高速公路泥灰巖高邊坡開挖施工總體風險評估

張潤芝 ZHANG Run-zhi；鐘國強 ZHONG Guo-qiang；王超 WANG Chao；柳尚 LIU Shang

（①山東高速基礎設施建設有限公司，濟南 250000；②山東省交通規劃設計院集團有限公司，濟南 250101；③山東高速濟濰高速公路有限公司，濟南 250200）

0 引言

泥灰巖作為一種特殊的地質類型，其物理力學性質較為復雜，對高邊坡的開挖施工增加了不確定性和難度。高邊坡開挖施工的風險涉及多個方面，包括地質構造、巖體穩定性、氣候條件、工程技術和人員管理等。這些風險如果不得到科學有效的評價和管理，將對工程的安全和進度產生嚴重影響。

楊盛穎[1]針對山區公路項目施工風險及安全管理展開綜合探究，闡述了山區公路地質狀況復雜、環境條件惡劣、公路建設難度較大、安全風險較高基本特征，介紹了山區公路安全風險評估程序及主要特點，分析了山區公路主要施工風險，并提出了科學有效的施工風險防控與安全管理對策；代飛亞[2]通過將模糊集重心理論引入傳統模糊綜合評判法中，提出了基于模糊集重心理論的邊坡施工安全風險評估方法，并將該方法運用于某高速公路邊坡安全風險評估，經對比與邊坡現場情況較為吻合，驗證了方法的適用性和可靠性；沈簡[3]將評估指標分為連續型指標和離散型指標，分別采用敏感性分析及引入食品領域的排序檢驗法作為分析手段，得到重要性排序結果；李顥峰[4]對路塹高邊坡施工安全風險進行識別、評價與控制，提出了具體的控制措施和防護措施，對保障路塹高邊坡施工安全起到了一定的作用；丁剛[5]根據塊體影響對象不同進行分區，采用三維剛體極限平衡法進行穩定性計算并作針對性防治設計，為有效管控環境邊坡風險，提出塊體失穩風險定量評估方法，明確了風險管控的重點對象，并按風險高低安排塊體施工順序，采取了設置施工支洞、臨時加固塊體和安全監測等管控措施，有效保障了工程安全；梅鴻儒[6]針對山區公路邊滑坡地質災害評判和防治措施問題，建立了云南地區邊滑坡地質災害數據庫，統計分析了影響邊滑坡地質災害的因素與失穩比例的關系，確定了云南地區公路邊滑坡地質災害影響因素及其各項影響因子，建立適用于云南區域公路邊滑坡地質災害影響因素體系，利用模糊數學法進行影響因子隸屬度計算，運用層次分析方法進行影響因子權重分配，通過模糊綜合評判獲得風險等級，采用影響因素疊加的方法對邊滑坡施工范圍存在周圍建筑物的情況下的地質災害風險進行疊加評價，從而提出了云南地區公路邊滑坡地質災害風險評價方法。

參照《高速公路路塹高邊坡工程施工安全風險評估指南》（以下簡稱《指南》）[7]，本文以濟濰高速公路K14+191.9～K14+950 右側高邊坡為例，闡述泥灰巖的地質特征，構建泥灰巖高邊坡開挖施工風險評估指標體系，分析開挖施工過程中可能涉及的各類風險因素，利用風險評價理論和方法，對這些風險因素進行了定性和定量分析，從而識別出影響高邊坡開挖施工的主要風險源和風險等級，分析其開挖施工總體風險，以提供有效的風險管理策略和決策支持。

