何忠明1，2，鄧喜2，胡慶國2

（1.廣西交通投資集團有限公司，廣西南寧 530022；2.長沙理工大學交通運輸工程學院，湖南長沙 410004）

基于模糊綜合評判的路塹高邊坡施工安全風險評估?

何忠明1，2，鄧喜2，胡慶國2

（1.廣西交通投資集團有限公司，廣西南寧 530022；2.長沙理工大學交通運輸工程學院，湖南長沙 410004）

為分析湖南省某高速公路K30+830—980路塹高邊坡的施工安全風險，采用模糊綜合評判方法，根據(jù)邊坡實際工程地質(zhì)情況及邊坡所處地區(qū)環(huán)境，建立了邊坡施工安全風險分析模糊綜合評判體系，確定了邊坡施工安全風險的模糊關(guān)系矩陣，并利用指標體系法確定了評價指標的權(quán)重。結(jié)果表明，根據(jù)該評價模型計算得到的邊坡施工安全風險等級和實際工程現(xiàn)場調(diào)研分析結(jié)果一致，可用于實際工程。

工程管理；公路；模糊綜合評判；路塹高邊坡；施工安全風險

為推進城鄉(xiāng)一體化發(fā)展，公路建設(shè)由城市向邊遠山區(qū)展開。因邊遠地區(qū)特殊的地形環(huán)境，公路路基開挖建設(shè)過程中勢必產(chǎn)生大量路塹高邊坡。而路塹高邊坡施工過程中可能發(fā)生滑坡等事故，進而影響整個工程進度、施工人員的生命安全及工程成本。因此，在進行公路工程邊坡開挖前，需對路塹邊坡施工安全風險進行評估分析。目前邊坡施工安全風險研究中采用的方法有模糊綜合評判、指標體系法等，其基本步驟是根據(jù)工程實際情況確定風險評估分析方法→確定評估指標及其權(quán)重系數(shù)→計算評估對象的評估分數(shù)，確定其風險等級。該文采用指標體系法確定評價指標權(quán)重，運用模糊綜合評判方法建立評價分析模型，對湖南省某高速公路K30+830—980路塹高邊坡的施工安全風險進行評估。

1　工程概況

某高速公路路塹邊坡為巖質(zhì)邊坡，高度為20 m，單級高度為10m。邊坡的地層巖性主要為強風化基巖；坡體結(jié)構(gòu)中存在其他方向結(jié)構(gòu)面，邊坡開挖坡度約為60°；邊坡內(nèi)部地下水主要存在于中下部，主要為裂隙和土層孔隙潛水；當?shù)啬昃涤炅考s1100mm。該邊坡在雨季施工，施工期處于自然災害多發(fā)季節(jié)；工程防護措施為框架梁；坡頂開挖線以外1.5H（H為邊坡高度）、路基下方2H內(nèi)有居民建筑物。該邊坡工點至少有一個勘察斷面，每個斷面有2個勘探點，巖土計算參數(shù)選取依據(jù)充分；每個邊坡都有一圖一說明圖，且均較完整。

2　高邊坡施工安全風險評估

2.1構(gòu)建模糊綜合評判指標體系

根據(jù)該邊坡的工程概況，采用模糊綜合評判對其施工安全風險進行評估。影響邊坡施工安全的因素很多，包括技術(shù)因素和非技術(shù)因素，據(jù)此建立反映邊坡安全生產(chǎn)的階梯層次結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由目標層、制約因素層和基本因素層組成。其中：邊坡安全評估為目標層；邊坡的建設(shè)規(guī)模、地質(zhì)條件、誘發(fā)因素、施工環(huán)境、資料完整性為制約因素層，即一級子指標；邊坡高度、坡形坡率、地層巖性、坡體結(jié)構(gòu)、地下水、地質(zhì)資料、設(shè)計文件等為基本因素層，即二級子指標。指標體系及風險等級劃分標準如表1所示。

