高速公路泥灰?guī)r高邊坡開挖施工總體風(fēng)險評估

張潤芝 ZHANG Run-zhi；鐘國強 ZHONG Guo-qiang；王超 WANG Chao；柳尚 LIU Shang

（①山東高速基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)有限公司，濟南 250000；②山東省交通規(guī)劃設(shè)計院集團有限公司，濟南 250101；③山東高速濟濰高速公路有限公司，濟南 250200）

0 引言

泥灰?guī)r作為一種特殊的地質(zhì)類型，其物理力學(xué)性質(zhì)較為復(fù)雜，對高邊坡的開挖施工增加了不確定性和難度。高邊坡開挖施工的風(fēng)險涉及多個方面，包括地質(zhì)構(gòu)造、巖體穩(wěn)定性、氣候條件、工程技術(shù)和人員管理等。這些風(fēng)險如果不得到科學(xué)有效的評價和管理，將對工程的安全和進度產(chǎn)生嚴重影響。

楊盛穎[1]針對山區(qū)公路項目施工風(fēng)險及安全管理展開綜合探究，闡述了山區(qū)公路地質(zhì)狀況復(fù)雜、環(huán)境條件惡劣、公路建設(shè)難度較大、安全風(fēng)險較高基本特征，介紹了山區(qū)公路安全風(fēng)險評估程序及主要特點，分析了山區(qū)公路主要施工風(fēng)險，并提出了科學(xué)有效的施工風(fēng)險防控與安全管理對策；代飛亞[2]通過將模糊集重心理論引入傳統(tǒng)模糊綜合評判法中，提出了基于模糊集重心理論的邊坡施工安全風(fēng)險評估方法，并將該方法運用于某高速公路邊坡安全風(fēng)險評估，經(jīng)對比與邊坡現(xiàn)場情況較為吻合，驗證了方法的適用性和可靠性；沈簡[3]將評估指標(biāo)分為連續(xù)型指標(biāo)和離散型指標(biāo)，分別采用敏感性分析及引入食品領(lǐng)域的排序檢驗法作為分析手段，得到重要性排序結(jié)果；李顥峰[4]對路塹高邊坡施工安全風(fēng)險進行識別、評價與控制，提出了具體的控制措施和防護措施，對保障路塹高邊坡施工安全起到了一定的作用；丁剛[5]根據(jù)塊體影響對象不同進行分區(qū)，采用三維剛體極限平衡法進行穩(wěn)定性計算并作針對性防治設(shè)計，為有效管控環(huán)境邊坡風(fēng)險，提出塊體失穩(wěn)風(fēng)險定量評估方法，明確了風(fēng)險管控的重點對象，并按風(fēng)險高低安排塊體施工順序，采取了設(shè)置施工支洞、臨時加固塊體和安全監(jiān)測等管控措施，有效保障了工程安全；梅鴻儒[6]針對山區(qū)公路邊滑坡地質(zhì)災(zāi)害評判和防治措施問題，建立了云南地區(qū)邊滑坡地質(zhì)災(zāi)害數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)計分析了影響邊滑坡地質(zhì)災(zāi)害的因素與失穩(wěn)比例的關(guān)系，確定了云南地區(qū)公路邊滑坡地質(zhì)災(zāi)害影響因素及其各項影響因子，建立適用于云南區(qū)域公路邊滑坡地質(zhì)災(zāi)害影響因素體系，利用模糊數(shù)學(xué)法進行影響因子隸屬度計算，運用層次分析方法進行影響因子權(quán)重分配，通過模糊綜合評判獲得風(fēng)險等級，采用影響因素疊加的方法對邊滑坡施工范圍存在周圍建筑物的情況下的地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險進行疊加評價，從而提出了云南地區(qū)公路邊滑坡地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險評價方法。

