長大隧道淺埋段下穿高速公路施工風(fēng)險評價

王　碩；丁玉軍

（1.吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院鐵道工程系，吉林　吉林　132001；2.蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅　蘭州　730070；3.中鐵隧道集團(tuán)三處有限公司懷邵衡項目部，湖南　懷化　418000）

?

長大隧道淺埋段下穿高速公路施工風(fēng)險評價

王碩1，2；丁玉軍3

（1.吉林鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院鐵道工程系，吉林吉林132001；2.蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院，甘肅蘭州730070；3.中鐵隧道集團(tuán)三處有限公司懷邵衡項目部，湖南懷化418000）

摘要：隨著我國鐵路建設(shè)穩(wěn)步有序地開展，作為鐵路工程主體結(jié)構(gòu)構(gòu)筑物之一的隧道工程，近年來也取得了很多令人矚目的成就。但是隧道在建設(shè)過程中涉及到多方面風(fēng)險因素，加之對于隧道項目的風(fēng)險管理體系的應(yīng)用尚不夠成熟，造成施工過程中的安全事故頻頻發(fā)生，因此研究隧道施工的風(fēng)險評價具有很大的現(xiàn)實意義。本論述結(jié)合工程實際案例運用層次分析法以及模糊綜合評判法評價長大隧道進(jìn)口淺埋段下穿既有高速公路施工的風(fēng)險，通過分析該工程實際的風(fēng)險影響因素，采取層次分析的方法計算指標(biāo)權(quán)重，進(jìn)而運用模糊綜合評判法進(jìn)行評價，具體說明如何運用層次模糊綜合評判法進(jìn)行施工風(fēng)險評價。

關(guān)鍵詞：層次分析法；模糊綜合評判法；風(fēng)險評價

DOI 10.3969/j.issn.1672-6375.2016.05.016

0　引言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的迅猛提升，國內(nèi)的鐵路設(shè)施建設(shè)穩(wěn)步有序開展。但是，我國幅員遼闊，地形地貌種類繁多，面對地質(zhì)情況的復(fù)雜性，隧道施工將會遇到很多意想不到的突發(fā)情況。譬如，當(dāng)隧道進(jìn)口淺埋段下穿高速公路時，施工風(fēng)險會變得很大。本論述將結(jié)合工程實例作為說明，一方面進(jìn)口淺埋下穿段位于強(qiáng)富水區(qū)，巖層主要為震旦系變質(zhì)板巖，洞身圍巖多破碎呈塊狀，巖體力學(xué)性能和整體穩(wěn)定性較差，易形成導(dǎo)水通道，引起涌水、涌泥甚至塌方；另一方面隧道開挖將不可避免導(dǎo)致地層變形。如何在施工中控制地層變形的沉降量將對既有高速公路結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生極大影響。因此，采用哪種方法對該隧道施工的風(fēng)險進(jìn)行評價就顯得非常重要。

對于已有的隧道施工風(fēng)險評價理論中，范益群［1］以可靠性理論作為基礎(chǔ)討論了地下結(jié)構(gòu)物及構(gòu)筑物風(fēng)險設(shè)計的理念，通過計算得到隧道施工過程中發(fā)生風(fēng)險的概率以及用定性的方法評價相應(yīng)損失，并提出了改進(jìn)后的層次分析方法。Mcfeat-Smith I.［2］討論了復(fù)雜地質(zhì)的隧道施工風(fēng)險評估的方法模式，并且根據(jù)發(fā)生頻次的高低將風(fēng)險劃分出不同等級，以便直觀判斷。毛儒［3］研究了江底沉管隧道特別是圓管隧道的可能發(fā)生的主要事故風(fēng)險，運用風(fēng)險矩陣進(jìn)行風(fēng)險評估。黃宏偉［4］進(jìn)行了地下鐵路建設(shè)時期和運營時期可能發(fā)生的風(fēng)險因素管理方面的研究，討論了地鐵隧道建設(shè)時期不同施工階段中的風(fēng)險發(fā)生因素，并提出了控制風(fēng)險因素的整體思路。以上文獻(xiàn)詳細(xì)介紹了隧道施工以及運營過程中可能遇到的風(fēng)險管理并提出了多因素控制風(fēng)險的思路。但是，由于鐵路隧道的施工受地質(zhì)環(huán)境因素的影響很大，隧道施工具有很明顯的不確定模糊性。因此，本論述將依托實際工程開展定量研究，以層次分析法和模糊綜合評判法相結(jié)合的思路，對長大隧道進(jìn)口淺埋段下穿既有高速公路施工中的風(fēng)險進(jìn)行相應(yīng)評價，并以此來判定風(fēng)險等級。

1　工程概況

以位于湖南省的新建懷邵衡鐵路尖峰山隧道下穿滬昆高速公路施工為例。該隧道全長6 405 m，訖止里程DK51+077～DK57+482，尖山峰隧道下穿滬昆高速為重點施工控制段，進(jìn)口淺埋下穿段里程DK51+160～DK51+210，共計50 m。隧道埋深約19 m，軟弱圍巖，開挖易出現(xiàn)掉塊、涌水、涌泥甚至崩塌現(xiàn)象，預(yù)測DK51+065～DK52+340最大涌水量為3 060 m3/d，處于強(qiáng)富水區(qū)，隧道變形控制要求高，安全風(fēng)險大。經(jīng)過專家論證，隧道采取加強(qiáng)監(jiān)控量測，采用洞身長管棚超前預(yù)支護(hù)，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖，洞內(nèi)加強(qiáng)初期支護(hù)等施工措施嚴(yán)控變形，以確保安全。

