陸 丹

（蘇交科集團(tuán)股份有限公司，南京 210019）

為滿(mǎn)足我國(guó)道路交通和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展的需要，截至2019 年，我國(guó)高速公路運(yùn)營(yíng)里程突破14萬(wàn)km。 隨著精準(zhǔn)扶貧、鄉(xiāng)村建設(shè)等國(guó)家戰(zhàn)略惠民政策的實(shí)施，我國(guó)公路工程還將繼續(xù)往山區(qū)發(fā)展建設(shè)。 到“十三五”結(jié)束，福建省已建成且運(yùn)營(yíng)的高速公路里程將超6000 km，且“十四五”期間還將持續(xù)增加；對(duì)高邊坡而言，其高速公路運(yùn)營(yíng)路塹高邊坡數(shù)量也已將近6000 處。

道路高邊坡工程具有數(shù)量多， 地質(zhì)條件變化大、地層差異大，地質(zhì)條件復(fù)雜等特點(diǎn)，高速公路高邊坡工程的施工安全問(wèn)題也越來(lái)越突出，工程建設(shè)階段的安全管控和預(yù)防也越來(lái)越得到廣大工程建設(shè)者的高度重視，評(píng)估和防控高邊坡工程施工階段的安全風(fēng)險(xiǎn)和隱患則顯得越來(lái)越重要和必要[1-2]。

1 安全分析評(píng)價(jià)方法

20 世紀(jì)80 年代開(kāi)始至2005 年逐步建立和完善了滑坡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究和管理體系[3]，其研究主要集中于滑坡等地質(zhì)災(zāi)害的穩(wěn)定性和可靠性等方面[4]。近年來(lái)，對(duì)于高邊坡工程的施工安全風(fēng)險(xiǎn)管控，隨著我國(guó)基建項(xiàng)目不斷增加，邊坡施工全過(guò)程的安全風(fēng)險(xiǎn)防控研究也隨之不斷開(kāi)展[1-2]。

吳忠廣[3]、黃聰?shù)萚5]提出，高邊坡施工安全總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估在分析施工安全因素的傳遞路徑的基礎(chǔ)上，開(kāi)展施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)源辨識(shí)，并建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的指標(biāo)與體系，通過(guò)蒙特卡洛隨機(jī)抽樣，運(yùn)用概率分布檢驗(yàn)的方法對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行分析和排序， 以此建立了施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的評(píng)估計(jì)算方法。

俞素平等[6]分析認(rèn)為高邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估需要通過(guò)層次分析法與模糊綜合評(píng)價(jià)法等評(píng)估方法相結(jié)合，并確定各評(píng)估指標(biāo)的分值和權(quán)重，計(jì)算過(guò)程較為復(fù)雜。 對(duì)此，提出采用突變級(jí)數(shù)評(píng)價(jià)法，依據(jù)相應(yīng)勢(shì)函數(shù)和適用的歸一化方法，逐層次計(jì)算從而實(shí)現(xiàn)指標(biāo)的評(píng)價(jià)。

為了保障高速公路高邊坡的建設(shè)安全，交通運(yùn)輸部根據(jù)其施工安全的影響因素，于2015 年制定了《高速公路路塹高邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“《指南》”），《指南》推薦采用專(zhuān)家調(diào)查評(píng)估法和指標(biāo)體系法進(jìn)行安全隱患的評(píng)估工作[1-2]。

葉咸等[7]通過(guò)對(duì)《指南》的應(yīng)用分析，發(fā)現(xiàn)目前采用的指標(biāo)體系法在對(duì)評(píng)估指標(biāo)（《指南》推薦的11項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)）的評(píng)估分值和權(quán)重排序上，人為性較強(qiáng)，過(guò)重依賴(lài)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致工程進(jìn)度緩慢、可信度不高等情況；提出采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法，編制計(jì)算程序進(jìn)行評(píng)估計(jì)算，實(shí)現(xiàn)評(píng)估指標(biāo)的評(píng)估計(jì)算。

