模糊評價理論在公路隧道礦山法施工風險評價中的應用

李 寧

（山西省公路局 晉城分局，山西 晉城 048026）

0 引言

由于公路隧道礦山法施工工藝相對復雜，且不同工藝和施工步驟間關系密切，這導致隧道施工階段涉及的作業面既廣又多、資金投入較大、工程技術人員和施工人員參與人數眾多，加之，采用礦山法施工的公路隧道多為山嶺隧道，山區地質條件復雜、氣候環境多變，在上述因素的疊加影響下，在各施工階段均易引發不同程度的施工安全風險，為公路隧道的正常施工作業帶來嚴重隱患。考慮到在礦山法施工階段可能誘發各種安全風險的影響因素眾多，且不易被量化，本文擬基于模糊評價理論，同時綜合風險概率統計和風險損失統計等方法，建立一套定量與定性相結合且適用于礦山法隧道施工過程的風險評價體系，從而進一步提升隧道施工風險評價工作的精準性和可靠性[1-3]。

1 公路隧道礦山法施工技術簡述

礦山法是由地下坑道開挖技術演變而來的一種傳統隧道開挖技術，屬于隧道暗挖技術的一種，掌子面開挖掘進采用鉆眼爆破的方式；由于公路隧道開挖斷面較大，為了避免一次性爆破后因圍巖應力松弛而出現大規模塌方事故，礦山法采用分割式逐塊開挖工藝，具體分塊數量及形式由隧道開挖斷面大小、支護施工水平、隧道圍巖性質等因素綜合決定。在開挖掘進過程中，礦山法工藝與新奧法類似，均采用“邊開挖、邊支護”的模式，一方面減少因隧道開挖擾動引發的圍巖大變形；另一方面，防范可能出現的松軟破碎圍巖大面積坍塌[1，4]。

2 公路隧道礦山法施工風險識別——以隧道二次襯砌施工階段為例

2.1 公路隧道礦山法施工風險識別過程

為了保證風險識別的全面性、準確性及客觀性，應采取多種識別方法組合的形式，本文擬采用工作分解結構法和專家咨詢法相結合的方式對公路隧道礦山法施工潛在風險進行系統識別[1]。

工作分解結構法的原理是以施工過程為主線，根據不同施工階段及不同施工工藝的差異，將目標工作劃分為多個存在邏輯關系的子結構，再將子結構繼續分解為若干子項，直至所有子項能夠全面、客觀、準確地描述施工項目的進度、質量和風險類型為止。工作分解結構法的關鍵在于如何控制分解的程度，即：分解程度既要滿足細化的要求，同時不允許因拆分過細而影響評價。工作分解結構法的分解標準眾多，主要包括：按物理結構劃分、按功能類型劃分、按開展過程劃分等，公路隧道施工則應按開展過程進行劃分，具體細化層級為：目標工程、分項工程、具體工藝3級。公路隧道礦山法施工項目工作分解結構見表1[1,4]。

表1 公路隧道礦山法施工項目工作分解結構表

2.2 公路隧道礦山法施工風險識別結果

本文重點聚焦公路隧道礦山法施工過程中的二次襯砌施工環節，通過工作分解結構法對公路隧道礦山法施工進行目標分解和細化，同時綜合現場調查、專家咨詢及文獻研究等結果，準確識別出了二次襯砌施工環節的潛在風險。具體風險點詳見表2。

表2 公路隧道礦山法二次襯砌施工階段風險點

3 基于模糊評價理論的公路隧道礦山法施工風險評價——以隧道二次襯砌施工階段為例

3.1 項目概況

某新建山嶺隧道全長285 m，按長度劃分屬于短隧道，隧道地質條件較差，圍巖節理發育，風化巖層堆積厚度較大，巖體抗風化能力總體偏低，隧道施工采用礦山法工藝，為提高隧道襯砌的抗滲能力，初期支護以打錨桿、敷設鋼筋網、噴射混凝土及充填注漿等工藝為主，二次襯砌設計則更加注重抗滲儲備，二襯層主要由抗滲防水層和鋼筋混凝土層組成。本文擬采用模糊評價理論建立二次襯砌施工階段施工風險評價模型，以實現隧道施工風險的量化評價目標。

