基于AHM的地下工程安全風險的研究

摘 要：為做好地下工程安全風險管控，確保地下工程安全順利完成，本文通過屬性層次分析法（AHM），結合地下工程自身特點和施工實際，建立了地下工程安全風險評價指標體系，確定指標權重，進行數據分析，根據分析結果提出抓好安全管控重點的建議措施。

關鍵詞：地下工程;屬性層次分析法;安全風險評估

0 緒論

隨著中國經濟的快速增長和城鎮化加速推進，我國地下工程領域得到了極大地發展，新增地下工程類型多、規模巨大，發展速度處于世界領先水平。與此同時，由于地質結構復雜，施工難度大，施工空間有限，安全風險源非常集中，因此地下工程與地下空間建設過程中容易發生巖爆、大變形與大面積塌方、地表沉陷等地質與工程災害事故，造成人員傷亡、設備損失、工程失效和環境污染等嚴重后果，所以地下工程安全風險管控是地下工程建設的重要前提和保證，地下工程的安全建設與風險管理已成為國內外專家關注的重要問題。

本文以A項目為例，基于屬性層次分析法對地下工程施工過程中的安全風險進行評估，提出整改方案，做好地下工程安全管控。

1 工程概況和安全風險辨析

1.1工程概況

A項目為某地下筒體與巷道項目，位于濕陷性黃土地區，項目巷道全長 4.5 千米，施工工期 4年，項目投資額12 億元。

1.2 安全風險辨析

結合工程實際，對于可能發生的安全風險原因分析如下：

1.環境因素

地下設計和施工與工程自然環境息息相關：如地質條件、巖土性質、氣候變化、地下水動態等。加之，地下工程不確定因素非常多，如巖土性質個體差異大，勘察數據離散性大等。任一環節出錯，都有可能導致工程安全事故的發生。

A項目所在地屬于濕陷性黃土地區，地層局部夾粉質黏土和碎散巖石，地質條件復雜。施工場地比較狹小，施工條件差，濕陷性黃土地區地下工程施工時對側壁穩定和變形控制要求極高，難度非常大。同時，濕陷性黃土地區的地下工程施工需考慮降雨、周邊堆載、振動等許多不利條件，安全度的隨機性較大，因此，濕陷性黃土地區地下工程施工安全事故的發生往往具有突然性，難以防范。

2.地質勘察與設計因素

地質勘察與設計因素是地下工程安全施工的前提和基礎。要確保安全施工，必須著重注意以下幾個方面：

（1）地質勘察資料完整性和準確性。不能只針對主體結構進行地質勘測，地質勘查的范圍應包括地下周邊布孔范圍內所有區域;若為深地下，則在條件允許情況下，應對地下地下工程范圍外側 10～30 米范圍內進行地質勘查。根據工程建設實際，建設單位應就建設范圍、建筑類型等情況，與地質勘查夠用協調，確保地質勘查資料的針對性、準確性。地質勘查單位應在充分了解建設單位意圖基礎上，按照地質勘查作業規范要求，保證所提交勘查資料的準確性和完整性。地質勘查資料中應當包括范圍內及建（構）筑物基礎形式、具體位置等，如河流（涌）、地下貯水池等的類型、埋深等。

（2）設計的針對性。應在充分了解建設單位意圖、了解建設場地實際條件基礎上進行設計，應在充分考慮地下周邊地質條件、環境條件（包括周邊地上及地下建（構）筑實際情況）、開挖深度的基礎上進行地下的支護、開挖方案設計。若上述條件發生變化，則支護、開挖方案也應相應變化，以確保方案的合理性，安全性、可行性及經濟性。

3.施工因素

施工過程中容易產生安全事故的情況有：搶工期;超挖;超載;硐室內浸水，導致支護結構倒塌;以及施工不按設計要求施工等原因導致。A項目硐室結構復雜，由于功能決定結構，復雜的預設功能造成該地下設施的結構負責，交叉硐室較多，會影響地下土體穩定性，加之該項目面臨著工期較短，施工進度緊張的情況。因此，施工單位在施工時，應注意以下幾個方面：

（1）施工周邊環境資料與設計圖紙的一致性。施工單位在地下施工前，應先對周邊環境資料按設計圖紙先核實，特別是地下建（構）筑物和地下管線，一旦發現與設計圖紙不符，應及時通知設計進行設計變更、確保地下安全。由于施工不慎引起地下排水管、電纜線、煤氣管等破壞，是地下工程常見的事故之一。

（2）設計參考的地質資料與實際開挖所揭露的地質資料的一致性。地質資料是硐室襯砌方案設計的最重要的依據之一，不同的地質條件，同樣的襯砌方案，方案的安全度也不同。因此，在地下土方開挖過程中，若發現實際開挖的地質條件與設計所參考的地質資料不同，應及時向設計反映，從而對原方案進行優化。

