路塹高邊坡施工安全風險評估實踐分析

王晨 韋世明

摘要：鑒于路塹邊坡工程風險因子較多，文章采用多種分析方法對龍州至水口高速公路土建No1合同段進行深挖路塹邊坡風險評估對比分析，并以最不利風險等級為評估結果，為邊坡防護與加固提供合理方案。

關鍵詞：道路工程;路塹邊坡;風險評估;層次分析法;模糊分析法;專家調查法;敏感性法

中圖分類號：U416.1⁺4 文獻標識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.10.006

文章編號：1673-4874（2019）10-0016-05

0引言

山區高速公路由于受地形地貌條件的限制，在建設過程中難免會形成大量的路塹邊坡，大量的路塹邊坡對工程建設和運營管理來說都是極大的挑戰，在建設期及運營期邊坡滑塌災害時有發生。為保障路塹高邊坡的建設安全，科學規避施工安全事故的發生，交通運輸部2014年12月頒發的《高速公路路塹高邊坡工程施工安全風險評估指南》規定，列入國家和地方基本建設計劃的新建、改建、擴建的高速公路，在工程實施階段應對高于20m的土質邊坡和高于30m的巖質邊坡進行路塹高邊坡施工安全風險評估。總體風險評估等級達到Ⅲ級及以上，或者總體風險評估單一指標影響過大的路塹高邊坡，應開展專項風險評估。近年來，路塹高邊坡施工前經過風險評估，采取恰當的支擋方案，邊坡失穩現象大幅度降低。但是，由于路塹高邊坡致險因子很多，風險辨識、分析、估測受主觀因素影響大，如何準確地進行邊坡施工安全風險評估是當前工程研究的重點。邊坡施工安全風險評估的準確性與評估方法有關，并按照風險評估結論采取相應的支擋方案。若評估不當，在施工過程中或投入使用后，邊坡仍可能出現失穩現象。

本文結合廣西大塘至浦北、龍州至水口等高速公路路塹高邊坡施工安全風險評估，采取安全方案，經施工及交工投入后評估使用效果，得出多方法評估結果，并以最不利評估結論作為對策依據。

1風險評估理論與方法

我國目前路塹高邊坡多以指標體系法、專家調查評估法、敏感性分析法和模糊綜合評價法等方法開展風險評估。實踐中既有單一方法，也有綜合兩種或兩種以上多方法評估。

1.1 指標體系法

指標體系法也稱層次分析法（Analytic Hierarchy Process，簡稱AHP），是一種多準則決策方法，是將與決策有關的元素分解成目標、準則、方案等層次，引入數學檢驗，分析各因素的內在聯系，在此基礎之上開展定性和定量分析的決策方法。文獻推薦使用的指標體系法，歸屬于層次分析法范疇，根據建設規模、地質條件、誘發因素、施工環境和資料完整性等5個類別，提出評估指標。權重系數按照下式計算：

上式中，n——評估指標（重要指標）項數;

m——重要性排序號，m≤n。

路塹高邊坡施工安全總體風險按照下式計算：

式中，X_ij——評估指標的分值，i=1，2，3，4，5，j=1，2，……，n，（n為對應第i類評估指標包括重要指標的數量）;

R_ij——基本分值。

根據分值F，對照表1確定路塹高邊坡施工安全總體風險等級。

權重系數γ_ij由判斷矩陣計算被比較元素相對權重，并作一致性檢驗。

1.2 專家調查評估法

美國蘭德公司于1950年創造德爾菲法（Delphimethod）風險評估法，采用“背對背”的方式征詢專家小組成員的預測，經過幾輪征詢，使專家小組的預測意見趨于集中，最后做出符合實際的未來發展趨勢的預測結論。我國將此法定義為專家調查評估法，對路塹高邊坡做出符合實際的評估和預測的方法，是我國目前路塹高邊坡總體風險評估推薦采用的方法之一。文獻推薦組建由3位以上具有高級及以上技術職稱，并具有10年（評估負責人）或5年（工程管理經驗）從事高邊坡勘察、設計、施工工作經歷的人員組成評估小組。評估組個人分別獨立對建設規模、地質條件、誘發因素、施工環境、資料完整性等5個分項，按照極高風險（Ⅳ）、高度風險（Ⅲ）、中度風險（Ⅱ）和低度風險（I）等四個風險等級評估各分項分值R_i，結合專家信心指數W_i，按照下式計算每位專家的評定值D_r：

