尹永川

(天水建筑設(shè)計院，甘肅 天水 741000)

巖土工程勘察、設(shè)計以及施工等環(huán)節(jié)對安全要求很高，其中巖土工程勘察屬于基本環(huán)節(jié)，是后期實施巖土工程設(shè)計與施工的關(guān)鍵，可直接影響到整個工程項目的建設(shè)工期、安全性以及質(zhì)量等[1]。因巖土工程勘察應(yīng)用繁多，且不同工程地質(zhì)條件也有所不同，所以各類巖土工程項目施工前勘察作業(yè)的安全風(fēng)險也存在差異。為保障巖土工程勘察作業(yè)的安全性，尤其對野外等特殊環(huán)境下的巖土工程勘察作業(yè)而言，需在實際勘察作業(yè)前，實施科學(xué)可靠的安全風(fēng)險預(yù)測[2-4]。科學(xué)可靠的安全風(fēng)險預(yù)測有助于相關(guān)人員對巖土勘察作業(yè)中可能發(fā)生的風(fēng)險具備一定的提前防范措施，有效規(guī)避風(fēng)險的發(fā)生，為保障作業(yè)人員的安全、提升整體工程項目的安全性奠定基礎(chǔ)[5]。層次分析法屬于當(dāng)前較為常見的一類風(fēng)險預(yù)測方法，該方法可結(jié)合定量與定性分析實施層級分化，通過目標(biāo)層、準(zhǔn)則層及指標(biāo)層的層級結(jié)構(gòu)分解決策問題的相關(guān)元素，并運用各層元素相互制約影響的關(guān)系，獲得各元素針對上層級的權(quán)重值[6-7]。該方法的關(guān)鍵優(yōu)點在于其使用過程簡單、綜合性較強、應(yīng)用范圍較廣且具有較高的系統(tǒng)性等，可通過僅有的定量信息達(dá)到相關(guān)風(fēng)險數(shù)學(xué)化的目的，可為有效規(guī)避風(fēng)險提供科學(xué)依據(jù)[8]。

本文運用層次分析法，以所構(gòu)建的巖土工程勘察安全風(fēng)險預(yù)測指標(biāo)體系為依據(jù)，建立巖土工程勘察安全風(fēng)險層次結(jié)構(gòu)模型，實現(xiàn)對巖土工程勘察安全風(fēng)險的預(yù)測，為實際勘察作業(yè)中有效規(guī)避此類關(guān)鍵風(fēng)險提供科學(xué)合理的依據(jù)，有效降低整體風(fēng)險程度，保障勘察作業(yè)人員的人身財產(chǎn)安全。

1 巖土工程勘察安全風(fēng)險預(yù)測

1.1 安全風(fēng)險因素分析

以巖土工程勘察過程中將會遭遇到的各類安全風(fēng)險為依據(jù)，將巖土工程勘察安全風(fēng)險劃分為基礎(chǔ)安全風(fēng)險與專業(yè)安全風(fēng)險2種。

(1)基礎(chǔ)安全風(fēng)險因素分析。在巖土工程勘察過程中或許會遭遇到的存在相同特點的安全風(fēng)險即為基礎(chǔ)安全風(fēng)險，此種安全風(fēng)險可在巖土工程勘察過程中的任何環(huán)節(jié)內(nèi)存在，不被具體勘察的領(lǐng)域及任務(wù)限制[9]。巖土工程勘察過程中的基礎(chǔ)安全風(fēng)險種類見表1。

表1 巖土工程勘察基礎(chǔ)安全風(fēng)險種類Tab.1 Types of basic safety risks of geotechnical engineering investigation

(2)專業(yè)安全風(fēng)險因素分析。在巖土工程勘察過程中，遇到的具有特殊特征的安全風(fēng)險即為：專業(yè)安全風(fēng)險，此種安全風(fēng)險僅存在于巖土工程專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，同勘察內(nèi)容具有緊密的關(guān)聯(lián)性[10-11]。巖土工程勘察過程中的專業(yè)安全風(fēng)險種類及存在環(huán)節(jié)，詳見表2。

表2 巖土工程勘察專業(yè)安全風(fēng)險種類及存在環(huán)節(jié)Tab.2 Types and existing links of safety risks in geotechnical engineering investigation

1.2 基于風(fēng)險因素指標(biāo)的預(yù)測指標(biāo)體系設(shè)計

結(jié)合表1與表2所分析的巖土工程勘察基礎(chǔ)安全風(fēng)險與專業(yè)安全風(fēng)險，通過相關(guān)專家投票的方式，由2種安全風(fēng)險內(nèi)選取出對巖土工程勘察安全風(fēng)險影響較大的安全風(fēng)險因素，實施編碼，實現(xiàn)巖土工程勘察安全風(fēng)險預(yù)測指標(biāo)體系的構(gòu)建，詳見表3。

