾多，加之，采用礦山法施工的公路隧道多為山嶺隧道，山區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜、氣候環(huán)境多變，在上述因素的疊加影響下，在各施工階段均易引發(fā)不同程度的施工安全風(fēng)險(xiǎn)，為公路隧道的正常施工作業(yè)帶來嚴(yán)重隱患?？紤]到在礦山法施工階段可能誘發(fā)各種安全風(fēng)險(xiǎn)的影響因素眾多，且不易被量化，本文擬基于模糊評價(jià)理論，同時(shí)綜合風(fēng)險(xiǎn)概率統(tǒng)計(jì)和風(fēng)險(xiǎn)損失統(tǒng)計(jì)等方法，建立一套定量與定性相結(jié)合且適用于礦山法隧道施工過程的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系，從而進(jìn)一步提升隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)工作的精準(zhǔn)性和可靠性[1-3]。

1 公路隧道礦山法施工技術(shù)簡述

礦山法是由地下坑道開挖技術(shù)演變而來的一種傳統(tǒng)隧道開挖技術(shù)，屬于隧道暗挖技術(shù)的一種，掌子面開挖掘進(jìn)采用鉆眼爆破的方式；由于公路隧道開挖斷面較大，為了避免一次性爆破后因圍巖應(yīng)力松弛而出現(xiàn)大規(guī)模塌方事故，礦山法采用分割式逐塊開挖工藝，具體分塊數(shù)量及形式由隧道開挖斷面大小、支護(hù)施工水平、隧道圍巖性質(zhì)等因素綜合決定。在開挖掘進(jìn)過程中，礦山法工藝與新奧法類似，均采用“邊開挖、邊支護(hù)”的模式，一方面減少因隧道開挖擾動(dòng)引發(fā)的圍巖大變形；另一方面，防范可能出現(xiàn)的松軟破碎圍巖大面積坍塌[1，4]。

2 公路隧道礦山法施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別——以隧道二次襯砌施工階段為例

2.1 公路隧道礦山法施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別過程

為了保證風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的全面性、準(zhǔn)確性及客觀性，應(yīng)采取多種識(shí)別方法組合的形式，本文擬采用工作分解結(jié)構(gòu)法和專家咨詢法相結(jié)合的方式對公路隧道礦山法施工潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行系統(tǒng)識(shí)別[1]。

工作分解結(jié)構(gòu)法的原理是以施工過程為主線，根據(jù)不同施工階段及不同施工工藝的差異，將目標(biāo)工作劃分為多個(gè)存在邏輯關(guān)系的子結(jié)構(gòu)，再將子結(jié)構(gòu)繼續(xù)分解為若干子項(xiàng)，直至所有子項(xiàng)能夠全面、客觀、準(zhǔn)確地描述施工項(xiàng)目的進(jìn)度、質(zhì)量和風(fēng)險(xiǎn)類型為止。工作分解結(jié)構(gòu)法的關(guān)鍵在于如何控制分解的程度，即：分解程度既要滿足細(xì)化的要求，同時(shí)不允許因拆分過細(xì)而影響評價(jià)。工作分解結(jié)構(gòu)法的分解標(biāo)準(zhǔn)眾多，主要包括：按物理結(jié)構(gòu)劃分、按功能類型劃分、按開展過程劃分等，公路隧道施工則應(yīng)按開展過程進(jìn)行劃分，具體細(xì)化層級(jí)為：目標(biāo)工程、分項(xiàng)工程、具體工藝3級(jí)。公路隧道礦山法施工項(xiàng)目工作分解結(jié)構(gòu)見表1[1,4]。

表1 公路隧道礦山法施工項(xiàng)目工作分解結(jié)構(gòu)表

2.2 公路隧道礦山法施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別結(jié)果

本文重點(diǎn)聚焦公路隧道礦山法施工過程中的二次襯砌施工環(huán)節(jié)，通過工作分解結(jié)構(gòu)法對公路隧道礦山法施工進(jìn)行目標(biāo)分解和細(xì)化，同時(shí)綜合現(xiàn)場調(diào)查、專家咨詢及文獻(xiàn)研究等結(jié)果，準(zhǔn)確識(shí)別出了二次襯砌施工環(huán)節(jié)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。具體風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)詳見表2。

表2 公路隧道礦山法二次襯砌施工階段風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)

3 基于模糊評價(jià)理論的公路隧道礦山法施工風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)——以隧道二次襯砌施工階段為例

3.1 項(xiàng)目概況

某新建山嶺隧道全長285 m，按長度劃分屬于短隧道，隧道地質(zhì)條件較差，圍巖節(jié)理發(fā)育，風(fēng)化巖層堆積厚度較大，巖體抗風(fēng)化能力總體偏低，隧道施工采用礦山法工藝，為提高隧道襯砌的抗?jié)B能力，初期支護(hù)以打錨桿、敷設(shè)鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土及充填注漿等工藝為主，二次襯砌設(shè)計(jì)則更加注重抗?jié)B儲(chǔ)備，二襯層主要由抗?jié)B防水層和鋼筋混凝土層組成。本文擬采用模糊評價(jià)理論建立二次襯砌施工階段施工風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型，以實(shí)現(xiàn)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)的量化評價(jià)目標(biāo)。