參照《高速公路路塹高邊坡工程施工安全風(fēng)險評估指南》（以下簡稱《指南》）[7]，本文以濟濰高速公路K14+191.9～K14+950 右側(cè)高邊坡為例，闡述泥灰?guī)r的地質(zhì)特征，構(gòu)建泥灰?guī)r高邊坡開挖施工風(fēng)險評估指標(biāo)體系，分析開挖施工過程中可能涉及的各類風(fēng)險因素，利用風(fēng)險評價理論和方法，對這些風(fēng)險因素進行了定性和定量分析，從而識別出影響高邊坡開挖施工的主要風(fēng)險源和風(fēng)險等級，分析其開挖施工總體風(fēng)險，以提供有效的風(fēng)險管理策略和決策支持。

1 工程概況及開挖防護設(shè)計

1.1 工程概況

濟南至濰坊高速公路（以下稱“濟濰高速公路”）是山東省“九縱五橫一環(huán)七射多連”高速公路網(wǎng)中“射三”線，西接京滬高速濟南至萊蕪段，東接濰日高速。項目全長162公里，設(shè)計速度120 公里/小時，雙向六車道，路基寬34.5米。濟濰高速公路K14+191.9～K14+950 右側(cè)高邊坡為巖石邊坡，鉆孔揭露深度內(nèi)的地層主要為灰?guī)r、泥灰?guī)r等中等強風(fēng)化軟巖。坡面與巖層結(jié)構(gòu)面傾向相反，邊坡相對穩(wěn)定，但節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎。巖土層自上而下分別為：12-1-2-2 層強風(fēng)化灰?guī)r、12-1-3-2 層中風(fēng)化灰?guī)r、12-1-2-1 層強風(fēng)化灰?guī)r（四級平臺附近）、12-1-3-1 層中風(fēng)化灰?guī)r、12-2-3-1 層中風(fēng)化泥灰?guī)r（四級邊坡附近）、12-1-3-1 層中風(fēng)化灰?guī)r、12-1-3-2 層中風(fēng)化灰?guī)r?？辈煳匆姷叵滤?，根據(jù)項目所在區(qū)域氣候特點推測，該邊坡地下水應(yīng)為松散巖類孔隙水及巖溶裂隙水，其補給來源主要靠大氣降水的入滲補給，但該區(qū)夏季易受暴雨影響，集中大強度的降雨不利于深路塹邊坡的整體穩(wěn)定。

1.2 開挖防護設(shè)計

該邊坡為巖石邊坡，根據(jù)類似項目經(jīng)驗推測為爆破+機械開挖方式，因此有必要充分考慮爆破振動對已開挖部分邊坡穩(wěn)定性的影響。初步設(shè)計為：邊坡分8 級開挖，總高度超過70m，除頂部一級坡高邊坡不足10m 外，其余七級坡高均為10m。邊坡坡率自下而上分別為1∶1.25、1∶1、1∶0.75、1∶1、1∶1、1∶1、1∶1、1∶0.75～1∶1。邊坡平臺除2 級和4 級寬度6m 外，其余各級平臺寬度均為2m。1 至3 級邊坡采用錨桿格子梁+噴混植生防護，4 至5 級邊坡采用錨索格子梁（六束）+噴混植生防護，6 至7 級邊坡采用攀緣植物+主動防護網(wǎng)防護，第8 級邊坡種植攀緣植物。

2 總體風(fēng)險評估指標(biāo)體系法

由《指南》中指標(biāo)體系法可知，根據(jù)建設(shè)規(guī)模、地質(zhì)條件、誘發(fā)因素、施工環(huán)境、資料完整性將指標(biāo)分為五個主要反映路塹高邊坡風(fēng)險的大類。基于指標(biāo)分類提出評估指標(biāo)，并按重要性從高到低排序，采用權(quán)重系數(shù)對各評估指標(biāo)重要性分區(qū)。按評估指標(biāo)重要性排序確定權(quán)重取值，按照公式（1）計算。

