高速公路路塹高邊坡施工安全風險指標體系研究

翟玥

摘要：高速公路路塹高邊坡項目具有數量多，工作步驟繁多，地質條件復雜的特點，項目施工安全風險影響因素眾多。本文利用工作分解結構法的系統性構建高速公路路塹高邊坡施工工作分解結構樹，再利用因果圖法識別高速公路路塹高邊坡項目主要工作中的施工安全風險因素，經過主成分分析法篩選，形成施工安全風險指標體系，為高速公路路塹高邊坡工程進行風險評價奠定基礎。

Abstract： The freeway high cutting slope engineering features with large in quantities， many work steps， and complex geological conditions. There are many factors that affect the construction safety risk of the freeway high cutting slope engineering. In this paper， the work breakdown structure method is used to systematically construct the construction work breakdown structure tree of the freeway high cutting slope engineering， and then the cause and effect diagram method is used to identify the construction safety risk factors in the main work of the freeway high cutting slope engineering. After screening by the principal component analysis method， a construction safety risk index system is formed， which lays the foundation for the risk assessment of freeway high cutting slope engineering.

關鍵詞：高速公路;施工安全風險;指標體系

Key words： freeway;construction safety risk;index system

中圖分類號：U416.14? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）22-0027-04

0? 引言

高速公路所處地段往往地形復雜，其中高速公路路塹高邊坡工程施工內容豐富且易于變化，是高速公路工程施工的高風險環節之一[1]。對項目的施工安全風險進行評估能夠起到降低施工安全風險、減少施工安全事故、保障工程建設安全的作用，因此項目的施工安全風險評估是項目施工過程中必不可少的一步。

高速公路路塹高邊坡項目規模較大，工作步驟繁多，結構復雜，項目施工安全風險影響因素眾多，自2014年交通運輸部發布的《高速公路路塹高邊坡工程施工安全風險評估指南》以來[2]，許多研究人員未加改進地選擇直接采用了中的指標體系進行風險評估[3-5]。李莉萍提出應根據邊坡工程特點等因素綜合選取評估指標[6]。

工作分解結構法（簡稱WBS）是一種具有系統性和全面性的風險識別方法，是風險因素識別的常用方法之一[7]。該方法將工程項目按照施工步驟細分到各個基本工作單元，便于后續系統地識別高速公路路塹高邊坡項目各個環節的風險，但難以獨立使用。因果圖法是通過分析風險因果關系識別風險的方法，高速公路路塹高邊坡項目涉及的風險因素多種多類，能將工程項目中的風險因素與風險事件相聯系，得到項目風險因素層級和基本風險因素。本文通過文獻分析法分析工程項目的工序和風險源，將WBS法與因果圖法相結合識別高速公路路塹高邊坡主要工作的施工安全風險因素，最終經過主成分分析法（簡稱PCA）篩選，形成高速公路路塹高邊坡項目施工安全風險指標體系。

1? 基于WBS和因果圖法的施工風險初步識別

1.1 風險初步識別步驟

①通過文獻分確定工程的風險對象和風險范圍。高速公路邊坡項目的風險對象是高邊坡，風險范圍包括從邊坡開挖到坡面防護的高邊坡施工全過程。

②采用WBS法對高速公路路塹高邊坡項目按照工程施工步驟與工藝結構的關系分層且系統地進行工作逐一分解，直至項目分解為適合辨別風險類型的基本工作單元，建立高邊坡施工工作分解結構樹。

③依據WBS的工作分解結果，采用因果圖法分析高速公路路塹高邊坡項目主要施工步驟中可能存在的風險因素。從“工、料、機、法、環”著手，將風險因素直觀且有層次地繪制成魚骨形的因果圖。風險因素的影響程度越大越靠近魚頭。