3.2 施工風(fēng)險(xiǎn)評級(jí)及量化

為了達(dá)到施工風(fēng)險(xiǎn)量化評價(jià)的目的，首先應(yīng)給出嚴(yán)格的風(fēng)險(xiǎn)評級(jí)標(biāo)準(zhǔn)及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分依據(jù)，本文擬采用LEC法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)定級(jí)，分析LEC法定義可知，施工安全風(fēng)險(xiǎn)R由風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)的概率P及風(fēng)險(xiǎn)損失程度D表征[1]。具體數(shù)量關(guān)系如式（1）：

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)損失程度D值大小可將施工風(fēng)險(xiǎn)分為1（稍有風(fēng)險(xiǎn)）、2（一般性風(fēng)險(xiǎn)）、3（顯著性風(fēng)險(xiǎn)）、4（高危風(fēng)險(xiǎn)）、5（極端風(fēng)險(xiǎn)）共計(jì)5個(gè)等級(jí)，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)的概率P又可將風(fēng)險(xiǎn)概率分為Ⅰ(0,0.01%)、Ⅱ[0.01%,0.1%)、Ⅲ[0.1%,1%)、Ⅳ[1%,10%)、Ⅴ[10%,∞)共計(jì) 5個(gè)概率區(qū)間。

綜上，可得出施工安全風(fēng)險(xiǎn)評級(jí)矩陣。詳見式（2）：

為了得出最終的量化評價(jià)結(jié)果，在明確風(fēng)險(xiǎn)評級(jí)的基礎(chǔ)上，應(yīng)給出數(shù)量形式的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃定標(biāo)準(zhǔn)，具體劃定標(biāo)準(zhǔn)詳見表3。

表3 施工安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃定結(jié)果

3.3 基于模糊評價(jià)理論的施工風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型構(gòu)建

首先，綜合工作結(jié)構(gòu)分解法、現(xiàn)場調(diào)研、專家咨詢等方法建立針對該隧道礦山法施工過程中二次襯砌施工階段的施工風(fēng)險(xiǎn)清單，具體清單詳見上文表1。

再者，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)清單列表分別給出各因素的發(fā)生概率隸屬度指標(biāo)，即進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)因素的模糊估計(jì)，模糊估計(jì)采用專家咨詢法，將全部受訪專家模糊估計(jì)值的均值作為最終估計(jì)值。計(jì)算公式如式（3）[1]：

該項(xiàng)目共計(jì)邀請受訪專家5名，采用專家咨詢法收集到5組有效咨詢數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算得到該隧道二次襯砌施工階段各因素對應(yīng)的發(fā)生概率及損失程度隸屬度指標(biāo)。具體詳見表4。

表4 隧道二次襯砌施工階段各因素對應(yīng)的發(fā)生概率及損失程度隸屬度指標(biāo)

最后，建立模糊評價(jià)對象的因素集U和評估集V，結(jié)合表4給出的發(fā)生概率及損失程度的隸屬度指標(biāo)，在匯總單因素模糊評價(jià)結(jié)果的基礎(chǔ)上，構(gòu)造出總的模糊評價(jià)矩陣 R[3]。具體數(shù)量關(guān)系如式（4）～ 式（6）。

建立模糊評價(jià)對象的因素集U和對應(yīng)的評語集V：

式中：i表示影響因素?cái)?shù)量；j表示評價(jià)等級(jí)數(shù)量。

構(gòu)造單因素模糊評價(jià)矩陣ri：

式中：ri為第i個(gè)影響因素ui的單因素評價(jià)矩陣。

匯總單因素評價(jià)矩陣后，得到總的模糊評價(jià)矩陣R：

式中：rij為第i個(gè)影響因素在第j個(gè)評語上的頻率分布值。

將表4所列的隸屬度指標(biāo)代入，得到最終的模糊評價(jià)矩陣R如式（7）：

3.4 施工風(fēng)險(xiǎn)量化評價(jià)結(jié)果分析

結(jié)合上文計(jì)算的模糊評價(jià)結(jié)果R及上文表3中所列的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃定結(jié)果，計(jì)算對應(yīng)影響因素的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，取表3中量化分值的中值為計(jì)算參數(shù)。具體計(jì)算結(jié)果詳見表5。

表5 二次襯砌施工階段施工風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評定結(jié)果

分析評定結(jié)果可知，該隧道襯砌施工過程中，尚不存在5級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，表明施工風(fēng)險(xiǎn)總體處于可控狀態(tài)；其中防水層施工質(zhì)量及襯砌混凝土強(qiáng)度方面存在較高的施工風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為4級(jí)，需單獨(dú)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)專項(xiàng)評估，并采取積極的風(fēng)險(xiǎn)防控措施；剩余因素的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)均在3級(jí)及以下，在分配安全防控資源時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同因素的等級(jí)高低而有效兼顧。

4 結(jié)語

本文以某山嶺隧道施工項(xiàng)目為案例，借助模糊評價(jià)理論建立了定性與定量相結(jié)合的隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型，并對該隧道施工項(xiàng)目中的二次襯砌施工階段進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評估，得出了可靠的風(fēng)險(xiǎn)評定結(jié)果。評定結(jié)果認(rèn)為，該隧道二次襯砌施工階段未出現(xiàn)5級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，項(xiàng)目總體施工風(fēng)險(xiǎn)可控；需對防水層施工質(zhì)量及襯砌混凝土強(qiáng)度兩個(gè)4級(jí)風(fēng)險(xiǎn)采取積極主動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)防控措施；此外，其他3級(jí)及以下風(fēng)險(xiǎn)在具體分配風(fēng)險(xiǎn)控制資源時(shí)，應(yīng)遵循按需兼顧的原則。