最后，取所有專家評定值的平均值D_r，按照下列界限值確定高邊坡風險等級：

D_r≥3.5等級Ⅳ（極高風險）

3.5>D_r≥2.5等級Ⅲ（高度風險）

2.5>D_r≥1.5等級Ⅱ（中度風險）

D_r<1.5等級I（低度風險）

1.3敏感性分析法

敏感性分析法是針對路塹高邊坡施工風險中，某一變量的變化（可以是單因素，也可以是多因素），對其他變量所造成影響的決策模型技術。如路塹高邊坡周邊有高壓鐵塔、高壓電力線路或文物建筑，這些單一變量，直接影響到風險評估結論。

1.4模糊綜合評價法

模糊綜合評價法是采用模糊理論、最大隸屬度對多因素系統進行風險評估的一種方法。我國往往將模糊法與層次分析法結合起來，形成模糊層次分析法。該方法需要建立風險評估指標體系及風險事故等級評估矩陣，確定風險因子的權重及風險等級。該方法可以計算得到目標風險的量化指標。

2工程實例檢驗

2.1工程概況

龍州至水口高速公路第NoCS-LS1合同段起訖樁號K34+200-K57+000，全長22.8km。全線路塹高邊坡共計9處，匯總如表2所示，主要以三級、四級邊坡為主。路塹開挖以光面爆破為主，路基邊坡防護均為常規防護方案。D4851783-F5FC-44B6-BE1B-C6BA3883C1D9

2.2 利用層次分析法對邊坡進行風險評估

受項目經理部委托，廣西交通科學研究院有限公司承擔路塹高邊坡施工安全風險評估工作。利用航拕飛行器、GPS、數碼相機、羅盤等儀器設備現場采集資料，查閱設計文件，現場踏勘、核查和補充設計原始資料，依據文獻推薦的指標體系法進行評估。建立評估模型，按指標體系的5大類11個分項指標進行統一排序，權重系數γ={γ_ij}，采用統一計算的方法得到各分項指標的權重，通過類比廣西區內高速公路路塹高邊坡總體風險評估技術資料，將X₁₁、X₁₂、X₂₁、X₂₂、X₂₃、X₃₁、X₃₂、X₄₁、X₄₂、X₅₁、X₅₂，所對應的權重系數分別調整為γ₁₁=0.16、γ₁₂=0.16、γ₂₁=0.16、γ₂₂=0.13、γ₂₃=0.11、γ₃₁=0.08、γ₃₂=0.07、γ₄₁=0.06、γ₄₂=0.04、γ₅₁=0.02、γ₅₂=0.01。表2中各段落總體風險評估匯總如表3所示。

按照體系評估法評估的結果，該標段高于30m的巖石邊坡和高于20m的土質邊坡，其總體風險等級全部為Ⅱ級，屬于中度風險，不需要進行專項風險評估。

2.3 利用專家調查評估法對邊坡進行風險評估

項目經理部于2017-07-30組織5位專家，對按文獻推薦的指標體系法編寫的《施工安全風險評估報告》進行評審。5位專家以“背對背”方式，分別對表2的9段路塹高邊坡進行風險評估。每位專家的評估等級及5位專家的風險評估平均值匯總如表4所示。

對比表3、表4，兩種風險評估方法的評估等級有三段不同。

2.4 利用敏感性分析法對邊坡進行風險評估

為提高路塹高邊坡風險評估預測的準確性，針對上述9段邊坡，專家從敏感性出發，對表4中三段達到Ⅲ級的邊坡進行現場核對，就單一因子或多因子展開討論、分析。

2.4.1地質因素影響邊坡風險預測

圖1為K34+280-K34+420段邊坡典型斷面圖。坡體下部的中風化礫巖、泥質粉砂巖厚度較大，巖層傾角小，產生整體滑塌的可能性不大。構成坡體上部分的強風化泥質粉砂巖巖芯破碎，遇水軟化成土狀，易產生圓弧形滑動破壞;坡頂有順巖走向的5-10m厚的硬塑狀黏土覆蓋層，土、石交接面潛伏著滑動面。因此，專家根據這些因素，提升為Ⅲ級風險，并提出采用錨桿框架梁加固邊坡，覆蓋層放緩邊坡至1：1.25