1 工程概況及開挖防護設計

1.1 工程概況

濟南至濰坊高速公路（以下稱“濟濰高速公路”）是山東省“九縱五橫一環七射多連”高速公路網中“射三”線，西接京滬高速濟南至萊蕪段，東接濰日高速。項目全長162公里，設計速度120 公里/小時，雙向六車道，路基寬34.5米。濟濰高速公路K14+191.9～K14+950 右側高邊坡為巖石邊坡，鉆孔揭露深度內的地層主要為灰巖、泥灰巖等中等強風化軟巖。坡面與巖層結構面傾向相反，邊坡相對穩定，但節理裂隙發育，巖體較破碎。巖土層自上而下分別為：12-1-2-2 層強風化灰巖、12-1-3-2 層中風化灰巖、12-1-2-1 層強風化灰巖（四級平臺附近）、12-1-3-1 層中風化灰巖、12-2-3-1 層中風化泥灰巖（四級邊坡附近）、12-1-3-1 層中風化灰巖、12-1-3-2 層中風化灰巖。勘察未見地下水，根據項目所在區域氣候特點推測，該邊坡地下水應為松散巖類孔隙水及巖溶裂隙水，其補給來源主要靠大氣降水的入滲補給，但該區夏季易受暴雨影響，集中大強度的降雨不利于深路塹邊坡的整體穩定。

1.2 開挖防護設計

該邊坡為巖石邊坡，根據類似項目經驗推測為爆破+機械開挖方式，因此有必要充分考慮爆破振動對已開挖部分邊坡穩定性的影響。初步設計為：邊坡分8 級開挖，總高度超過70m，除頂部一級坡高邊坡不足10m 外，其余七級坡高均為10m。邊坡坡率自下而上分別為1∶1.25、1∶1、1∶0.75、1∶1、1∶1、1∶1、1∶1、1∶0.75～1∶1。邊坡平臺除2 級和4 級寬度6m 外，其余各級平臺寬度均為2m。1 至3 級邊坡采用錨桿格子梁+噴混植生防護，4 至5 級邊坡采用錨索格子梁（六束）+噴混植生防護，6 至7 級邊坡采用攀緣植物+主動防護網防護，第8 級邊坡種植攀緣植物。

2 總體風險評估指標體系法

由《指南》中指標體系法可知，根據建設規模、地質條件、誘發因素、施工環境、資料完整性將指標分為五個主要反映路塹高邊坡風險的大類。基于指標分類提出評估指標，并按重要性從高到低排序，采用權重系數對各評估指標重要性分區。按評估指標重要性排序確定權重取值，按照公式（1）計算。

式中，酌——權重系數；

n——評估指標（重要指標）項數；

m——重要性排序，m≤n。

根據上述五類指標體系劃分11 個不同指標（邊坡高度X11、坡形坡率X12、地層巖性X21、坡體結構X22、地下水X23、施工季節X31、自然災害的影響X32、工程措施類型X41、周邊環境X42、地質資料X51、設計文件X52），建立評估指標體系。根據指標體系的重要性不同，路塹高邊坡施工總體風險按照公式（2）、公式（3）計算。

式中，Xij——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。

計算得出F 值后，對照表1 確定路塹高邊坡施工安全總體風險等級。

表1 路塹高邊坡施工安全總體風險分級標準

3 泥灰巖高邊坡開挖施工總體風險評估

3.1 泥灰巖地質特征

泥灰巖中含有一定比例的粘土礦物，在濕潤條件下表現出較強的吸水性和膨脹性。當受到水分影響時，泥灰巖容易產生體積膨脹，從而導致巖體的不穩定和破壞。作為一種相對軟弱的巖石，其抗壓強度和抗剪強度較低，這一力學性質直接影響著高邊坡開挖施工的穩定性和安全性。

此外，泥灰巖中常常含有脆性和軟弱層，表現出較強的塑性和可塑性，容易發生流變和蠕變現象。這也增加了高邊坡開挖施工的難度和風險。

3.2 泥灰巖高邊坡開挖施工風險評估指標體系構建

根據工程地質勘察、現場踏勘及資料查閱，濟濰高速公路K14+191.9～K14+950 右側高邊坡施工風險源包括建設規模、地質條件、誘發因素、施工環境、資料完整性。坡頂開挖線以外一定區域范圍內不存在地表建筑物、地下埋藏物、高壓線塔及水體設施，評估指標n=10。各指標重要性排序依次為：地層巖性、邊坡高度、施工季節、坡形坡率、工程措施、自然災害的影響、坡體結構、地下水、工地質資料、設計文件。根據公式（1）計算各指標權重系數如表2 所示，總體風險評估指標體系如表3 所示。

