基于AHM的地下工程安全風(fēng)險的研究

摘 要：為做好地下工程安全風(fēng)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(jié)合地下工程自身特點(diǎn)和施工實(shí)際，建立了地下工程安全風(fēng)險評價指標(biāo)體系，確定指標(biāo)權(quán)重，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，根據(jù)分析結(jié)果提出抓好安全管控重點(diǎn)的建議措施。

關(guān)鍵詞：地下工程;屬性層次分析法;安全風(fēng)險評估

0 緒論

隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速增長和城鎮(zhèn)化加速推進(jìn)，我國地下工程領(lǐng)域得到了極大地發(fā)展，新增地下工程類型多、規(guī)模巨大，發(fā)展速度處于世界領(lǐng)先水平。與此同時，由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度大，施工空間有限，安全風(fēng)險源非常集中，因此地下工程與地下空間建設(shè)過程中容易發(fā)生巖爆、大變形與大面積塌方、地表沉陷等地質(zhì)與工程災(zāi)害事故，造成人員傷亡、設(shè)備損失、工程失效和環(huán)境污染等嚴(yán)重后果，所以地下工程安全風(fēng)險管控是地下工程建設(shè)的重要前提和保證，地下工程的安全建設(shè)與風(fēng)險管理已成為國內(nèi)外專家關(guān)注的重要問題。

本文以A項(xiàng)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(fēng)險進(jìn)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(fēng)險辨析

1.1工程概況

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

1.2 安全風(fēng)險辨析

結(jié)合工程實(shí)際，對于可能發(fā)生的安全風(fēng)險原因分析如下：

1.環(huán)境因素

地下設(shè)計(jì)和施工與工程自然環(huán)境息息相關(guān)：如地質(zhì)條件、巖土性質(zhì)、氣候變化、地下水動態(tài)等。加之，地下工程不確定因素非常多，如巖土性質(zhì)個體差異大，勘察數(shù)據(jù)離散性大等。任一環(huán)節(jié)出錯，都有可能導(dǎo)致工程安全事故的發(fā)生。

A項(xiàng)目所在地屬于濕陷性黃土地區(qū)，地層局部夾粉質(zhì)黏土和碎散巖石，地質(zhì)條件復(fù)雜。施工場地比較狹小，施工條件差，濕陷性黃土地區(qū)地下工程施工時對側(cè)壁穩(wěn)定和變形控制要求極高，難度非常大。同時，濕陷性黃土地區(qū)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(jī)性較大，因此，濕陷性黃土地區(qū)地下工程施工安全事故的發(fā)生往往具有突然性，難以防范。

2.地質(zhì)勘察與設(shè)計(jì)因素

地質(zhì)勘察與設(shè)計(jì)因素是地下工程安全施工的前提和基礎(chǔ)。要確保安全施工，必須著重注意以下幾個方面：

（1）地質(zhì)勘察資料完整性和準(zhǔn)確性。不能只針對主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行地質(zhì)勘測，地質(zhì)勘查的范圍應(yīng)包括地下周邊布孔范圍內(nèi)所有區(qū)域;若為深地下，則在條件允許情況下，應(yīng)對地下地下工程范圍外側(cè) 10～30 米范圍內(nèi)進(jìn)行地質(zhì)勘查。根據(jù)工程建設(shè)實(shí)際，建設(shè)單位應(yīng)就建設(shè)范圍、建筑類型等情況，與地質(zhì)勘查夠用協(xié)調(diào)，確保地質(zhì)勘查資料的針對性、準(zhǔn)確性。地質(zhì)勘查單位應(yīng)在充分了解建設(shè)單位意圖基礎(chǔ)上，按照地質(zhì)勘查作業(yè)規(guī)范要求，保證所提交勘查資料的準(zhǔn)確性和完整性。地質(zhì)勘查資料中應(yīng)當(dāng)包括范圍內(nèi)及建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)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(shè)計(jì)的針對性。應(yīng)在充分了解建設(shè)單位意圖、了解建設(shè)場地實(shí)際條件基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，應(yīng)在充分考慮地下周邊地質(zhì)條件、環(huán)境條件（包括周邊地上及地下建（構(gòu)）筑實(shí)際情況）、開挖深度的基礎(chǔ)上進(jìn)行地下的支護(hù)、開挖方案設(shè)計(jì)。若上述條件發(fā)生變化，則支護(hù)、開挖方案也應(yīng)相應(yīng)變化，以確保方案的合理性，安全性、可行性及經(jīng)濟(jì)性。

3.施工因素

施工過程中容易產(chǎn)生安全事故的情況有：搶工期;超挖;超載;硐室內(nèi)浸水，導(dǎo)致支護(hù)結(jié)構(gòu)倒塌;以及施工不按設(shè)計(jì)要求施工等原因?qū)е隆項(xiàng)目硐室結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于功能決定結(jié)構(gòu)，復(fù)雜的預(yù)設(shè)功能造成該地下設(shè)施的結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)，交叉硐室較多，會影響地下土體穩(wěn)定性，加之該項(xiàng)目面臨著工期較短，施工進(jìn)度緊張的情況。因此，施工單位在施工時，應(yīng)注意以下幾個方面：