2　層次分析

2.1建立遞進(jìn)層次結(jié)構(gòu)

構(gòu)造遞進(jìn)層次結(jié)構(gòu)時，選取風(fēng)險因素乃重中之重。建立在對本隧道項目充分的調(diào)查和相關(guān)資料的研究基礎(chǔ)上，建立見圖1所示的長大隧道淺埋段下穿高速公路施工風(fēng)險評價指標(biāo)結(jié)構(gòu)圖。

圖1　長大隧道淺埋段下穿高速公路施工風(fēng)險評價指標(biāo)結(jié)構(gòu)圖

2.2構(gòu)造判斷矩陣

根據(jù)研究后所確定的上下層之間元素的包含關(guān)系，將所有因素對上一層元素的重要程度進(jìn)行兩兩比較，使用1～9的比例標(biāo)度aij（i=1.2.…n；j=1.2.…n）來反映彼此的相對重要性，并滿足aij＞0；aji=1/aij；aii=1。以此構(gòu)造出判斷矩陣，假定為A。

2.3應(yīng)用根法計算單一準(zhǔn)則下元素的相對權(quán)重

2.4一致性檢驗

表1　平均隨機(jī)一致性指標(biāo)

表2　A～B判斷矩陣

表3　B1～C判斷矩陣

表5　B3～C判斷矩陣

表4　B2～C判斷矩陣

表7　層次總排序權(quán)重

表6　B4～C判斷矩陣

2.5層次總排序權(quán)重

通過A～B判斷矩陣求出B1～B4的排序權(quán)向量Wi（i=1.2.…4）以及Bj～C（j=1.2.…4）判斷矩陣中關(guān)于C1～C14的排序權(quán)向量分別對應(yīng)填入表中，運用加權(quán)求和法得到全局總權(quán)重。見表7所示。

3　模糊綜合評價

設(shè)因素集為F，且F=｛f1，f2，…，fn｝其中f1，f2，…，fn表示評價體系指標(biāo)中最末層的風(fēng)險因素，n=14。

評語集為V，且V=｛風(fēng)險高，風(fēng)險較高，風(fēng)險適中，風(fēng)險較低，風(fēng)險低｝，并分別對其賦值得到V=｛5，4，3，2，1｝。

依據(jù)全局總權(quán)重值對F中的每個因素進(jìn)行評判，則評判集構(gòu)成的模糊評判矩陣R：

該隧道施工的評判向量B=U*R=（0.411 4 0.321 1 0.179 9 0.068 2 0.019 7）。

U為權(quán)向量，故該隧道進(jìn)口淺埋下穿段施工風(fēng)險評價中，高風(fēng)險概率為41.14%，較高風(fēng)險

概率為32.11%，風(fēng)險適中概率為17.99%，較低風(fēng)險概率為6.82%，低風(fēng)險概率為1.97%。運用加權(quán)平均集化方法得到施工風(fēng)險的量化評估值為3.900 8。說明該隧道進(jìn)口淺埋下穿段施工風(fēng)險程度處于較高風(fēng)險與適中風(fēng)險之間，更偏向于較高風(fēng)險。

4　結(jié)束語

隧道進(jìn)口淺埋下穿段施工中存在的風(fēng)險不僅會造成施工難度加大，工期延后，資金周轉(zhuǎn)不暢等問題，而且會對施工人員的生命安全構(gòu)成很大的威脅。所以做好隧道重點施工段特別是地質(zhì)不良地段的風(fēng)險評價是至關(guān)重要的工作。本論述以層次分析及模糊綜合評判相結(jié)合的手段，對隧道進(jìn)口淺埋下穿段的施工風(fēng)險評價做了一定的定量研究，其目的是為了能更好地使其應(yīng)用于工程實踐當(dāng)中。

參考文獻(xiàn)：

［1］范益群，劉建航.時空效應(yīng)理論與軟土基坑工程現(xiàn)代設(shè)計概念［J］.清華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2000（S1）：1-5.

［2］Mcfeat-Smith I，Harman K W. IMS risk evaluation system for financing and insuring tunnel projects［J］. Tunnelling & Underground Space Technology，2004，19（S4-5）：334.

［3］毛儒.隧道工程風(fēng)險評估［J］.隧道建設(shè)，2003（2）：1-3.

［4］黃宏偉.隧道及地下工程建設(shè)中的風(fēng)險管理研究進(jìn)展［J］.地下空間與工程學(xué)報，2006（1）：13-20.

［5］蔣立福，李曉鐘.淺埋暗挖地鐵隧道下穿河流施工風(fēng)險評價［J］.價值工程，2014（32）：143-144.

［6］陳赤坤，鄭長青，曹磊.鐵路隧道風(fēng)險評估體系的研究和探討［C］.2007年鐵路隧道建設(shè)安全與軟巖隧道修建技術(shù)研討會暨第五屆鐵路隧道年會，2008.

作者簡介：王碩（1984-），男，漢族，河北廊坊人，碩士研究生，助教，主要研究方向：橋梁與隧道工程。

收稿日期：2016- 1- 18

中圖分類號：U455.4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A