式中，酌——權(quán)重系數(shù)；

n——評估指標(biāo)（重要指標(biāo)）項數(shù)；

m——重要性排序，m≤n。

根據(jù)上述五類指標(biāo)體系劃分11 個不同指標(biāo)（邊坡高度X11、坡形坡率X12、地層巖性X21、坡體結(jié)構(gòu)X22、地下水X23、施工季節(jié)X31、自然災(zāi)害的影響X32、工程措施類型X41、周邊環(huán)境X42、地質(zhì)資料X51、設(shè)計文件X52），建立評估指標(biāo)體系。根據(jù)指標(biāo)體系的重要性不同，路塹高邊坡施工總體風(fēng)險按照公式（2）、公式（3）計算。

式中，Xij——評估指標(biāo)的分值，i=1，2，3，4，5；j=1，2，…，n。n 為對應(yīng)第i 類評估指標(biāo)包括重要指標(biāo)的數(shù)量。

計算得出F 值后，對照表1 確定路塹高邊坡施工安全總體風(fēng)險等級。

表1 路塹高邊坡施工安全總體風(fēng)險分級標(biāo)準(zhǔn)

3 泥灰?guī)r高邊坡開挖施工總體風(fēng)險評估

3.1 泥灰?guī)r地質(zhì)特征

泥灰?guī)r中含有一定比例的粘土礦物，在濕潤條件下表現(xiàn)出較強的吸水性和膨脹性。當(dāng)受到水分影響時，泥灰?guī)r容易產(chǎn)生體積膨脹，從而導(dǎo)致巖體的不穩(wěn)定和破壞。作為一種相對軟弱的巖石，其抗壓強度和抗剪強度較低，這一力學(xué)性質(zhì)直接影響著高邊坡開挖施工的穩(wěn)定性和安全性。

此外，泥灰?guī)r中常常含有脆性和軟弱層，表現(xiàn)出較強的塑性和可塑性，容易發(fā)生流變和蠕變現(xiàn)象。這也增加了高邊坡開挖施工的難度和風(fēng)險。

3.2 泥灰?guī)r高邊坡開挖施工風(fēng)險評估指標(biāo)體系構(gòu)建

根據(jù)工程地質(zhì)勘察、現(xiàn)場踏勘及資料查閱，濟濰高速公路K14+191.9～K14+950 右側(cè)高邊坡施工風(fēng)險源包括建設(shè)規(guī)模、地質(zhì)條件、誘發(fā)因素、施工環(huán)境、資料完整性。坡頂開挖線以外一定區(qū)域范圍內(nèi)不存在地表建筑物、地下埋藏物、高壓線塔及水體設(shè)施，評估指標(biāo)n=10。各指標(biāo)重要性排序依次為：地層巖性、邊坡高度、施工季節(jié)、坡形坡率、工程措施、自然災(zāi)害的影響、坡體結(jié)構(gòu)、地下水、工地質(zhì)資料、設(shè)計文件。根據(jù)公式（1）計算各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)如表2 所示，總體風(fēng)險評估指標(biāo)體系如表3 所示。

表2 指標(biāo)權(quán)重系數(shù)

表3 路塹高邊坡施工安全總體風(fēng)險評估指標(biāo)體系

3.3 泥灰?guī)r高邊坡開挖施工風(fēng)險評估

根據(jù)公式（2）和表3 可得：

根據(jù)表1 可知，邊坡施工安全總體風(fēng)險等級為III（高度風(fēng)險）。其主要風(fēng)險源為：地層巖性、邊坡高度、施工季節(jié)。

4 結(jié)論和建議

4.1 結(jié)論

采用指標(biāo)體系法對濟濰高速公路K14+191.9～K14+950 右側(cè)高邊坡開挖施工開展了總體安全評估，風(fēng)險等級為III（高度風(fēng)險）。該風(fēng)險接受準(zhǔn)則為不期望，必須采取措施降低風(fēng)險，嚴格日常安全生產(chǎn)管理，加強現(xiàn)場巡視。同時，根據(jù)《指南》要求，應(yīng)對該邊坡開展專項風(fēng)險評估。