羅競(jìng)等[8]對(duì)采用專(zhuān)家調(diào)查法評(píng)估過(guò)程中，專(zhuān)家信心指數(shù)評(píng)判較為模糊等情況，提出了對(duì)信心指數(shù)進(jìn)行分級(jí)取值的思想；對(duì)指標(biāo)法提出了增加不良地質(zhì)條件、勘察設(shè)計(jì)適用性、施工方案等因素的評(píng)價(jià)方式，優(yōu)化了具體評(píng)估過(guò)程，提高了評(píng)估結(jié)果的可信度和可靠度。

分析上述關(guān)于高邊坡工程的施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究，其主要研究集中于風(fēng)險(xiǎn)源辨識(shí)、評(píng)估指標(biāo)及評(píng)價(jià)方法的研究；2015 年交通運(yùn)輸部發(fā)布 《指南》以后，主要開(kāi)展了優(yōu)化評(píng)估方式、評(píng)估指標(biāo)等的研究。

進(jìn)行施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，首先應(yīng)分析和評(píng)判工程施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)源和存在的潛在隱患，實(shí)現(xiàn)定性分析；其后通過(guò)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源的分析，制定針對(duì)性的評(píng)估指標(biāo)并進(jìn)行了數(shù)值化取值，以便于評(píng)估的量化計(jì)算分析；最后分析工程的實(shí)際安全隱患，根據(jù)評(píng)估計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，制定安全等級(jí)的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)安全等級(jí)的定性判定。 該評(píng)估過(guò)程和評(píng)估指標(biāo)應(yīng)符合高邊坡安全施工影響因素要求，便于工程人員使用與理解； 評(píng)估指標(biāo)的評(píng)分應(yīng)細(xì)化分級(jí)， 依據(jù)邊坡理論和工程經(jīng)驗(yàn)歸類(lèi)各影響因素，從而實(shí)現(xiàn)安全影響因素差異帶來(lái)分值差異，也便于工程生產(chǎn)應(yīng)用；評(píng)估計(jì)算方式應(yīng)物理意義明確，且計(jì)算簡(jiǎn)單，通俗易懂。 交通運(yùn)輸部制定的《指南》[1-2]，推薦采用的專(zhuān)家調(diào)查評(píng)估法和指標(biāo)體系法均能較好地達(dá)到了上述要求。 通過(guò)全國(guó)的推廣試用，其評(píng)估思路和評(píng)價(jià)結(jié)果較好地幫助廣大工程技術(shù)人員更具體地處理風(fēng)險(xiǎn)并提高工程施工的安全性。

2 權(quán)重排序優(yōu)化分析

2.1 指標(biāo)體系法

高邊坡施工安全總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估通常使用指標(biāo)體系法；其評(píng)估方法不考慮人為管理因素，主要根據(jù)邊坡施工過(guò)程中存在的5 類(lèi)安全影響因素歸納為：建設(shè)規(guī)模、地質(zhì)條件、誘發(fā)因素、施工環(huán)境、資料完整性等。

同時(shí)，為了更好地對(duì)這5 大安全影響因素進(jìn)行分別評(píng)估，按高邊坡工程特點(diǎn)，將具體的評(píng)分指標(biāo)細(xì)化，其中建設(shè)規(guī)模細(xì)分為邊坡高度、坡形坡率，地質(zhì)條件細(xì)分為地層巖性、坡體結(jié)構(gòu)、地下水，誘發(fā)因素細(xì)分為施工季節(jié)、自然災(zāi)害的影響，施工環(huán)境細(xì)分為工程措施類(lèi)型、周邊環(huán)境，資料完整性細(xì)分為地質(zhì)資料、設(shè)計(jì)文件等[1]（表1）。 在具體的邊坡工點(diǎn)評(píng)估過(guò)程中，依據(jù)邊坡工程各評(píng)價(jià)指標(biāo)的量化分類(lèi)進(jìn)行專(zhuān)家評(píng)分。

表1 指標(biāo)體系法評(píng)估指標(biāo)