④根據因果圖的分析結果，總結出對高速公路路塹高邊坡項目具有不可忽視的影響的風險因素，對其層級關系進行分析歸納，以此構建高速公路邊坡施工風險指標體系。

1.2 基于WBS的邊坡施工工作分解

依據《公路路基施工技術規范JTGF10-2006》對公路邊坡施工的技術要求，將高速公路路塹高邊坡的施工過程分為邊坡開挖、地表排水系統、抗滑擋墻、抗滑樁、預應力錨固工程、預應力錨索抗滑樁、土釘墻、注漿微型樁、排水隧洞、坡面植物防護、坡面骨架防護和坡面防護[8]。根據施工過程的具體施工工序與作業內容建立高邊坡施工工作分解結構樹如圖1所示。

以上施工步驟中，邊坡開挖、地下排水系統、抗滑擋墻、抗滑樁和預應力錨固工程的施工出現施工安全事故的概率較大，事故危險程度較高，因此下文以這5個施工步驟為主，分析高速公路路塹高邊坡施工的風險因素。

1.3 基于因果圖法的邊坡施工風險因素識別

公路高邊坡施工風險的分類方式不止一種，本文通過查閱大量與高速公路邊坡施工安全風險相關的文獻和規范，從“工、料、機、法、環”五點著手，有層次地識別各個施工步驟的風險因素并繪制因果圖。

1.3.1 邊坡開挖風險

邊坡的規模和地質條件在很大程度上決定了邊坡開挖的施工難度和危險程度。不恰當的開挖方法、不正確的施工工序、雨季施工、自然災害都會增加邊坡失穩事故發生的可能性。多雨的施工氣候和排水不及時也容易造成坡面病害。此外，地表建筑物等施工環境越復雜，邊坡開挖事故造成的危害程度越大。

1.3.2 地下排水系統風險

地下排水系統施工，主要容易發生洞內塌方、突水涌泥、爆破等事故，特別是在地下水隧洞施工中。地層巖性軟弱、地下水未排除、開挖進度過快和支護方式不當都會導致塌方。開挖過快將導致洞內空氣不足，工人中毒窒息。施工周圍水體環境決定了隧洞發生涌泥突水的概率。

1.3.3 抗滑擋墻風險

抗滑擋墻施工主要造成塌方等風險，包括地下水變化在內的地質條件變化和開挖分段方式是其主要影響因素，其次抗滑擋墻施工還存在腳手架的設計強度不足等因素導致的腳手架垮塌風險。（圖 4）

1.3.4 抗滑樁風險

抗滑樁的施工事故主要存在于人工挖孔的抗滑樁施工過程中。對地下水、地層巖性軟弱等情況的缺乏應對措施，可能導致護壁支護強度不夠引起塌方或涌泥突水。沒有跳樁間隔開挖、大爆破震動、樁外側開挖卸荷、樁長樁型設計失誤容易引起邊坡失穩。有害氣體或通風不順可能導致人員中毒窒息。

1.3.5 預應力錨固安全風險

邊坡高度、坡度和鉆孔深度對預應力錨固難度有加大影響，邊坡開挖的施工難度和危險程度，錨固結構不合理、工序銜接不及時和地質條件變化應對不及時都會導致預應力錨固過程中出現滑坡、坍塌、崩塌等邊坡失穩事故。由于預應力錨固需要搭設腳手架，大雨、霧、雪、冰凍天氣施工容易導致腳手架上的施工人員打滑，增加高處墜落的概率。此外，腳手架或模板支架設計計算或驗算不準確也會造成施工腳手架坍塌等事故發生。

通過歸納總結因果圖整理得到6個一級風險指標，分別為施工規模、地質條件變化、施工方案、施工環境、誘發因素和資料完整性，其中施工規模分為邊坡高度和坡形坡率，地質條件變化分為地下水變化、地層變化和坡體結構變化，施工方案分為專項工程施工方案、工序銜接、鉆孔方法、腳手架和開挖方法，施工環境可為周邊環境、氣候條件、風力條件、有毒有害氣體和通風照明，誘發因素分為施工季節和自然災害影響，資料完整性可分為地質資料符合性和設計文件準確性。