表1　K30+830—980邊坡模糊評價風險等級劃分標準

續(xù)表1

2.2建立模糊綜合評判數(shù)學模型

模糊綜合評判是應(yīng)用模糊變換原理和最大隸屬度原則，綜合考慮邊坡施工安全風險的相關(guān)因素確定邊坡施工安全風險等級。首先確定兩個模糊子集，即模糊綜合評價等級決策評價集合V（邊坡施工安全風險等級）=｛低度風險，中度風險，高度風險，極度風險｝和評價對象的關(guān)聯(lián)因素集U=｛U1，U2，…，Ui｝。

根據(jù)邊坡工程的勘察數(shù)據(jù)，采用模糊數(shù)學中隸屬函數(shù)的“降半梯形”分布和Delphi方法對各評價指標進行定量計算和評價，得出各子集Ui中單因素的評價決策模糊關(guān)系矩陣Ri。其中：邊坡建設(shè)規(guī)模特征因素的模糊關(guān)系矩陣為R1；邊坡地質(zhì)條件特征因素的模糊關(guān)系矩陣為R2；邊坡誘發(fā)條件特征因素的模糊關(guān)系矩陣為R3；邊坡施工環(huán)境特征因素的模糊關(guān)系矩陣為R4；邊坡資料完整性特征因素的模糊關(guān)系矩陣為R5。

2.3權(quán)重的確定

按各評估指標對邊坡施工安全的重要性大小對其排序，采用權(quán)重系數(shù)對各評估指標重要性進行區(qū)分。權(quán)重系數(shù)計算公式為：

式中：γ為權(quán)重系數(shù)；n為評估指標（重要指標）項數(shù)；m為重要性排序號，m≤n。

根據(jù)文獻［12］，權(quán)重系數(shù)的確立與其相對應(yīng)的評價指標重要性有關(guān)。上述二級評估指標對邊坡施工安全重要性大小的排序為坡形坡率＞地層巖性＞年均降雨量＞工程措施＞周邊環(huán)境＞坡體結(jié)構(gòu)＞邊坡高度＞自然災害＞地下水高度＞地質(zhì)資料＞設(shè)計文件，據(jù)此按式（1）計算得到各評估指標的權(quán)重系數(shù)如表2所示。

表2　評估指標的權(quán)重系數(shù)

續(xù)表2

根據(jù)表2得模糊評判各指標的一級權(quán)重陣列：

利用上述一級模糊關(guān)系矩陣R和一級權(quán)重矩陣A進行一級評判，求出影響邊坡穩(wěn)定性的各因素的分級模糊向量Bi（i=1，2，3，4，5）：B1=R1A1，B2=R2A2，B3=R3A3，B4=R4A4，B5=R5A5。

B0為二級模糊評判，以由B1、B2、B3、B4、B5組成的階矩陣作為二級評判的模糊關(guān)系矩陣R0，其對應(yīng)的權(quán)重陣列為A0，即：

矩陣中的最大值為0.423，由此判定該邊坡的施工安全風險為中度風險。

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果，該邊坡工程切坡大、坡率大、地質(zhì)條件較差、巖體較破碎、易滑落，施工安全風險較大。評價結(jié)果與實際調(diào)研結(jié)果較為一致，驗證了上述評估模型的可靠性和實用性。為確保邊坡施工安全，需對該高邊坡采取掛網(wǎng)防護等工程措施。

3　結(jié)語

該文根據(jù)某高速公路路塹高邊坡的工程實際情況，構(gòu)建施工安全風險模糊綜合評判體系，其中邊坡的建設(shè)規(guī)模、地質(zhì)條件、誘發(fā)因素、施工環(huán)境、資料完整性為制約因素層，即一級子指標；邊坡高度、坡形坡率、地層巖性、坡體結(jié)構(gòu)、地下水高度、地質(zhì)資料、設(shè)計文件等為基本因素層，即二級子指標。利用指標體系法計算評價指標權(quán)重陣列，然后根據(jù)邊坡模糊評價的風險等級劃分標準確定邊坡的模糊關(guān)系矩陣，計算分析邊坡的施工安全風險等級。該邊坡施工安全風險評價結(jié)果為中度風險，與現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果基本一致，說明該模型具有實用性和可靠性。

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2016-05-18