評(píng)估指標(biāo)分值確定后，需結(jié)合邊坡工點(diǎn)的具體情況，分析各影響因素（即11 項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，但不一定全部參與評(píng)估）在具體工點(diǎn)中對(duì)施工安全隱患影響的大小程度，做出重要性排序，同時(shí)也確定了各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，最終進(jìn)行評(píng)估量化和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)判。 《指南》推薦“按評(píng)估指標(biāo)重要性排序確定權(quán)重取值”的方法[1]，計(jì)算公式如式（1）所示。

式中：γ 為權(quán)重系數(shù)，n 為評(píng)估指標(biāo)（重要指標(biāo)）項(xiàng)數(shù)，m 為重要性排序號(hào)。

根據(jù)各自高邊坡的具體工況，對(duì)評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行具體的評(píng)分和權(quán)重系數(shù)的確定，并計(jì)算總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的具體分值，計(jì)算公式如式（2）～（3）所示。 最終評(píng)估量化計(jì)算的結(jié)果，參照表2[1]判定其總體風(fēng)險(xiǎn)的安全等級(jí)。

式中：Rij為評(píng)估指標(biāo)取值，F(xiàn) 為邊坡總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分值。

表2 指標(biāo)體系法評(píng)估分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

綜合其安全評(píng)估方法， 評(píng)估指標(biāo)意義明確，分級(jí)取值評(píng)價(jià)準(zhǔn)確；采用層次分析法確定權(quán)重比例及專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)法確定權(quán)重排序等合適，其主要評(píng)估思路符合工程實(shí)際，具有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。 同時(shí)，針對(duì)具體使用階段，適合各區(qū)域的分值細(xì)化取值、權(quán)重量化確定等有待更進(jìn)一步分析。

2.2 權(quán)重排序優(yōu)化

通過(guò)對(duì)福建省高速公路高邊坡工程的施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，可知指標(biāo)體系法具有一定的優(yōu)勢(shì)性，即定量化程度與評(píng)估可信度高，并在工程中被廣泛應(yīng)用。 本文針對(duì)指標(biāo)體系法在工程應(yīng)用中存在的一些實(shí)施困難進(jìn)行優(yōu)化分析。

前文闡述的指標(biāo)體系法評(píng)估，主要依據(jù)對(duì)評(píng)估指標(biāo)的評(píng)分及其權(quán)重排序，通過(guò)計(jì)算結(jié)構(gòu)的分級(jí)判定確定邊坡的施工安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。 對(duì)于評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重排序，主要采用專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)法，其對(duì)邊坡施工安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的評(píng)價(jià)結(jié)果影響明顯， 起到主導(dǎo)作用。同時(shí)通過(guò)工程應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重排序受評(píng)估人員、專(zhuān)家等工程經(jīng)驗(yàn)、理論貯備及認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)等影響，可謂“仁者見(jiàn)仁、智者見(jiàn)智”；對(duì)于權(quán)重排序過(guò)程，存在隨意性、專(zhuān)業(yè)性較強(qiáng)，判定依據(jù)不明確等情況，對(duì)評(píng)估結(jié)果的確定存在一定的誤差。

針對(duì)權(quán)重排序過(guò)程對(duì)專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)的依賴(lài)性，參考《指南》推薦的LEC 法，對(duì)評(píng)估指標(biāo)在事故發(fā)生的影響大小方面進(jìn)行測(cè)算，即

式中：D——發(fā)生事故的權(quán)重；

L——安全事故發(fā)生的可能性， 主要為安全影響因子（事故類(lèi)型）的多少；

E——安全事故發(fā)生的概率， 主要為安全影響因子暴露的頻率；

C——安全事故發(fā)生的危害程度；

“×”表示影響因素的組合。

根據(jù)施工工序分解及各施工環(huán)節(jié)可能發(fā)生的安全事故類(lèi)型， 分析對(duì)邊坡施工安全影響的11 項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)，其過(guò)程詳見(jiàn)表3，可實(shí)現(xiàn)對(duì)權(quán)重大小的定量化分析和評(píng)估指標(biāo)的排序，可以有效地減小專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)等人為因素的影響。