（1）施工周邊環(huán)境資料與設(shè)計(jì)圖紙的一致性。施工單位在地下施工前，應(yīng)先對周邊環(huán)境資料按設(shè)計(jì)圖紙先核實(shí)，特別是地下建（構(gòu)）筑物和地下管線，一旦發(fā)現(xiàn)與設(shè)計(jì)圖紙不符，應(yīng)及時通知設(shè)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)參考的地質(zhì)資料與實(shí)際開挖所揭露的地質(zhì)資料的一致性。地質(zhì)資料是硐室襯砌方案設(shè)計(jì)的最重要的依據(jù)之一，不同的地質(zhì)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(fā)現(xiàn)實(shí)際開挖的地質(zhì)條件與設(shè)計(jì)所參考的地質(zhì)資料不同，應(yīng)及時向設(shè)計(jì)反映，從而對原方案進(jìn)行優(yōu)化。

（3）支護(hù)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量能否滿足設(shè)計(jì)要求。應(yīng)驗(yàn)證：錨索抗拔力是否能達(dá)到設(shè)計(jì)要求;預(yù)應(yīng)力錨索（桿）的鎖定力能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求;襯砌質(zhì)量能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求;止水結(jié)構(gòu)能否滿足止水要求等。

4.管理因素

除上述幾項(xiàng)導(dǎo)致地下工程事故發(fā)生的原因外，未實(shí)施量測監(jiān)控和信息反饋系統(tǒng)、未建立完善的安全責(zé)任體系、未編制科學(xué)的技術(shù)方案、未建立高效的安全管理運(yùn)行機(jī)制、處罰力度和案例教育不夠等不科學(xué)的管理因素也是導(dǎo)致地下工程安全事故發(fā)生的主要原因。

2 屬性層次綜合評價模型構(gòu)建

2.1 ?AHM賦權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重

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

定義：設(shè)對于準(zhǔn)則層C，有n個指標(biāo)，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(yàn)。這里可通過AHP中的判斷矩陣進(jìn)行轉(zhuǎn)換得到，轉(zhuǎn)換公式如下：

2.2指標(biāo)體系建立

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

2.2 各指標(biāo)權(quán)重確定

對指標(biāo)進(jìn)行重要度評價，再用式（1）轉(zhuǎn)換求得目標(biāo)層相對于準(zhǔn)則層的相對屬性測度uij，構(gòu)建出屬性判斷矩陣（uij），根據(jù)式（2）計(jì)算相對屬性權(quán)Wc。如表3：

通過AHM得到的綜合指標(biāo)權(quán)重為：

按照以上相同方法計(jì)算二級指標(biāo)，可得地下工程安全風(fēng)險評估指標(biāo)體系指標(biāo)權(quán)重。如表4：

根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，A項(xiàng)目在安全風(fēng)險評估指標(biāo)體系中的重點(diǎn)是支護(hù)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量能否滿足設(shè)計(jì)要求和科學(xué)合理施工，所以本文兩個方面進(jìn)行探討，針對性提出建議：

2.3 數(shù)據(jù)分析

根據(jù)地下工程安全風(fēng)險評估指標(biāo)體系指標(biāo)權(quán)重，建立指標(biāo)體系影響程度評價集，將二級指標(biāo)按照綜合權(quán)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(yīng)實(shí)時掌控的因素;對地下工程安全影響較大，應(yīng)重點(diǎn)把握的因素;對地下工程安全影響一般，應(yīng)著重關(guān)注的因素。

對于A項(xiàng)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(qū)地下局部狹小空間交叉硐室國內(nèi)外缺乏相關(guān)資料和經(jīng)驗(yàn)，施工前提前做好理論分析和建立數(shù)值模型，根據(jù)開挖中的地層情況預(yù)判前方地層情況，及時調(diào)整模型參數(shù)，指導(dǎo)后續(xù)的施工。

（2）加強(qiáng)監(jiān)測和反饋

建立硐室變形、支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)力等實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，及時反饋監(jiān)測數(shù)據(jù)，合理設(shè)定報警值。一方面通過監(jiān)測數(shù)據(jù)修正模型參數(shù)，使模擬結(jié)果與實(shí)際施工階段趨于一致，并通過樹值模擬對監(jiān)測中的突變反饋進(jìn)行分析和判斷，指導(dǎo)后續(xù)施工措施的制定。另一方面通過變形監(jiān)測，及時發(fā)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(hù)與襯砌支撐

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

4 結(jié)束語

本文基于屬性層次分析法對地下工程的安全安全風(fēng)險進(jìn)行了分析評價，通過分析確定了A項(xiàng)目的安全管控重點(diǎn)，本文就安全管控重點(diǎn)進(jìn)行了深入分析并提出了數(shù)據(jù)模擬、預(yù)警監(jiān)測等方面的建議。

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