長大隧道淺埋段下穿高速公路施工風險評價

王　碩；丁玉軍

（1.吉林鐵道職業技術學院鐵道工程系，吉林　吉林　132001；2.蘭州交通大學土木工程學院，甘肅　蘭州　730070；3.中鐵隧道集團三處有限公司懷邵衡項目部，湖南　懷化　418000）

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長大隧道淺埋段下穿高速公路施工風險評價

王碩1，2；丁玉軍3

（1.吉林鐵道職業技術學院鐵道工程系，吉林吉林132001；2.蘭州交通大學土木工程學院，甘肅蘭州730070；3.中鐵隧道集團三處有限公司懷邵衡項目部，湖南懷化418000）

摘要：隨著我國鐵路建設穩步有序地開展，作為鐵路工程主體結構構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。但是隧道在建設過程中涉及到多方面風險因素，加之對于隧道項目的風險管理體系的應用尚不夠成熟，造成施工過程中的安全事故頻頻發生，因此研究隧道施工的風險評價具有很大的現實意義。本論述結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口淺埋段下穿既有高速公路施工的風險，通過分析該工程實際的風險影響因素，采取層次分析的方法計算指標權重，進而運用模糊綜合評判法進行評價，具體說明如何運用層次模糊綜合評判法進行施工風險評價。

關鍵詞：層次分析法；模糊綜合評判法；風險評價

DOI 10.3969/j.issn.1672-6375.2016.05.016

0　引言

隨著我國國民經濟的迅猛提升，國內的鐵路設施建設穩步有序開展。但是，我國幅員遼闊，地形地貌種類繁多，面對地質情況的復雜性，隧道施工將會遇到很多意想不到的突發情況。譬如，當隧道進口淺埋段下穿高速公路時，施工風險會變得很大。本論述將結合工程實例作為說明，一方面進口淺埋下穿段位于強富水區，巖層主要為震旦系變質板巖，洞身圍巖多破碎呈塊狀，巖體力學性能和整體穩定性較差，易形成導水通道，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構本身產生極大影響。因此，采用哪種方法對該隧道施工的風險進行評價就顯得非常重要。

對于已有的隧道施工風險評價理論中，范益群［1］以可靠性理論作為基礎討論了地下結構物及構筑物風險設計的理念，通過計算得到隧道施工過程中發生風險的概率以及用定性的方法評價相應損失，并提出了改進后的層次分析方法。Mcfeat-Smith I.［2］討論了復雜地質的隧道施工風險評估的方法模式，并且根據發生頻次的高低將風險劃分出不同等級，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生的主要事故風險，運用風險矩陣進行風險評估。黃宏偉［4］進行了地下鐵路建設時期和運營時期可能發生的風險因素管理方面的研究，討論了地鐵隧道建設時期不同施工階段中的風險發生因素，并提出了控制風險因素的整體思路。以上文獻詳細介紹了隧道施工以及運營過程中可能遇到的風險管理并提出了多因素控制風險的思路。但是，由于鐵路隧道的施工受地質環境因素的影響很大，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合的思路，對長大隧道進口淺埋段下穿既有高速公路施工中的風險進行相應評價，并以此來判定風險等級。

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，開挖易出現掉塊、涌水、涌泥甚至崩塌現象，預測DK51+065～DK52+340最大涌水量為3 060 m3/d，處于強富水區，隧道變形控制要求高，安全風險大。經過專家論證，隧道采取加強監控量測，采用洞身長管棚超前預支護，雙側壁導坑法開挖，洞內加強初期支護等施工措施嚴控變形，以確保安全。

2　層次分析

2.1建立遞進層次結構

構造遞進層次結構時，選取風險因素乃重中之重。建立在對本隧道項目充分的調查和相關資料的研究基礎上，建立見圖1所示的長大隧道淺埋段下穿高速公路施工風險評價指標結構圖。

圖1　長大隧道淺埋段下穿高速公路施工風險評價指標結構圖

2.2構造判斷矩陣

根據研究后所確定的上下層之間元素的包含關系，將所有因素對上一層元素的重要程度進行兩兩比較，使用1～9的比例標度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。以此構造出判斷矩陣，假定為A。

2.3應用根法計算單一準則下元素的相對權重

2.4一致性檢驗

表1　平均隨機一致性指標

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　層次總排序權重

表6　B4～C判斷矩陣

2.5層次總排序權重

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

3　模糊綜合評價

設因素集為F，且F=｛f1，f2，…，fn｝其中f1，f2，…，fn表示評價體系指標中最末層的風險因素，n=14。

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

依據全局總權重值對F中的每個因素進行評判，則評判集構成的模糊評判矩陣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為權向量，故該隧道進口淺埋下穿段施工風險評價中，高風險概率為41.14%，較高風險

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

4　結束語

隧道進口淺埋下穿段施工中存在的風險不僅會造成施工難度加大，工期延后，資金周轉不暢等問題，而且會對施工人員的生命安全構成很大的威脅。所以做好隧道重點施工段特別是地質不良地段的風險評價是至關重要的工作。本論述以層次分析及模糊綜合評判相結合的手段，對隧道進口淺埋下穿段的施工風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用于工程實踐當中。

參考文獻：

［1］范益群，劉建航.時空效應理論與軟土基坑工程現代設計概念［J］.清華大學學報（自然科學版），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.隧道工程風險評估［J］.隧道建設，2003（2）：1-3.

［4］黃宏偉.隧道及地下工程建設中的風險管理研究進展［J］.地下空間與工程學報，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.鐵路隧道風險評估體系的研究和探討［C］.2007年鐵路隧道建設安全與軟巖隧道修建技術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

文獻標識碼：A