2? 基于PCA的邊坡施工風險因素篩選

2.1 調查問卷設計與收集

為避免過多相關變量增加風險評價的復雜性，本文提取二級指標大于3個的施工方案因素和施工環境因素進行主成分分析，簡化風險指標體系。

制作高速公路邊坡施工安全風險因素調查問卷，將指標的影響程度分為1～5分，對應影響程度從弱到強。調查參與者限定為參與過高速公路項目施工的專業技術人員或專家。發放調查問卷150份，回收129份，去除掉人員不合要求、選項漏選、全選相同選項的問卷，余下有效問卷112份。有效回收率為74%。問卷信度分析的Cronbach's Alpha值為0.896，大于0.8，調查問卷信度較高。信度統計量表1所示。

2.2 邊坡施工風險因素主成分分析

2.2.1 PCA基本原理

PCA法是在盡量不丟失原有信息的原則下，對高位指標空間進行降維，以少數獨立的綜合指標代表全體指標的方法，達到簡化數據的目的。PCA法的基本原理如下。

假設■是由p個標準化指標組成的p維隨機向量，設，p個變量的線性變換如公式（1）所示。

第一主成分Y1表示最能有效地綜合表示p個變量信息的一個線性組合，一般采用Y1的方差反映信息量，要求Var（Y1）在aiTai=1的限制條件下盡可能大。當Y1表達的系統信息不充分時，則選出與Y1相獨立的第二主成分Y2，以此類推直至選出主成分能代表系統絕大部分信息為止。推理可得，若滿足公式（3）、公式（4）和公式（5），則定義Yi為X的第i個主成分。

由主成分的定義可知，確定主成分Yi的過程實質上是一個條件極值求解問題，其內核在于求解X的協方差矩陣的特征值？姿i和特征向量ai。

2.2.2 PCA基本步驟

PCA基本步驟如下：

①指標數據標準化。定義原始變量，收集整理問卷調查結果得到原始數據xij，樣本標準差sj和樣本均值計算公式如下。

②指標相關性判定。依據PCA法基本原理求得相關系數矩陣，采用KMO測度檢驗和Bartlett 的球形度檢驗方法判定原始變量是否適合進行主成分分析。只有當KMO檢驗系數>0.7，且Bartlett 的球形度檢驗的顯著性概率P值<0.01時，問卷有結構效度，即原始變量適合進行主成分分析[10]。

③確定主成分。在確定原始變量適合進行主成分分析后，依據PCA法基本原理得到相關系數矩陣的特征值及正規化特征向量，提取特征值>1的主成分，確定主成分個數和各個主成分的表達式。同時計算主成分方差貢獻率和累計貢獻率，以此檢驗選取的主成分反映的信息量在總體系統中的占比。

2.3 風險因素PCA過程

運用SPSS軟件分別對施工方法因素和施工環境因素進行主成分分析，計算得到施工方案因素和施工環境因素的KMO值分別為0.740和0.786，均大于0.7，Bartlett球形度檢驗P值均為0.000，小于0.01，適合進行主成分分析。

以特征值>1為主成分選取依據，施工方法因素和施工環境因素均選出一個主成分，累積方差貢獻率分別為58.836%和57.508%。

3? 邊坡施工風險指標體系的構建

基于上述研究，本文構建邊坡施工風險指標體系如圖7所示。

4? 結論

高速公路作為聯通城鄉的重要交通基礎設施，其建設在對鄉村建設和經濟發展至關重要。高速公路路塹高邊坡工程的風險較高。對高速公路路塹高邊坡施工安全風險進行評價能夠很好地協助項目管理者控制風險，避免項目出現不必要的損失。本文從施工工作結構和風險因果關系出發，基于WBS法、因果圖法構造出一套科學、合理、客觀的高速公路路塹高邊坡施工安全風險評價指標體系，并采用PCA法進行簡化，為此類工程進行風險評價奠定了堅實的基礎，同時為類似工程的指標體系的構建提供參考。

參考文獻：

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作者簡介：翟玥（1996-），女，湖北武漢人，碩士研究生在讀。