2.4.2 高壓鐵塔影響邊坡風險

K49+860-K50+080段和K39+254-K39+334段距離邊坡頂一段距離均有110kV的高壓鐵塔和高壓線路電桿。

圖2、圖3分別為這兩段邊坡原設計的典型支擋斷面圖。

此外，專家對個別巖石30m左右、土質20m左右高度的路塹邊坡的膨脹土、高液限土邊坡等敏感性風險源進行風險排查，在表2列出的9段以外邊坡增加了2段Ⅲ級風險等級。

2.5 利用模糊綜合評價法對邊坡進行風險評估

為增加可比性，筆者采用模糊綜合評價法，對表2的9段邊坡進行風險評估。

2.5.1構建評估集

構建模糊綜合評判模型，明確采用文獻推薦的極高風險、高度風險、中度風險和低度風險4級風險評語集。相對應的評語為υ={υ，υ₂，υ₃，υ₄}。

2.5.2 建立模糊評判矩陣

本文采用專家調查法建立隸屬函數，對5位專家進行調查，設計專家調查表，如表5所示。

2.5.3計算隸屬度

構建模糊評判矩陣R_ij如下：

2.5.4 模糊綜合判斷

考慮多因子中權重分配，模糊綜合評判模型為B_ij=R_ijγ

歸一化后，得到月B′=（b₁，b₂，b₃，b₄），其中，

權重γ按照本文2.2節方法求得。最終求解隸屬度。見表6。

按照最大隸屬度原則，判斷邊坡的風險等級，匯總如下頁表7所示。

3風險決策的選擇

比較上述4種風險評估方法可知，風險評估結論存在差異。4種評估方法中，專家調查法依賴于專家的專業知識和實踐經驗;指標體系法將定性和定量融合一起，但可變因子太多，結論會顧此失彼;敏感性分析法實際上是對邊坡巖土參數打折，降低單一或多因素對邊坡的影響;模糊綜合評價法數學模型簡單，但依賴專家經驗和調查。

3.1按照最不利的風險等級選擇支擋對策

依據本文依托工程的評估結果，對風險達到Ⅲ級以上的5段邊坡，開展專項風險評估。表2中的第7、第9段坡頂有高壓鐵塔和高壓桿的邊坡，提請設計單位變更。將圖2、圖3的原錨桿支擋結構變更為抗滑樁支護結構，提高了抗風險能力。第1段維持原有設計，采用錨桿框架梁支擋結構，并掛網植草防護。其他兩段則選擇旱季施工，采取邊開挖邊防護措施。這幾段風險等級為Ⅲ級的邊坡經過近一年的施工期，沒有發生邊坡滑塌現象。

3.2 施工風險不高的邊坡也可能失穩

按照風險評估等級，達到Ⅲ級以上風險等級的路塹高邊坡，即使采用框架梁支擋，在實際施工中仍會發生滑坍病害。采用框架梁加固的邊坡，施工期間仍有發生失穩的狀況。

3.3 沒有按照評估對策施工造成邊坡失穩

路塹高邊坡施工安全風險評估的目的是有效降低施工風險，嚴防重特大事故發生，確保建設項目施工期間實現安全生產，使事故和危害引起的損失降到最少。但是在實際施工中，施工單位為了利益最大化，不按照評估風險等級提示采取相應的支擋措施，造成邊坡失穩。如廣西某高速公路經過8年運營，據不完全統計，發生達到滑坡規模的邊坡病害的路段多達28段。

近年來，對廣西北部灣投資集團有限公司、廣西交通投資集團有限公司建設的河池至百色、樂業至百色、龍州至水口、大塘至浦北、荔浦至玉林等高速公路已進行風險評估，對達到Ⅲ級以上風險源實施預防性應對專項方案。其中，2018年交工的河池至百色高速公路路塹高邊坡施工安全風險評估準確，方案合理。這條在云貴高原山麓前緣、素有“廣西地質博物館”之稱的復雜山區高速公路，經歷了三年施工，基本沒有發生較大的滑坡、坍塌等邊坡病害。

4 結語

（1）單一方法評估路塹高邊坡風險等級潛伏著邊坡失穩高概率。

（2）路塹高邊坡風險評估應采用多種方法，以最不利風險等級作為風險對策的依據。

（3）強化施工過程專項風險評估，風險源變化時，應及時修正風險等級，采取相應對策。

（4）按照風險等級評估結論，采取合適的支擋措施，可最大程度降低邊坡安全風險。D4851783-F5FC-44B6-BE1B-C6BA3883C1D9