4.2 建議

針對高速公路路塹高邊坡施工的高度風(fēng)險等級，必須高度重視風(fēng)險管理工作，采取有效的措施和策略，以確保施工安全和順利推進工程。同時，科學(xué)的風(fēng)險評估和管理應(yīng)是整個施工過程中的持續(xù)性工作，不斷優(yōu)化和改進措施，以降低風(fēng)險等級為目標(biāo)。對此，針對開挖施工期間及通過運營維護期間，提出以下建議：

4.2.1 開挖施工建議

①詳細風(fēng)險評估與預(yù)測：進一步深入分析導(dǎo)致總體風(fēng)險等級為三級的具體風(fēng)險源，確定其影響因素，并進行風(fēng)險預(yù)測。通過科學(xué)的風(fēng)險評估方法，對不同風(fēng)險因素進行量化評估，以便優(yōu)先處理高風(fēng)險因素。

②合理設(shè)計施工方案：結(jié)合風(fēng)險評估結(jié)果，制定合理的施工方案，包括合理的開挖深度、坡度、邊坡設(shè)計和支護措施。避免采取過于陡峭或過于寬闊的開挖設(shè)計，以降低邊坡的穩(wěn)定性風(fēng)險。

③采用合適的支護措施：在施工前進行地質(zhì)勘察和分析，對可能出現(xiàn)問題的地段進行預(yù)處理和加固。根據(jù)邊坡地質(zhì)條件和風(fēng)險評估結(jié)果，選擇適當(dāng)?shù)闹ёo措施。支護措施的選擇應(yīng)考慮其穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，以保障施工安全并降低風(fēng)險等級。

④加強監(jiān)測與預(yù)警系統(tǒng)：建立高邊坡施工的實時監(jiān)測和預(yù)警系統(tǒng)，包括地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測、位移監(jiān)測、水位監(jiān)測等。及時獲取邊坡變形和滑動等信息，以便采取相應(yīng)的緊急處理措施，減少事故風(fēng)險。

⑤嚴格管理施工作業(yè)：建立完善的施工管理制度，嚴格執(zhí)行安全操作規(guī)程。加強施工人員的培訓(xùn)，確保施工人員具備必要的專業(yè)知識和技能，提高施工安全意識。加強施工監(jiān)管，確保施工人員按照規(guī)范和安全標(biāo)準(zhǔn)進行施工，避免違章施工和不當(dāng)操作導(dǎo)致風(fēng)險增加。

⑥應(yīng)急預(yù)案與溝通合作：制定完善的應(yīng)急預(yù)案，針對不同風(fēng)險情景進行演練。在突發(fā)事故發(fā)生時，能夠快速反應(yīng)并采取適當(dāng)措施，減少事故影響。高速公路路塹高邊坡施工涉及多個部門和專業(yè)領(lǐng)域，應(yīng)加強與相關(guān)部門的溝通合作，形成合力，共同降低施工風(fēng)險。

4.2.2 運營維護建議

①警示標(biāo)志：在高邊坡附近設(shè)置醒目的警示標(biāo)志，提醒過往車輛和行人注意高邊坡施工區(qū)域，防止人員闖入施工區(qū)域。

②防護網(wǎng)或擋墻：對于較陡峭或高風(fēng)險的高邊坡，安裝防護網(wǎng)或擋墻，以防止巖石或土石塊墜落，保護路面和過往車輛行人的安全。

③排水系統(tǒng)：建立有效的排水系統(tǒng)，確保高邊坡表面不積水，降低地下水位，防止水文因素導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)。

④綠化與植被：合理進行綠化和植被覆蓋，加固邊坡，減緩雨水沖刷，增強邊坡的穩(wěn)定性。

⑤定期檢查與維護：在施工完成后，定期對高邊坡進行檢查和維護，及時處理可能出現(xiàn)的問題，保持邊坡的穩(wěn)定性。