基于高邊坡挖掘的水利水電工程施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

李春儂，王 瑩

(1.大洼區(qū)水利服務(wù)中心，遼寧 盤錦 124200；2.盤錦市水利服務(wù)中心，遼寧 盤錦 124010)

高邊坡挖掘是水利水電工程中危險(xiǎn)度較高的一種施工項(xiàng)目，針對(duì)高邊坡施工存在的風(fēng)險(xiǎn)隱患利用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)判，有利于保證工程項(xiàng)目的安全性和科學(xué)性。傳統(tǒng)的評(píng)估方法主要有軟集合理論、ANP結(jié)構(gòu)模型等[1-4]。其中，軟結(jié)合理論是對(duì)施工風(fēng)險(xiǎn)的綜合指數(shù)敏感值利用雙射軟集合的方式進(jìn)行比較，識(shí)別出關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因子，并采取有效的控制措施；ANP結(jié)構(gòu)模型是考慮風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)敏感值和不同風(fēng)險(xiǎn)因素間的相互關(guān)系，從而確定各因素導(dǎo)致最終風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)率。但這兩種評(píng)估方法都存在評(píng)估準(zhǔn)確性低、風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)敏感度不高的問(wèn)題。因此，文章利用層次分析法創(chuàng)建高邊坡挖掘施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系、劃分風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，以實(shí)例工程為例科學(xué)評(píng)價(jià)了其施工風(fēng)險(xiǎn)狀況，旨在為合理設(shè)計(jì)水利水電工程施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型提供一定依據(jù)。

1 評(píng)價(jià)方法

1.1 識(shí)別施工風(fēng)險(xiǎn)因素

在水利水電工程的高邊坡挖掘施工中涉及的內(nèi)容廣、因素多，各因素之間存在復(fù)雜的作用關(guān)系，必須先精準(zhǔn)識(shí)別各種風(fēng)險(xiǎn)因素及其屬性，然后利用層次分析法搭建上層支配下層的層次結(jié)構(gòu)，科學(xué)評(píng)價(jià)高邊坡挖掘的總體風(fēng)險(xiǎn)，具體如下[5]：

步驟一：歸一化處理。由于各風(fēng)險(xiǎn)因素的量綱或單位不同無(wú)法直接參與運(yùn)算，必須利用下式進(jìn)行歸一化處理，從而消除各因素之間的不可通透性，即：

(1)

式中：xij、yij為風(fēng)險(xiǎn)因素歸一化處理前、后的參數(shù)值，其中0≤yij≤1。

步驟二：構(gòu)建判斷矩陣。采用層次分析法確定各風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重，通過(guò)深入分析不同風(fēng)險(xiǎn)因素的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性，并結(jié)合專家意見(jiàn)和標(biāo)度準(zhǔn)則構(gòu)造判斷矩陣[6]，標(biāo)度準(zhǔn)則如表1所示。

表1 標(biāo)度準(zhǔn)則

步驟三：特征向量。采用公式(2)計(jì)算判斷矩陣的行乘積，即：

(2)

式中：Hi為判斷矩陣的行乘積；aij為風(fēng)險(xiǎn)因素i相對(duì)于j的重要程度，即表1的判斷準(zhǔn)則。

(3)

(4)

(5)

步驟四：層次單排序。通過(guò)判斷矩陣數(shù)字化決策者的主觀思維具有一定的隨意性，為了確保風(fēng)險(xiǎn)分析的合理性必須檢驗(yàn)判斷矩陣的一致性。若未通過(guò)檢驗(yàn)，必須再次調(diào)整矩陣直至達(dá)到檢驗(yàn)要求[7-8]。判斷矩陣的偏離一致性利用不考慮最大特征根的其它特征值平均指標(biāo)衡量，其計(jì)算公式為：

(6)

CR=CI/RI

(7)

式中：CI、RI為矩陣的離散一致性程度指標(biāo)和不同階數(shù)矩陣的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，其中RI值按表2確定。經(jīng)計(jì)算，若CR<0.10時(shí)則認(rèn)為矩陣通過(guò)一致性檢驗(yàn)。

步驟五：層次總排序。通過(guò)自下而上逐級(jí)計(jì)算確定目標(biāo)層的合成權(quán)重及其各風(fēng)險(xiǎn)因素的總排序。為保證整體邏輯關(guān)系的合理性還要檢驗(yàn)層次總排序一致性，在單排序、總排序均都通過(guò)一致性檢驗(yàn)的情況下識(shí)別出關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因子，即CR<0.10時(shí)特征向量W的各分項(xiàng)因素[9]。

1.2 創(chuàng)建風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系

以指導(dǎo)安全施工、控制施工風(fēng)險(xiǎn)和降低事故發(fā)生概率為主要目標(biāo)，遵循動(dòng)態(tài)性、系統(tǒng)性、科學(xué)性以及可操作性等原則，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和相關(guān)資料分析確定高邊坡挖掘施工風(fēng)險(xiǎn)因素，并結(jié)合層次分析原理創(chuàng)建多因素多層次風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系[10-18]，見(jiàn)表3。

表3 高邊坡挖掘施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系

1.3 劃分風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)

根據(jù)高邊坡挖掘施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系劃分各項(xiàng)因素風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，評(píng)分值及其對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)如下：

1)挖掘規(guī)模u1。①高邊坡高度u11處于≥55m、40～55m、25～40m、0～25m取值區(qū)間時(shí)，所對(duì)應(yīng)的評(píng)分值依次為86～100、61～85、36～60、0～35分。②高邊坡角度u12處于≥15°、10°～15°、5°～10°、0°～5°取值區(qū)間時(shí)，所對(duì)應(yīng)的評(píng)分值依次為86～100、61～85、36～60、0～35分。

