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）

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，根據邊坡實際工程地質情況及邊坡所處地區環境，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系矩陣，并利用指標體系法確定了評價指標的權重。結果表明，根據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場調研分析結果一致，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

為推進城鄉一體化發展，公路建設由城市向邊遠山區展開。因邊遠地區特殊的地形環境，公路路基開挖建設過程中勢必產生大量路塹高邊坡。而路塹高邊坡施工過程中可能發生滑坡等事故，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重系數→計算評估對象的評估分數，確定其風險等級。該文采用指標體系法確定評價指標權重，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；坡體結構中存在其他方向結構面，邊坡開挖坡度約為60°；邊坡內部地下水主要存在于中下部，主要為裂隙和土層孔隙潛水；當地年均降雨量約1100mm。該邊坡在雨季施工，施工期處于自然災害多發季節；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，巖土計算參數選取依據充分；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構建模糊綜合評判指標體系

根據該邊坡的工程概況，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，包括技術因素和非技術因素，據此建立反映邊坡安全生產的階梯層次結構，該結構由目標層、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；邊坡的建設規模、地質條件、誘發因素、施工環境、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、坡體結構、地下水、地質資料、設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

續表1

2.2建立模糊綜合評判數學模型

模糊綜合評判是應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｝和評價對象的關聯因素集U=｛U1，U2，…，Ui｝。

根據邊坡工程的勘察數據，采用模糊數學中隸屬函數的“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系矩陣Ri。其中：邊坡建設規模特征因素的模糊關系矩陣為R1；邊坡地質條件特征因素的模糊關系矩陣為R2；邊坡誘發條件特征因素的模糊關系矩陣為R3；邊坡施工環境特征因素的模糊關系矩陣為R4；邊坡資料完整性特征因素的模糊關系矩陣為R5。

2.3權重的確定

按各評估指標對邊坡施工安全的重要性大小對其排序，采用權重系數對各評估指標重要性進行區分。權重系數計算公式為：

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

根據文獻［12］，權重系數的確立與其相對應的評價指標重要性有關。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＞周邊環境＞坡體結構＞邊坡高度＞自然災害＞地下水高度＞地質資料＞設計文件，據此按式（1）計算得到各評估指標的權重系數如表2所示。

表2　評估指標的權重系數

續表2

根據表2得模糊評判各指標的一級權重陣列：

利用上述一級模糊關系矩陣R和一級權重矩陣A進行一級評判，求出影響邊坡穩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系矩陣R0，其對應的權重陣列為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。

根據現場調研結果，該邊坡工程切坡大、坡率大、地質條件較差、巖體較破碎、易滑落，施工安全風險較大。評價結果與實際調研結果較為一致，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防護等工程措施。

3　結語

該文根據某高速公路路塹高邊坡的工程實際情況，構建施工安全風險模糊綜合評判體系，其中邊坡的建設規模、地質條件、誘發因素、施工環境、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、坡體結構、地下水高度、地質資料、設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重陣列，然后根據邊坡模糊評價的風險等級劃分標準確定邊坡的模糊關系矩陣，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果為中度風險，與現場調研結果基本一致，說明該模型具有實用性和可靠性。

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U415.1

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2016-05-18