表3 評(píng)估指標(biāo)權(quán)重分析（案例計(jì)算數(shù)據(jù)）

采用LEC 法對(duì)評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重大小的量化排序，其中安全事故發(fā)生的可能性大小，主要指安全影響因子（事故類(lèi)型）的多少，其發(fā)生安全事故的類(lèi)型的可能性；安全事故發(fā)生的概率，主要指單一安全影響因子暴露的頻率， 發(fā)生安全事故的概率；安全事故發(fā)生的危害程度，主要指發(fā)生安全事故造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)等損失。 本文研究?jī)H對(duì)權(quán)重大小進(jìn)行量化計(jì)算，判定其排序。 權(quán)重影響因素量化取值采用10 分制（不影響計(jì)算結(jié)果），其判定標(biāo)準(zhǔn)如表4～6[1]所示。

表4 事故發(fā)生的可能性取值(L)

表5 事故發(fā)生的頻率取值（E）

表6 事故發(fā)生的危害程度取值（C）

3 工程應(yīng)用分析

以福建省漳武高速公路南靖段K16+500～K16+680 段右側(cè)邊坡為例， 對(duì)其進(jìn)行施工過(guò)程的總體安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行評(píng)估， 為便于理解和量化判斷，采用《指南》推薦的指標(biāo)體系法開(kāi)展具體的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作。 結(jié)合邊坡工程的具體工況， 評(píng)估指標(biāo)取11項(xiàng)，指標(biāo)按《指南》進(jìn)行分級(jí)評(píng)分，權(quán)重排序采用本文優(yōu)化的LEC 法則進(jìn)行排序分析。

評(píng)估的高邊坡設(shè)計(jì)最大高度約64.2 m，設(shè)計(jì)高為8 級(jí)，長(zhǎng)約180 m（圖1～2 所示）。 通過(guò)該邊坡施工設(shè)計(jì)階段的工程地質(zhì)勘察揭示，該邊坡地層巖體以粉砂巖、碳質(zhì)粉砂巖及石英砂巖為主；巖層分布主要為：邊坡表層巖體為坡積粉質(zhì)粘土，土狀，分布較薄；下為砂土狀強(qiáng)風(fēng)化石英砂巖，巖體極破碎，巖芯呈土狀，主要分布于邊坡的中上部。 邊坡下覆基巖為碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化炭質(zhì)粉砂巖， 其巖體極為破碎，裂隙發(fā)育；下部的碎塊狀強(qiáng)風(fēng)化石英砂巖，其巖體極破碎，巖芯呈碎塊狀，巖層產(chǎn)狀主要分布為170°∠21°。 基巖主要分布于邊坡的中下部，占邊坡的主體巖層，如圖3 所示。 總體上，根據(jù)邊坡地質(zhì)風(fēng)化程度分類(lèi)，該邊坡為二元結(jié)構(gòu)邊坡。 該邊坡大里程方向朝古嶺2 號(hào)大橋。

圖1 邊坡全貌

為保障該邊坡的穩(wěn)定，該邊坡的主要坡率和加固防護(hù)措施設(shè)計(jì)見(jiàn)表7。 其中邊坡第3 級(jí)平臺(tái)設(shè)置一排全埋式預(yù)應(yīng)力錨索抗滑樁支擋，抗滑樁截面為（2×2.5）m，樁深29 m，詳見(jiàn)圖2～3。

表7 邊坡設(shè)計(jì)防護(hù)加固措施

圖2 邊坡防護(hù)立面圖

根據(jù)邊坡的具體工況，采用本文提出的優(yōu)化后的LEC 計(jì)算方法對(duì)評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重排序進(jìn)行量化計(jì)算。 計(jì)算過(guò)程依據(jù)邊坡工況的風(fēng)險(xiǎn)源和潛在事故的類(lèi)型分析，其事故可能性L、事故概率E 和事故危害C 的評(píng)分取值采用LEC 進(jìn)行量化計(jì)算后，計(jì)算結(jié)果與權(quán)重排序（分值由高至低排序）如表8 所示。