2)高邊坡地質(zhì)條件u2。①高邊坡地層巖性u(píng)21為軟弱層、易滑層、全風(fēng)化層、強(qiáng)風(fēng)化層和弱風(fēng)化層時(shí)，所對(duì)應(yīng)的評(píng)分值依次為86～100、61～85、36～60、0～35分。②高邊坡坡體結(jié)構(gòu)u22為順坡向貫通軟弱結(jié)構(gòu)、順坡向不貫通硬性與軟弱組合結(jié)構(gòu)、非順坡向結(jié)構(gòu)時(shí)，所對(duì)應(yīng)的評(píng)分值依次為76～100、46～75、0～45分。

3)挖掘施工環(huán)境u3。①周邊環(huán)境u31為開(kāi)挖線外2.0H處、1.5H處、1.0H處有建筑設(shè)施時(shí)，所對(duì)應(yīng)的評(píng)分值依次為76～100、46～75、0～45分。

4)風(fēng)險(xiǎn)誘發(fā)因素u4。①自然災(zāi)害u41為頻繁發(fā)生、偶爾發(fā)生、極少發(fā)生時(shí)，所對(duì)應(yīng)的評(píng)分值依次為76～100、46～75、0～45分。

5)施工資料完整度u5。①項(xiàng)目文件要求u51為1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)及以上勘探點(diǎn)時(shí)，所對(duì)應(yīng)的評(píng)分值依次為86～100、61～85、36～60、0～35分。②地質(zhì)條件u52為一圖一坡一說(shuō)明完整和不完整時(shí)，所對(duì)應(yīng)的評(píng)分值依次為51～100、0～50分。

依據(jù)各因素權(quán)重、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及其所對(duì)應(yīng)的評(píng)分值，經(jīng)計(jì)算確定最終的風(fēng)險(xiǎn)值F：F≥75、50≤F<75、25≤F<50、F<25時(shí)，高邊坡挖掘施工分別為極高(Ⅳ級(jí))、高度(Ⅲ級(jí))、中度(Ⅱ級(jí))、低度(Ⅰ級(jí))風(fēng)險(xiǎn)水平。

2 實(shí)例分析

2.1 參數(shù)設(shè)計(jì)

通過(guò)合理設(shè)置高邊坡挖掘的地質(zhì)參數(shù)，進(jìn)一步檢驗(yàn)該風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型的有效性和穩(wěn)定性，具體如下：上游邊坡傾向NW方向，走向NE80°，傾角65.2°；破頂面傾向NE方向，走向NW240°，傾角42.8°；壩肩邊坡傾向NE方向，走向NE240°，傾角32.7°。通過(guò)布設(shè)8個(gè)高邊坡監(jiān)測(cè)點(diǎn)位提取相關(guān)的數(shù)據(jù)，見(jiàn)表4。

表4 高邊坡點(diǎn)位監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

依據(jù)各因素權(quán)重和風(fēng)險(xiǎn)值，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理及加權(quán)計(jì)算得到各風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的敏感值。為保證風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的準(zhǔn)確性，將風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)敏感值與傳統(tǒng)的軟集合理論和ANP結(jié)構(gòu)模型評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，為便于比較引入SPSS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

2.2 結(jié)果分析

隨機(jī)選擇2#、3#、5#監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，采用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型計(jì)算高邊坡挖掘施工風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)敏感度，如圖1。

從圖1(a)可以看出，總體上監(jiān)測(cè)點(diǎn)2處于較高的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)敏感度僅在接近尾聲時(shí)有所下降，而監(jiān)測(cè)點(diǎn)3、5具有較大的變化幅度，風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)敏感度整體較低；從圖1(b)可以看出，監(jiān)測(cè)點(diǎn)2整體表現(xiàn)出先減小后增大的變化趨勢(shì)，而監(jiān)測(cè)點(diǎn)3、5整體表現(xiàn)出先增大后減小的變化趨勢(shì)，監(jiān)測(cè)結(jié)果處于極不穩(wěn)定狀態(tài)；從圖1(c)可以看出，3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的狀態(tài)平穩(wěn)，風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)敏感度總體達(dá)到較高水平。

綜上分析，傳統(tǒng)的軟集合理論和ANP結(jié)構(gòu)模型計(jì)算的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)敏感度穩(wěn)定性較差，整體呈較低水平且多次出現(xiàn)高低交替變化的情況，而文中所用層次分析法計(jì)算的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)敏感度始終處于較高水平，整體比較平穩(wěn)，準(zhǔn)確地反映了高邊坡挖掘施工的風(fēng)險(xiǎn)狀況。

3 結(jié) 論

高邊坡挖掘施工的風(fēng)險(xiǎn)程度較高，應(yīng)作為水利水電工程施工的控制要點(diǎn)。文章通過(guò)分析高邊坡挖掘施工相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)因素，應(yīng)用層次分析法建立評(píng)價(jià)體系，通過(guò)評(píng)價(jià)分析各風(fēng)險(xiǎn)因素等級(jí)驗(yàn)證了模型的優(yōu)越性。然而，采用層次分析法識(shí)別各風(fēng)險(xiǎn)因素時(shí)易受人為主觀判斷的影響，實(shí)際應(yīng)用時(shí)具有一定的局限性，未來(lái)仍需進(jìn)一步優(yōu)化改進(jìn)該評(píng)價(jià)方法，降低人為主觀因素的影響保證風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的客觀性。