表3 巖土工程勘察安全風(fēng)險預(yù)測指標(biāo)體系Tab.3 Safety risk prediction index system of geotechnical engineering investigation

1.3 巖土工程勘察安全風(fēng)險預(yù)測

層次分析法的巖土工程勘察安全風(fēng)險預(yù)測過程包括：建立巖土工程勘察安全風(fēng)險層次結(jié)構(gòu)模型、專家賦值創(chuàng)建判斷矩陣、逐層一致性檢驗、綜合指標(biāo)權(quán)重運算以及整體排序等，如圖1所示。

圖1 巖土工程勘察安全風(fēng)險預(yù)測過程Fig.1 Safety risk prediction process of geotechnical engineering investigation

(1) 創(chuàng)建層次結(jié)構(gòu)模型。依據(jù)所構(gòu)建的巖土工程勘察安全風(fēng)險預(yù)測指標(biāo)體系與分解法的基礎(chǔ)理念，結(jié)合層次分析法創(chuàng)建包含目標(biāo)層、準(zhǔn)則層及指標(biāo)層(方案層)的巖土工程勘察安全風(fēng)險層次結(jié)構(gòu)模型，實現(xiàn)對巖土工程勘察安全風(fēng)險的系統(tǒng)分解。其中目標(biāo)層即為預(yù)測的最終目標(biāo)；準(zhǔn)則層通常包含數(shù)個準(zhǔn)則，屬于預(yù)測所遵循的規(guī)范準(zhǔn)則；指標(biāo)層以上2層為約束，包含數(shù)個詳細(xì)預(yù)測指標(biāo)[12]。巖土工程勘察安全風(fēng)險層次結(jié)構(gòu)模型如圖2所示。層次結(jié)構(gòu)模型中的目標(biāo)層為巖土工程勘察整體安全風(fēng)險，準(zhǔn)則層由環(huán)境、材料、設(shè)備以及技術(shù)4種風(fēng)險元素構(gòu)成；指標(biāo)層為對應(yīng)準(zhǔn)則層各風(fēng)險元素的各個風(fēng)險指標(biāo)。

圖2 巖土工程勘察安全風(fēng)險層次結(jié)構(gòu)模型Fig.2 Hierarchical structure model of geotechnical engineering investigation safety risk

(2)建立判斷矩陣。以上層的某個元素為約束，兩兩對比相同層次內(nèi)不同元素間的相對關(guān)鍵程度，此即為判斷矩陣的任務(wù)[13]。在運用層次分析法測量預(yù)測指標(biāo)的相對關(guān)鍵程度時，可通過將“1—9”標(biāo)度法融入，并結(jié)合專家賦值的方式實現(xiàn)判斷矩陣的建立[14]?！?—9”標(biāo)度法的定義見表4。為檢驗判斷矩陣的科學(xué)性，需對判斷矩陣實施一致性檢驗，通過一致性檢驗判別專家賦值的一致性。其中對判斷矩陣實施一致性檢驗時，可采用對判斷矩陣最大特征根和其對應(yīng)的特征向量實施運算實現(xiàn)[15]。以逐層一致性檢驗的方式實施檢驗，若未通過檢驗則返回至專家賦值，重新建立此層判斷矩陣；若通過檢驗，則此層判斷矩陣建立完成。直至各層判斷矩陣均完成建立之后，對每一層元素對目標(biāo)的合成權(quán)重實施運算，獲取到綜合指標(biāo)權(quán)重實現(xiàn)綜合判斷后，完成整體排序，將最終整體目標(biāo)內(nèi)巖土工程勘察安全風(fēng)險層次結(jié)構(gòu)模型指標(biāo)層中不同元素的關(guān)鍵程度確準(zhǔn)，尋找到對巖土工程勘察安全風(fēng)險影響較高的元素，實現(xiàn)對巖土工程勘察安全風(fēng)險的預(yù)測。

表4 “1—9”標(biāo)度法定義Tab.4 Definition of "1-9" scaling method

2 實際應(yīng)用結(jié)果分析

以某地公路邊坡滑塌巖土工程為例，運用本文方法預(yù)測此巖土工程勘察的安全風(fēng)險，預(yù)測出對其整體勘察安全風(fēng)險影響最高的風(fēng)險元素，并與此工程勘察作業(yè)的實際狀況相比較，檢驗本文方法的預(yù)測效果。實驗巖土工程的邊坡高度與坡率分別為27.52 m和1.0∶0.8，表面設(shè)有網(wǎng)狀防護(hù)，因突發(fā)暴雨天氣導(dǎo)致此邊坡出現(xiàn)滑塌現(xiàn)象，造成部分道路堵塞無法通行。實驗巖土工程邊坡滑塌現(xiàn)場情況如圖3所示。

圖3 實驗巖土工程邊坡滑塌現(xiàn)場情況Fig.3 Site condition of slope collapse in experimental geotechnical engineering

