基于層次分析法的高寒高海拔地區高邊坡開挖施工安全風險評估

熊子壹

摘要 文章研究的主旨為工程建設項目提供一種風險評估的方法，進而為工程安全施工找到合理的施工方法提供理論依據。文章在現行的評估方法基礎上，運用層次分析法并通過地質條件、誘發因素、施工條件等各類因素對高邊坡工程進行分析、評定，因地制宜，采取相關的有效措施，從而達到降低人員傷亡、經濟損失以及社會影響的目的。

關鍵詞 層次分析法;風險評估;指標體系;高寒高海拔;邊坡開挖施工安全

中圖分類號 F542.8;F540.58 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）03-0168-03

0 引言

隨著國民經濟的飛速發展，公路工程建設亦逐步轉移至山區，在工程實施階段存在的危險因素也隨之增多，尤其為高邊坡施工，稍有不慎有可能會帶來社會財產、人身安全、社會影響等不利影響，為降低高邊坡施工對施工安全帶來的安全隱患，該文綜合影響高邊坡挖方施工安全的各個因素，應用層次分析法來構建致險因子的模型，確立影響安全施工的影響因素并根據德爾菲法對其量化處理，并對各個影響因素進行權重計算，再根據權重值來運用合適的數學方法對各個事故類型進行風險評估。

1 層次分析法概述

1.1 層次分析法概念

層次分析法是利用綜合評價方法，對工程復雜的本質、內在關系和影響因素進行深入定性與定量分析，從而提供適用的決策手段[1]。而層次分析法和計算權重有著多種計算方法，在實際問題中可根據實際情況選用其中一種進行計算。

1.2 基本原理及其基本步驟

1.2.1 基本原理

層次分析法是將一個錯綜復雜的問題分解為各個因素，依據魚刺法原理將性質不同的各因素形成由下至上的層次，從而確定因素權重的方法。

1.2.2 AHP的基本步驟

步驟一 建立遞階層次結構模型：

把高邊坡存在的復雜問題進行因素分解并分為不同的層次，高層為目標層，底層為因素層，使問題條理化、層次化，從而構建出層次結構模型。

步驟二 構建兩兩比較矩陣：

從第二層開始利用1～9個標度構建比較矩陣，將一個因素給施工安全帶來的影響程度與另一個因素給施工安全帶來的影響程度予以相比，分析各元素的重要性，從而得出比較矩陣A，包括具有同樣的重要性、稍微重要、明顯重要、強烈重要、極端重要。

步驟三 計算元素的相對權重：

依據第二步比較得到的矩陣A，解析特征根問題：

AW=λmaxW （1）

其中，λmax—矩陣中最大的特征根，W的分量為正分量。

將求得的權重向量集中統一處理，計算求得其權重值。

步驟四 判斷一致性：

計算一致性指標CI：

CI=（λmax-n）/（n-1） （2）

其中，λmax是最大特征值。

查找一致性指標RI如表1。

計算一致性比例CR（consistency ratio）：

CR=CI/RI （3）

當CR<0.1時，計算符合要求。否則對其判斷矩陣進行修正，重復上述步驟[2]。

2 洞口改溝工程施工安全風險評估

為了展示層次分析法在高邊坡挖方施工安全風險評估中的運用，該論文以隧道洞口改溝工程中高海拔高寒地區高邊坡嚴重風化帶挖方為評估段進行相關研究。

2.1 工程概況

隧道進洞口山體地形起伏大，主要有山麓斜坡堆積地貌區，構造剝蝕中高山地貌區，緊鄰洞口位置有河流經過，最大邊坡高度為56 m，采取人工配合機械開挖的開挖方法。環境保護要求高，禁止水源污染，由于隧道進洞口處于半山坡位置（左、右洞路面高距河水面高約15.368 m、9.802 m），現場無平坦、寬闊地帶可作為進洞大臨設施建設平臺。

2.2 確定評價指標

建立AHP模型的第一步就是確定評價指標，指標體系應具有代表性，能夠反映實際狀況。在進行評價指標體系建立的時候，首先進行風險辨識。高邊坡開挖施工事故可能性評估主要是基于坡面病害、邊坡失穩、塌方三種類型事故，建立評估指標體系。根據以上風險分析，結合現行路塹指南建議，從物的不安全狀態考慮，邊坡開挖存在邊坡規模、施工方法及實施、地質條件、誘發因素、施工環境因素共5個方面[3]。

2.2.1 邊坡規模因素分析

項目高填深挖邊坡較多，經分析，邊坡規模是影響施工安全的關鍵風險因子。為方便量化安全評估，將邊坡規模分為邊坡高度和坡形坡率兩個因素。

2.2.2 施工工藝

邊坡開挖以機械及人工開挖為主。經分析認為施工工藝是影響邊坡開挖施工安全的重要風險因子。為方便進行量化安全評估，將施工工藝表達為開挖方法（機械、人工）和工序銜接（開挖多級再防護、開挖一級即防護）2個二級影響因素。