3.2 施工風險評級及量化

為了達到施工風險量化評價的目的，首先應給出嚴格的風險評級標準及風險等級劃分依據，本文擬采用LEC法進行風險定級，分析LEC法定義可知，施工安全風險R由風險出現的概率P及風險損失程度D表征[1]。具體數量關系如式（1）：

根據風險損失程度D值大小可將施工風險分為1（稍有風險）、2（一般性風險）、3（顯著性風險）、4（高危風險）、5（極端風險）共計5個等級，根據風險出現的概率P又可將風險概率分為Ⅰ(0,0.01%)、Ⅱ[0.01%,0.1%)、Ⅲ[0.1%,1%)、Ⅳ[1%,10%)、Ⅴ[10%,∞)共計 5個概率區間。

綜上，可得出施工安全風險評級矩陣。詳見式（2）：

為了得出最終的量化評價結果，在明確風險評級的基礎上，應給出數量形式的風險等級劃定標準，具體劃定標準詳見表3。

表3 施工安全風險等級劃定結果

3.3 基于模糊評價理論的施工風險評價模型構建

首先，綜合工作結構分解法、現場調研、專家咨詢等方法建立針對該隧道礦山法施工過程中二次襯砌施工階段的施工風險清單，具體清單詳見上文表1。

再者，根據風險清單列表分別給出各因素的發生概率隸屬度指標，即進行風險因素的模糊估計，模糊估計采用專家咨詢法，將全部受訪專家模糊估計值的均值作為最終估計值。計算公式如式（3）[1]：

該項目共計邀請受訪專家5名，采用專家咨詢法收集到5組有效咨詢數據，經計算得到該隧道二次襯砌施工階段各因素對應的發生概率及損失程度隸屬度指標。具體詳見表4。

表4 隧道二次襯砌施工階段各因素對應的發生概率及損失程度隸屬度指標

最后，建立模糊評價對象的因素集U和評估集V，結合表4給出的發生概率及損失程度的隸屬度指標，在匯總單因素模糊評價結果的基礎上，構造出總的模糊評價矩陣 R[3]。具體數量關系如式（4）～ 式（6）。

建立模糊評價對象的因素集U和對應的評語集V：

式中：i表示影響因素數量；j表示評價等級數量。

構造單因素模糊評價矩陣ri：

式中：ri為第i個影響因素ui的單因素評價矩陣。

匯總單因素評價矩陣后，得到總的模糊評價矩陣R：

式中：rij為第i個影響因素在第j個評語上的頻率分布值。

將表4所列的隸屬度指標代入，得到最終的模糊評價矩陣R如式（7）：

3.4 施工風險量化評價結果分析

結合上文計算的模糊評價結果R及上文表3中所列的風險等級劃定結果，計算對應影響因素的風險等級，取表3中量化分值的中值為計算參數。具體計算結果詳見表5。

表5 二次襯砌施工階段施工風險等級評定結果

分析評定結果可知，該隧道襯砌施工過程中，尚不存在5級風險，表明施工風險總體處于可控狀態；其中防水層施工質量及襯砌混凝土強度方面存在較高的施工風險，風險等級為4級，需單獨進行風險專項評估，并采取積極的風險防控措施；剩余因素的風險等級均在3級及以下，在分配安全防控資源時，應根據不同因素的等級高低而有效兼顧。

4 結語

本文以某山嶺隧道施工項目為案例，借助模糊評價理論建立了定性與定量相結合的隧道施工風險評價模型，并對該隧道施工項目中的二次襯砌施工階段進行了風險評估，得出了可靠的風險評定結果。評定結果認為，該隧道二次襯砌施工階段未出現5級風險，項目總體施工風險可控；需對防水層施工質量及襯砌混凝土強度兩個4級風險采取積極主動的風險防控措施；此外，其他3級及以下風險在具體分配風險控制資源時，應遵循按需兼顧的原則。