夏萬武

(貴州路橋集團公司)

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層次分析法的大跨淺埋公路隧道施工風險識別

夏萬武

(貴州路橋集團公司)

茅山隧道工程的施工建設作為主要研究對象，簡單的闡述了層次分析法的基本概念，及其在茅山隧道施工風險識別當中的應用，通過進一步的分析得知，層次分析法具有極高的準確性，能夠準確的識別施工過程中存在的各類風險，具有較高的利用價值和應用效果。

層次分析法；大跨淺埋；公路隧道；風險識別

1 層次分析法

1.1 概念

隧道施工過程中，較為常見的風險識別法有很多種類型，比如專家調查識別法、事故樹識別法等，這些風險識別方法都能在定性和定量的角度對潛在的風險進行識別和分析，并通過長時間的實踐，取得了很好的成效。但在公路隧道工程日新月異的情況下，這些較為傳統(tǒng)的識別方法已經顯得有些吃力，已經無法滿足發(fā)展的需求，通常表現(xiàn)出誤差較大等缺點。所以如何采用現(xiàn)階段主流、有效的風險識別方法，達到高水平的風險識別成為隧道施工相關人員關注的焦點。層次分析法的介入，為大跨淺埋隧道施工的風險識別指明了方向。

層次分析法誕生于上世紀70年代，該分析法將定性和定量兩種分析方法進行了有機的整合，并根據分析的結果還能對目標進行決策，是一種綜合性極強的分析方法。層次分析法的基本思路為，將較為復雜多變的識別等問題按照一定的原則和規(guī)律進行分解，并遵循支配原則對分解完成的問題實施排序，組成一個遞階結構，然后在其中的某一個層次之中對所有類型的組成因素進行對比和針對性的計算，獲得不用種方案下的施工風險水平，為識別方案的確立與整改提供準確、有利的資料和意見。層次分析法不僅可以對隧道施工的塌方以及外界環(huán)境影響等單一的項目進行識別，還能對工程的整體風險水平實施權威的評價。所以，層次分析法的效果主要取決于決策人員的判別，基本原理十分簡單。因此，層次分析法在多種預測領域和評價機制中具有廣闊的發(fā)展前景。

1.2 流程

(1)掌握各個系統(tǒng)所含影響因素之間存在的聯(lián)系和作用，將較為復雜的風險等實際問題進行分解。

(2)將潛在的風險因素根據其基本性質以及隸屬關系進行排列，假定模型共設置三層，其中最上端的就是目標層，處在中端的是影響因素，而處在最低端的則是直接因素。

(3)對相同各個層次之間的因素，對于上一個層次當中某種因素所含有的重要性實施對比，根據對比的情況，建立一個對應的計算判斷矩陣。

(4)根據創(chuàng)建的矩陣，對層次中各個元素對于要求準則的權重進行計算。

將最大特征值定義為λmax，而對應的向量則定義為W，二者存在的關系表達式為：

AW=λmaxW

(1)

式中：W(特征向量)的所有分量即為對應因素的權重。最大特征值的計算方法為

(2)

式中：wi代表相對權重，計算公式為

(3)

(4)

(5)對計算所得的初始對比值實施檢驗，確定其一致性是否符合標準。

(6)計算各個層次當中所有元素對目標的權重，并按要求進行排列順序。

(7)對排序的結果進行檢驗，確定其一致性是否符合標準。

2 工程概況

茅山隧道坐落在江蘇鎮(zhèn)江的句容縣南丘陵山當中，當地氣候條件多雨潮濕。茅山斷裂橫向穿過其間，主體隧道主要由兩部分構成，即東、西隧道，施工設計方案運用雙洞分離的模式，車道數量為6個，在施工過程中，總共越穿過60%的四級圍巖，隧道的巖體十分破碎，穩(wěn)定性較差。東隧道的上行以及下行的總長分別是245 m、268 m，而西隧道比東隧道略長，上行以及下行的總長分別是452 m、582 m。茅山隧道的上行與下行最小間隔距離是34.35 m。隧道中襯砌斷面主要運用三心圓仰拱與圓弧連接的方法，具體高度是10.48 m。

3 運用層次分析法對茅山隧道的施工風險進行識別

3.1 建立遞階結構

根據該隧道的特征和施工要求，充分借鑒過去的風險識別資料，全面利用地質勘察和專家調查的手段，對茅山隧道在實際施工中的潛在風險進行識別和定位。通過一系列的分析工作，共找到6處程度較為嚴重的潛在風險，將這些風險按照一定的規(guī)則進行分類和排序，從而得到了多級遞階結構，如圖1所示。

圖1 茅山隧道潛在風險多級遞階結構示意圖

3.2 構建矩陣并進行計算

(1)構建矩陣。

對圖1中的潛在風險實行比較，在參考專家提出的建議之后，運用對應的標度手段，得出各個風險實際重要性的比較值，建立一個多層次的判斷矩陣，如表2所示。

表2 多層次判斷矩陣

(2)計算權重。

根據上述公式(3)、(4)，可以計算得出各個風險所對應的權重數值，具體情況如表3所示。

表3 風險所對應的權重

(3)檢驗。

將該隧道施工潛在風險的層次判斷矩陣定義為A，則具體的表現(xiàn)形式為

(5)

通過進一步的計算，可以得隨機一致性的具體比率：CR=0.02。由于該數值小于標準值0.1。所以此矩陣符合一致性的基本要求。

運用同樣的方法，建立其余風險因素的判斷矩陣，并按照上述的流程和要求計算相對權重，最后對其一致性進行驗證。在此前提下，根據綜合權重計算的方法及要求，對隧道施工中潛在的基本風險進行計算，得出U1i、U2i相對于整個工程施工中潛在風險U的計算權重，也就是相對權重，被定義為wi。根據wi的實際大小和特點，對U1i和U2i進行風險程度的排序，建立一個與茅山隧道施工相對應的風險系統(tǒng)。

不難看出，安全風險的總權重值較大，達到了0.833，所以安全風險是茅山隧道在施工階段中潛在的主要風險，其中圍巖失穩(wěn)(U11)的情況較為嚴重，在實際施工中較為容易出現(xiàn)，所以，在施工過程中，應對施工方案、要求、目標以及圍巖的實際穩(wěn)定性進行綜合的考慮和分析，制定科學有效的控制策略，將圍巖失衡這一風險牢牢控制在可以應對的范圍之內，從而確保施工安全。

4 總 結

大跨淺埋隧道的施工建設十分復雜，且存在很大的施工風險，涉及到施工安全方面的因素較多。以往的風險識別方法受限于工作人員主觀因素，所以實際與理論存在較大的誤差，無法為施工方案的制定與整改提供有利的資源和數據。所以在該施工階段，應運用層次分析法對潛在的風險進行識別，通過對茅山隧道施工的風險識別發(fā)現(xiàn)，該分析法可以準確的定位主要風險類型，為施工方案的進一步優(yōu)化和整改提供了有利的支持。

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[2] 何發(fā)亮, 李蒼松, 陳成宗. 隧道地質超前預報[M].成都:西南交通大學出版社, 2011:17-19.

[3] 朱漢華, 孫紅月, 楊建輝. 公路隧道圍巖穩(wěn)定與支護技術[M]. 北京: 科學出版社, 2012:22-25.

2015-03-04

夏萬武(1988-)，男，貴州畢節(jié)人，工程師，研究方向：高速公路施工。

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1008-3383(2015)12-0105-02