2.2.3 地質條件因素分析

根據地勘報告提供的區域地質構造特征分析，項目主要有褶皺、斷裂及裂隙等構造，現處于穩定狀態。但構造單元相疊加的復雜性，對場地的穩定性影響也不容忽視。邊坡開挖存在邊坡失穩的風險。所以地質條件也是影響施工安全的重要因素，并將其表達為巖性和坡體結構構造2個二級影響因素進行量化評估。

2.2.4 誘發因素分析

項目主要施工周期較長，山區暴雨頻發，預警困難，可能引發泥石流等自然災害，進一步誘發邊坡失穩、坡面病害等風險事故。經過分析，將施工季節和自然災害均作為邊坡開挖施工安全致險因子，并稱為誘發因素。

2.2.5 施工環境因素分析

邊坡開挖擾動有可能致其失穩，為此，建立了施工環境因素評估指標。

2.3 建立層次結構模型

根據層次分析法的基本步驟，建立高邊坡開挖施工安全風險評估遞階層次結構模型（如圖1）。

2.4 構造判斷矩陣并計算權重

第一步，采用問卷形式，通過德爾菲法，采集專家意見，確定各因素之間的相對重要性并賦以相應的分值。第二步，構造出判斷矩陣，并計算權向量和一致性檢驗。

2.4.1 信息采集

經風險識別，發現邊坡高度、坡形坡率等10個因素是該工程施工安全的主要影響因素。為判定各因素對施工安全影響的權重，需依據相關經驗，并按給定的評分標準對各因素進行評分。

評分標準：分值為1時，影響較小;分值為3時，稍微影響;分值為5時，明顯影響;分值為7時，強烈影響;分值為9時，極端影響;分值為2、4、6、8時，為上述相鄰判斷的中值（如表2）。

2.4.2 構造判斷矩陣并計算

根據專家意見，得出各個指標的量化值，并由此構造判斷矩陣，并計算各個指標權重值和進行一致性檢驗。

通過邊坡失穩矩陣并利用MATLAB軟件求出其權重值：ωi=（0.29，0.09，0.10，0.09，0.15，0.15，0.03，0.04，0.02，0.02），λmax=8.73。CR=（λmax-n）/（n-1）·RI，查表得，RI=1.49，則CR<0.1。因此，該判斷矩陣符合要求。

通過塌方矩陣并利用MATLAB軟件求出其權重值：ωi=（0.28，0.11，0.11，0.08，0.09，0.03，0.09，0，0，0.22），λmax=10，CR=（λmax-n）/[（n-1）·RI]，查表得，RI=1.49，則CR<0.1。因此，該判斷矩陣符合要求。

通過坡面病害矩陣并利用MATLAB軟件求出其權重值：ωi=（0.21，0.13，0.18，0.11，0.08，0.08，0.13，0.11，0.13，0.05），λmax=10，CR=（λmax-n）/[（n-1）·RI]，查表得，RI=1.49，則CR<0.1。因此，該判斷矩陣符合要求。

2.5 邊坡開挖評估指標評分及計算

2.5.1 評分標準

根據工程實際情況參照現行風險評估指南，針對各個風險指標進行量化評分。

2.5.2 評分及計算

根據現行風險評估指南對各個風險因素進行量化估值得出Rij，利用各個風險因素在各個類型的風險事故中所占的權重Wij與Rij的乘積Xij再對其求和得出最后的按事故類型的不同的風險量化值（如表3）。

2.5.3 人的不安全因素評估指標評分

人的不安全因素主要與管理制度、監管制度、資金投入、人員技術水平等方面有關。按照路塹指南建議，評估考慮了企業資質、作業人員經驗、項目技術管理人員經驗、專職安全人員配備、安全投入、機械設備配置及管理、專項施工方案、企業工程業績等風險因素。《路塹指南》依據安全管理總分值M，將人的行為對風險源可能性的影響表示為調整系數λ。按照《路塹指南》λ=0.8。綜合評分為3分。

2.6 風險等級評定結論

事故可能性等級標準參見現行風險評估指南。邊坡開挖變形破壞跡象的調整系數根據現行風險評估指南判斷，邊坡上只有局部有破壞情形，支擋結構也在安全區域內。所以，調整系數取1。

計算確定：

（4）

式中：λ—安全管理調整系數;

D0—開挖邊坡的變形破壞調整系數。

計算得出P值后，根據P值及現行風險評估指南，預判施工現場各風險源可能發生事故的等級。

通過安全專項風險的評定，該段工程存在邊坡失穩與塌方的風險等級為偶然發生，存在坡面病害風險等級為可能發生（如表4）。

3 結語

該文結合層次分析法對高邊坡挖方施工進行施工安全風險評估，進而對風險管理提供依據。對此，針對施工過程提出以下建議：結合該項目特點制定應急預案，完善設計方案、加強現場施工組織管理、重視邊坡變形監控，同時加強邊坡防護工程的施工質量。

參考文獻

[1]鄧雪，李家銘，曾浩健，等.層次分析法權重計算方法分析及其應用研究[J].數學的實踐與認識，2012（7）：93-100.

[2]許樹柏.實用決策方法：層次分析法原理[M].天津：天津大學出版社，1988.

[3]高速公路路塹高邊坡工程施工施工安全風險評估指南[M].北京：人民交通出版社，2014.