通過本文方法對實驗巖土工程勘察安全風(fēng)險實施預(yù)測，得出各層次指標(biāo)元素針對上層指標(biāo)元素的相對權(quán)重，所得結(jié)果詳見表5。

表5 各層次指標(biāo)元素的相對權(quán)重Tab.5 Relative weight of each level index element

依據(jù)表5中的相對權(quán)重獲得各指標(biāo)對實驗巖土工程整體勘察安全風(fēng)險的合成權(quán)重值，同時以合成權(quán)重值為依據(jù)實施整體指標(biāo)排序，運用所得結(jié)果分析各指標(biāo)元素對實驗巖土工程整體勘察安全風(fēng)險的影響程度。各指標(biāo)合成權(quán)重值及排序情況見表6。結(jié)合表5與表6可以得出，對于實驗巖土工程整體勘察安全風(fēng)險而言，4種風(fēng)險元素的影響程度由高到低依次為E4、E1、E3、E2，即技術(shù)風(fēng)險元素對實驗巖土工程整體勘察安全風(fēng)險的影響程度最高，材料風(fēng)險元素的影響程度最低；從各指標(biāo)對實驗巖土工程整體勘察安全風(fēng)險影響程度的整體排序可看出，F(xiàn)12、F11及F2排在前3位，也就是槽探、坑探、鉆探與地質(zhì)調(diào)查，地基土堆混凝土板的抗滑試驗以及大風(fēng)和雷雨天氣的作業(yè)風(fēng)險3項指標(biāo)對整體勘察安全風(fēng)險的影響程度相對更高。

表6 各指標(biāo)合成權(quán)重值及排序情況Tab.6 Composite weight value and ranking of each index

為檢驗本文方法所得排序結(jié)果的有效性，現(xiàn)運用CR指標(biāo)對本文方法預(yù)測結(jié)果實施一致性檢驗。檢驗中若CR指標(biāo)值低于0.1，則判定為通過一致性檢驗；若CR指標(biāo)值高于或等于0.1，則判定為未通過一致性檢驗；當(dāng)CR指標(biāo)值為0時，則判定為預(yù)測結(jié)果符合完全一致性。一致性檢驗結(jié)果詳見表7。通過表7可得出，本文方法所得預(yù)測結(jié)果的CR值均小于0.1，可見，本文方法預(yù)測結(jié)果均能夠通過一致性檢驗，具有較好的一致性，預(yù)測結(jié)果可靠性較高。

表7 預(yù)測結(jié)果的一致性檢驗Tab.7 Consistency test of prediction results

3 結(jié)論

巖土工程施工前需派遣相關(guān)人員實施現(xiàn)場勘察，而現(xiàn)場勘察作業(yè)中因各類因素影響導(dǎo)致存在不同程度的安全風(fēng)險，為此需在實際勘察作業(yè)前實施相應(yīng)的安全風(fēng)險預(yù)測，有效規(guī)避風(fēng)險事故的發(fā)生，提升勘察的安全性。

本文針對一種基于層次分析法的巖土工程勘察安全風(fēng)險預(yù)測方法展開研究，通過分析巖土工程勘察過程中所存在的各類安全風(fēng)險，結(jié)合專家投票選出主要風(fēng)險因素，構(gòu)建巖土工程勘察安全風(fēng)險預(yù)測指標(biāo)體系，運用層次分析法依據(jù)該指標(biāo)體系建立巖土工程勘察安全風(fēng)險層次結(jié)構(gòu)模型。通過專家賦值創(chuàng)建各層次判斷矩陣，并經(jīng)由逐層一致性檢驗后，運算出綜合指標(biāo)權(quán)重，進(jìn)行整體排序，獲取巖土工程勘察整體安全風(fēng)險影響最高的各指標(biāo)元素，完成對巖土工程勘察安全風(fēng)險的預(yù)測。將本文方法應(yīng)用于某巖土工程勘察安全風(fēng)險預(yù)測中，預(yù)測結(jié)果表明，槽探、坑探、鉆探與地質(zhì)調(diào)查對實驗巖土工程整體勘察安全風(fēng)險的影響程度高達(dá)0.293，是全部風(fēng)險指標(biāo)中影響程度最高的一項指標(biāo)；其次為地基土堆混凝土板抗滑試驗與雷雨天氣作業(yè)風(fēng)險兩項指標(biāo)，二者對實驗巖土工程整體勘察安全風(fēng)險的影響程度分別為0.195和0.151。在實驗巖土工程的實際現(xiàn)場勘察作業(yè)中，需重點關(guān)注以上3方面風(fēng)險，有效規(guī)避防范此類風(fēng)險的發(fā)生，最大限度地降低實驗巖土工程的整體勘察安全風(fēng)險。經(jīng)檢驗驗證了本文方法所得預(yù)測結(jié)果的一致性與可靠性，可用于實際巖土工程勘察的安全風(fēng)險預(yù)測中。