懷芷高速公路拓寬巖質(zhì)高邊坡二次開挖施工風險評價

肖宇鋒，盧 偉，楊 仙，肖擁軍

(湖南科技大學 資源環(huán)境與安全工程學院，湖南 湘潭 411201)

20 世紀90 年代，我國高速公路建設進入飛速發(fā)展時期，隨著經(jīng)濟發(fā)展與交通量的持續(xù)增加，早期修建的高速公路已無法滿足通行要求，必須對高速公路進行改擴建[1].拓寬施工是高速公路擴容的重要手段，相較于新建高速公路，其更為節(jié)約土地及路產(chǎn)資源，但建設難度也更大[2].特別是運營期高速公路拓寬項目中，涉及巖質(zhì)高邊坡的二次開挖時，施工難度大，風險高.首先，既有支護結(jié)構(gòu)巖質(zhì)高邊坡中，邊坡-支護結(jié)構(gòu)體系已達應力平衡，二次開挖勢必破壞既有支護結(jié)構(gòu)，再次形成臨空面，施工不慎極易導致邊坡失穩(wěn)；其次，邊坡二次開挖還需考慮臨近高速公路的運營安全問題和環(huán)境影響因素，進一步增加了施工難度和對安全性的要求.因此，有必要對高速公路拓寬巖質(zhì)高邊坡二次開挖施工進行風險評價，其對控制邊坡二次開挖的穩(wěn)定性，減小運營期施工安全風險意義重大.

目前，國內(nèi)外許多專家學者對邊坡的風險評估及管理進行了研究.Enstein[3]提出了邊坡滑坡風險評價的框架.張永興等[4]以地理信息系統(tǒng)為基礎進行二次開發(fā)，建立了邊坡風險評估系統(tǒng).Hartlen 等[5]對滑坡風險進行了定性評價.楊剛[6]選取層次分析和集對理論相結(jié)合的方法對露天礦山的邊坡穩(wěn)定性進行了定量評價.但是，邊坡失穩(wěn)的臨界狀態(tài)往往具有模糊性的特點，單一定性或定量的方法對其失穩(wěn)的反映比較困難[7].相較而言，風險矩陣法(R=P×C法)[8]是一種定性與定量相結(jié)合的方法，該法是基于專家評分進行風險評價的，而參與問卷調(diào)查的專家受到自身客觀認識的局限，對同一問題的風險評價也有所差異.熵度量法作為一種不確定性分析方法，能避免其他方法主觀性大的缺陷，在風險評估中應用越來越多[9].

本文以懷芷高速運營期朱溪互通拓寬工程為例，構(gòu)建了風險評估指標體系，并基于風險矩陣法進行了問卷調(diào)查，最后通過熵度量法對問卷調(diào)查結(jié)果進行綜合分析，研究結(jié)果可為運營期高速公路巖質(zhì)高邊坡二次開挖風險評估與控制提供理論參考.

1 熵度量法

工程實踐中，所能得到的信息經(jīng)常是不準確的和(或)不完全的[10]，因此大多數(shù)風險評估決策具有很大的不確定性.風險度量是指計算某一特定評價對象或方案目標在已知環(huán)境狀態(tài)下對評價對象可能造成的或?qū)崿F(xiàn)目標的危險程度.傳統(tǒng)的風險度量方法采用某一評價問題的概率分布函數(shù)及其特征數(shù)(如均值和方差)來描述風險，而采用這種方法度量風險，隨機性比較大，不具有全面性和唯一性，且分布函數(shù)的形狀在實際運用中很難確定[9].有效利用信息熵，則可根據(jù)各指標變異程度，計算出各指標權(quán)重，進行多指標綜合評價[11].

熵度量法基本流程：通過專家打分等方式確定各指標風險值，并給出評價矩陣R；求出各指標的熵值H和熵權(quán)ω；建立風險分析的熵度量模型，計算總體風險值.

1.1 評價隸屬關(guān)系矩陣的構(gòu)建和處理

把巖質(zhì)高邊坡拓寬工程項目的風險因素按某種屬性分成s個子集.

1.2 熵值H 和熵權(quán)ω 的確定

1.3 基于熵度量法評價問題的風險值計算

熵度量評價方法是對照各自歸屬類別的幾個最底層的指標，先進行熵度量評價；然后，再把這些指標的評價結(jié)果加以組合成與之相鄰的上一層指標的評價矩陣；依此類推，最后算出總的風險評價值.

2 巖質(zhì)高邊坡二次開挖風險問卷調(diào)查

表1 風險發(fā)生概率等級問卷調(diào)查

根據(jù)邊坡所在地的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)環(huán)境，結(jié)合邊坡拓寬施工的具體情況，考慮到運營環(huán)境、交通組織等因素，選取了4 個一級指標，17 個二級指標作為主要風險(見表1).分別對各風險發(fā)生的概率以及風險產(chǎn)生的后果損失進行問卷調(diào)查，問卷調(diào)查表見表1.

本次問卷調(diào)查主要對象為現(xiàn)場施工技術(shù)人員和專家，共發(fā)出問卷12 份，收回10 份.影響程度可劃分為可忽略、需考慮、嚴重、非常嚴重和災難性5 種.結(jié)合風險事件發(fā)生的概率，可以得出風險評估矩陣，見表2.利用風險評估矩陣對風險進行定級，從而確定風險的接受程度以及是否采取降低風險的措施，見表3.

表2 風險評估矩陣

表3 風險等級、接受準則和控制措施

3 基于熵度量法巖質(zhì)高邊坡施工風險評價

考慮到問卷調(diào)查人員現(xiàn)場經(jīng)驗以及知識水平等程度各不相同，因此問卷調(diào)查得到的結(jié)論可信度也各不相同，需進一步基于熵度量法對問卷調(diào)查結(jié)果進行綜合分析.首先，對10 份一級指標中工程地質(zhì)和水文地質(zhì)風險進行評價.一級地質(zhì)條件因素風險共包含地形地貌、邊坡地質(zhì)構(gòu)造、巖土體類型、地表水情況4 個二級指標，根據(jù)調(diào)查結(jié)果，可得4×10 原始矩陣：

由R地質(zhì)計算10 位現(xiàn)場施工人員對本次評估所提供的信息量，計算其信息熵.

根據(jù)式(13)計算出k=0.434 3，代入式(11)和式(12)得

其中，R為總體風險；Rij為第i個一級風險因素下第j個二級風險因素的風險；ijλ為第i個一級風險因素下第j個二級風險因素的熵權(quán)；λi為第i個一級風險因素的熵權(quán)；n為一級風險因素數(shù)量；m為一級風險因素下二級風險因素數(shù)量.

由表3 可知，該高速公路項目巖質(zhì)高邊坡拓寬施工過程中的總體風險為三級，屬于可接受風險，但高速公路運營期施工過程中還是需要引起足夠的重視.

4 結(jié)論

1)采用專家調(diào)查問卷的方式，結(jié)合風險矩陣法，利用事故發(fā)生的可能性以及嚴重性評估巖質(zhì)高邊坡拓寬施工安全狀況，增加了評價的客觀性和可信度.

2)根據(jù)熵度量法對巖質(zhì)高邊坡拓寬施工風險問卷調(diào)查結(jié)果進行綜合分析，可知該邊坡項目施工過程中的交通組織影響為最大風險.由熵度量法接受準則可知該巖質(zhì)高邊坡拓寬施工的總體風險為三級，屬可接受風險，但應引起重視，需進行嚴格的施工及運營管理，以防止發(fā)生危險.