表2 指標權重系數

表3 路塹高邊坡施工安全總體風險評估指標體系

3.3 泥灰巖高邊坡開挖施工風險評估

根據公式（2）和表3 可得：

根據表1 可知，邊坡施工安全總體風險等級為III（高度風險）。其主要風險源為：地層巖性、邊坡高度、施工季節。

4 結論和建議

4.1 結論

采用指標體系法對濟濰高速公路K14+191.9～K14+950 右側高邊坡開挖施工開展了總體安全評估，風險等級為III（高度風險）。該風險接受準則為不期望，必須采取措施降低風險，嚴格日常安全生產管理，加強現場巡視。同時，根據《指南》要求，應對該邊坡開展專項風險評估。

4.2 建議

針對高速公路路塹高邊坡施工的高度風險等級，必須高度重視風險管理工作，采取有效的措施和策略，以確保施工安全和順利推進工程。同時，科學的風險評估和管理應是整個施工過程中的持續性工作，不斷優化和改進措施，以降低風險等級為目標。對此，針對開挖施工期間及通過運營維護期間，提出以下建議：

4.2.1 開挖施工建議

①詳細風險評估與預測：進一步深入分析導致總體風險等級為三級的具體風險源，確定其影響因素，并進行風險預測。通過科學的風險評估方法，對不同風險因素進行量化評估，以便優先處理高風險因素。

②合理設計施工方案：結合風險評估結果，制定合理的施工方案，包括合理的開挖深度、坡度、邊坡設計和支護措施。避免采取過于陡峭或過于寬闊的開挖設計，以降低邊坡的穩定性風險。

③采用合適的支護措施：在施工前進行地質勘察和分析，對可能出現問題的地段進行預處理和加固。根據邊坡地質條件和風險評估結果，選擇適當的支護措施。支護措施的選擇應考慮其穩定性和經濟性，以保障施工安全并降低風險等級。

④加強監測與預警系統：建立高邊坡施工的實時監測和預警系統，包括地質災害監測、位移監測、水位監測等。及時獲取邊坡變形和滑動等信息，以便采取相應的緊急處理措施，減少事故風險。

⑤嚴格管理施工作業：建立完善的施工管理制度，嚴格執行安全操作規程。加強施工人員的培訓，確保施工人員具備必要的專業知識和技能，提高施工安全意識。加強施工監管，確保施工人員按照規范和安全標準進行施工，避免違章施工和不當操作導致風險增加。

⑥應急預案與溝通合作：制定完善的應急預案，針對不同風險情景進行演練。在突發事故發生時，能夠快速反應并采取適當措施，減少事故影響。高速公路路塹高邊坡施工涉及多個部門和專業領域，應加強與相關部門的溝通合作，形成合力，共同降低施工風險。

4.2.2 運營維護建議

①警示標志：在高邊坡附近設置醒目的警示標志，提醒過往車輛和行人注意高邊坡施工區域，防止人員闖入施工區域。

②防護網或擋墻：對于較陡峭或高風險的高邊坡，安裝防護網或擋墻，以防止巖石或土石塊墜落，保護路面和過往車輛行人的安全。

③排水系統：建立有效的排水系統，確保高邊坡表面不積水，降低地下水位，防止水文因素導致邊坡失穩。

④綠化與植被：合理進行綠化和植被覆蓋，加固邊坡，減緩雨水沖刷，增強邊坡的穩定性。

⑤定期檢查與維護：在施工完成后，定期對高邊坡進行檢查和維護，及時處理可能出現的問題，保持邊坡的穩定性。