圖3 邊坡主斷面加固防護(hù)設(shè)計(jì)圖

表8 各個(gè)評(píng)估指標(biāo)計(jì)算結(jié)果及排序

最后，采用指標(biāo)體系法，依據(jù)《指南》對(duì)評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)取值（表8）[1]，并結(jié)合權(quán)重排序，最終計(jì)算得到該邊坡的總體安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分值，其分值為53.3，為Ⅲ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，高度風(fēng)險(xiǎn)。

通過(guò)邊坡工點(diǎn)的示范性應(yīng)用研究，對(duì)評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重影響因素進(jìn)行細(xì)化、量化，并采用LEC 法則進(jìn)行計(jì)算，可有效實(shí)現(xiàn)權(quán)重排序的量化計(jì)算；雖然本計(jì)算法則同樣采用專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)法， 但在計(jì)算過(guò)程中，將影響因素進(jìn)行細(xì)化和分類(lèi)，并給出分級(jí)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，較好地規(guī)避了權(quán)重排序的專(zhuān)家差異的影響。

采用此優(yōu)化后的權(quán)重定量化的排序法則，將施工安全總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估應(yīng)用于漳武線永定至南靖高速公路南靖段的64 處路塹高邊坡， 其評(píng)估過(guò)程工作便捷，評(píng)估結(jié)果可信度高，安全等級(jí)分級(jí)的可靠度高，該評(píng)價(jià)優(yōu)化后的評(píng)估方法便于工程技術(shù)人員理解與應(yīng)用。

本段高速公路評(píng)估后，其路塹高邊坡的總體施工安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)結(jié)果為：等級(jí)Ⅱ（中度風(fēng)險(xiǎn)）有35處高邊坡，占比55%；等級(jí)Ⅲ（高度風(fēng)險(xiǎn)）路塹高邊坡有29 處高邊坡，占比45%；其它等級(jí)為0。

4 總結(jié)

（1）通過(guò)對(duì)《指南》的應(yīng)用與分析，得出其對(duì)高邊坡施工安全的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方式主體為“定性分析、定量計(jì)算、定性評(píng)判”，其評(píng)估指標(biāo)和評(píng)判依據(jù)符合高邊坡安全施工影響因素要求，該評(píng)估思路清晰、方法簡(jiǎn)單，較好地滿(mǎn)足了工程技術(shù)人員使用和理解；

（2）采用指標(biāo)體系法進(jìn)行評(píng)估工作，細(xì)化了安全影響因素的分級(jí)評(píng)分，優(yōu)化了層次分析法對(duì)權(quán)重的計(jì)算，該評(píng)估計(jì)算方式物理意義明確，計(jì)算簡(jiǎn)單，通俗易懂， 對(duì)評(píng)估工作起到了較好的推動(dòng)作用；幫助廣大工程技術(shù)人員更具體地理解風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判和對(duì)安全風(fēng)險(xiǎn)的防控。

（3）針對(duì)采用指標(biāo)體系法中評(píng)估指標(biāo)的權(quán)重排序過(guò)分依賴(lài)于專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)，且受專(zhuān)家因素影響，差異性較大的情況， 提出細(xì)化評(píng)估指標(biāo)權(quán)重的影響因素，采用LEC 法進(jìn)行量化計(jì)算，并進(jìn)行指標(biāo)的權(quán)重排序，其思路較好地規(guī)避了專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)的影響，可信度較高。

（4）通過(guò)對(duì)高速公路高邊坡工程施工安全總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作的應(yīng)用，可知優(yōu)化后的權(quán)重排序能較好地滿(mǎn)足工作應(yīng)用，且滿(mǎn)足專(zhuān)項(xiàng)評(píng)估等類(lèi)型的權(quán)重排序要求，具有較好的適用性。 對(duì)于邊坡施工安全評(píng)估工作，具有較高的工程應(yīng)用價(jià)值。