（3）支護結構施工質量能否滿足設計要求。應驗證：錨索抗拔力是否能達到設計要求;預應力錨索（桿）的鎖定力能否達到設計要求;襯砌質量能否達到設計要求;止水結構能否滿足止水要求等。

4.管理因素

除上述幾項導致地下工程事故發生的原因外，未實施量測監控和信息反饋系統、未建立完善的安全責任體系、未編制科學的技術方案、未建立高效的安全管理運行機制、處罰力度和案例教育不夠等不科學的管理因素也是導致地下工程安全事故發生的主要原因。

2 屬性層次綜合評價模型構建

2.1 ?AHM賦權法確定指標權重

任意體系的指標相對于總目標的重要性程度用權重來表示，權重的差異會導致綜合評價結果的不同，因此確定權重的方法關乎整個評價體系的最終結果。屬性層次分析法（AHM）不僅繼承了層析分析法（AHP）的優點，還無需計算特征向量以及進行一致性檢驗，是一種計算簡單、運用簡便的權重計算方法。其原理和計算過程如下：

定義：設對于準則層C，有n個指標，比較和的相對重要性和，在屬性測度前提下，和需滿足：

其中，，其中稱為相對屬性測度，矩陣稱為屬性判斷矩陣。若滿足：，有，則稱通過一致性檢驗。這里可通過AHP中的判斷矩陣進行轉換得到，轉換公式如下：

2.2指標體系建立

根據安全風險原因分析，選取4大因素，14個方面作為地下工程安全風險評估的重要指標，建立地下工程安全風險評估指標體系。如表2.：

2.2 各指標權重確定

對指標進行重要度評價，再用式（1）轉換求得目標層相對于準則層的相對屬性測度uij，構建出屬性判斷矩陣（uij），根據式（2）計算相對屬性權Wc。如表3：

通過AHM得到的綜合指標權重為：

按照以上相同方法計算二級指標，可得地下工程安全風險評估指標體系指標權重。如表4：

根據數據分析結果，A項目在安全風險評估指標體系中的重點是支護結構施工質量能否滿足設計要求和科學合理施工，所以本文兩個方面進行探討，針對性提出建議：

2.3 數據分析

根據地下工程安全風險評估指標體系指標權重，建立指標體系影響程度評價集，將二級指標按照綜合權重分為非常重要（0.10，0.15），重要（0.05，0.10），和一般（0，0.05）3個等級，分別代表對地下工程安全影響非常大，應實時掌控的因素;對地下工程安全影響較大，應重點把握的因素;對地下工程安全影響一般，應著重關注的因素。

對于A項目安全評估體系而言，非常重要要素有2個，重要要素有8個，一般要素有4個。

3 措施建議

（1）施工過程模擬

針對濕陷性黃體地區地下局部狹小空間交叉硐室國內外缺乏相關資料和經驗，施工前提前做好理論分析和建立數值模型，根據開挖中的地層情況預判前方地層情況，及時調整模型參數，指導后續的施工。

（2）加強監測和反饋

建立硐室變形、支護結構應力等實時監測系統，及時反饋監測數據，合理設定報警值。一方面通過監測數據修正模型參數，使模擬結果與實際施工階段趨于一致，并通過樹值模擬對監測中的突變反饋進行分析和判斷，指導后續施工措施的制定。另一方面通過變形監測，及時發送報警信息，遇緊急情況為人員安全撤離贏得時間。

（3）超前支護與襯砌支撐

為避免濕陷性黃土地區局部出現地下水險情，對掌子面前方進行超前管棚支護，開挖完成后及時進行襯砌支撐，保證超前支護與襯砌支撐工序銜接緊密。

4 結束語

本文基于屬性層次分析法對地下工程的安全安全風險進行了分析評價，通過分析確定了A項目的安全管控重點，本文就安全管控重點進行了深入分析并提出了數據模擬、預警監測等方面的建議。

參考文獻

[1]錢七虎.地下工程建設安全面臨的挑戰與對策[J].巖石力學與工程學報，2012，（10）：1945-1956.

[2]劉利明.復雜地下工程施工安全風險評估與控制探究[J].世界有色金屬，2019，（12）：245-247.

[3]張曉明.基于粗糙集-AHM的裝備制造業企業創新能力評價指標權重計算研究[J].中國軟科學，2014，（06）：151-158.

[4]董鳳娟，盧學飛，陳小寧，辛通海.基于熵權法和AHM法的地下儲氣庫設計方案優選研究[J].長江大學學報（自然科學版），2012，（12）：133-136+6.

作者簡介：吳昊（1987.06—），男，漢族，籍貫：山西應縣，研究生在讀，研究方向：工程風險管理，單位：國防大學。