李 毅

(益陽市交通建設質(zhì)量安全監(jiān)督站， 湖南 益陽 413000)

影響隧道施工安全的因素眾多，包括各種自然因素以及人為因素，各種因素之間相互作用，導致現(xiàn)場施工有很多不確定性。常規(guī)的風險分析方法有模糊評價法、專家法、層次分析法、可拓理論法和貝葉斯法等[1-3]，其中模糊評價法十分簡潔實用且具有系統(tǒng)性，但該法許多因子的權(quán)重系數(shù)不好確定，而層次分析法卻能很簡單地確定因子權(quán)重。模糊層次分析法結(jié)合了模糊法和層次分析法的優(yōu)點，是一種多準則相對靈活且非常實用的決策方法。本文采用模糊層次分析法對公路隧道施工坍塌事故風險進行研究，對類似工程風險評估具有一定的參考價值。

1 隧道施工坍塌風險影響因素分析

根據(jù)現(xiàn)場資料和現(xiàn)有研究成果[4-6]，結(jié)合業(yè)內(nèi)專家調(diào)查分析結(jié)果，影響隧道塌方事故的主要因素有地質(zhì)、環(huán)境、施工和勘察設計因素。其中地質(zhì)因素包括：圍巖級別、斷層破碎情況、滲水狀態(tài)以及隧道偏壓；環(huán)境因素包括：大氣降雨和自然災害；施工因素包括：技術水平、施工經(jīng)驗以及現(xiàn)場管理；勘察設計因素包括：地質(zhì)符合情況、施工方法、施工步距。

2 建立公路隧道施工坍塌事故風險模糊層次分析模型

2.1 建立層次結(jié)構(gòu)模型

通過對隧道施工坍塌事故的影響因素分析，建立隧道施工坍塌事故風險評估指標體系，根據(jù)模糊層次分析原理建立隧道施工坍塌事故可能性風險評估層次遞階模型，見表1 。

表1 隧道施工塌方可能性層次分析遞階模型目標層準則層指標層隧道施工坍塌事故可能性評估指標A圍巖級別C1地質(zhì)因素B1斷層破碎情況C2滲水狀態(tài)C3隧道偏壓C4技術水平C5施工因素B2施工經(jīng)驗C6現(xiàn)場管理C7環(huán)境因素B3大氣降雨C8自然災害C9地質(zhì)符合情況C10勘察設計因素B4施工方法C11施工步距C12

2.2 確定個評價指標的權(quán)重

層次分析法中使用專家調(diào)查法，計算每層影響因素的權(quán)重系數(shù)。根據(jù)層次分析法的基本原理采用1-9標度法，讓專家根據(jù)隧道現(xiàn)場調(diào)查資料對同一層次的影響因素指標兩兩之間重要性進行評判，建立準測層的判斷矩陣如下：

(1)

(2)

得到：

W甲=(0.651 4，0.059 8，0.094 4，0.194 4)

利用MATLAB軟件計算出最大特征值λ甲max=4.100 9，RI=0.89?？傻茫?/p>

0.037 8<0.1

所以特征向量W甲有效。

同理，可得：

W乙=(0.611 0， 0.048 5， 0.104 3， 0.236 2)，

W丙=(0.670 1， 0.076 5， 0.081 9， 0.171 5)，

W丁=(0.590 6， 0.103 8， 0.086 2， 0.219 4)。

假如不用考慮每位專家的決策能力和權(quán)威性，采用加權(quán)平均綜合法對以上指標權(quán)重值進行計算得到綜合權(quán)重(見表2)，仍采用如上層次分析法得到指標層各因素權(quán)重(見表3)。

表2 準則層指標權(quán)重最終值準則層地質(zhì)因素施工因素環(huán)境因素勘查設計因素權(quán)重W0.630 80.072 40.091 70.205 4

表3 第三層指標綜合權(quán)重最終值準則層評價因素C權(quán)重V最終權(quán)重圍巖級別C10.376 30.237 4地質(zhì)因素B1斷層破碎情況C20.313 50.197 8滲水狀態(tài)C30.108 50.068 4隧道偏壓C40.201 70.127 2技術水平C50.103 20.007 5施工因素B2施工經(jīng)驗C60.632 90.045 8現(xiàn)場管理C70.263 90.019 1環(huán)境因素B3大氣降雨C80.342 30.031 4自然災害C90.657 7 0.060 3地質(zhì)符合情況C100.231 10.047 5勘查設計因素B4施工方法C110.287 30.059 0施工步距C120.481 60.098 9

2.3 制定隧道施工坍塌風險評估評分標準

進行現(xiàn)場調(diào)研，由專家對影響公路隧道施工坍塌風險的影響因素進行評分，每單項評分分為4個等級，總分值為13分，分值對應的可能性劃分標準見表4,評分標準見表5。

表4 隧道坍塌事故可能性評估標準計算分值P事故可能性描述等級P≥9.5很可能46.5≤P<9.5可能33.5≤P<6.5偶然20≤P<3.5不太可能1

表5 各因素評分標準評分值Ⅰ(0～3)Ⅱ(4～6)Ⅲ(7～9)Ⅳ(10～13)圍巖級別C1Ⅰ、ⅡⅢⅣⅤ、Ⅵ斷層破碎寬度 C20～20 m20～35 m35～50 m>50 m滲水狀態(tài)C3干-滴滲線狀線狀-股狀巖溶管道式涌水隧道偏壓 C40°～20°20°～30°30°～40°>40°技術水平C5很好好差很差施工經(jīng)驗C6較豐富豐富缺乏嚴重不足現(xiàn)場管理C7較規(guī)范規(guī)范較差很差大氣降雨C8很少少較多頻繁自然災害C9極少偶爾經(jīng)常頻繁地質(zhì)符合情況C10完全符合基本符合差別較大差別很大施工方法C11適合基本適合不適合很不適合施工步距C12<70 m70～120 m120～200 m>200 m

3 工程實例研究

某公路隧道地處丘陵地貌，地形起伏較大，起訖樁號為K23+506～K25+392，全長1 886 m，為單洞雙線隧道。隧道范圍內(nèi)中線高程374.14～656.82 m，最大高差約282.68 m。山體自然坡度20°～30°，植被較發(fā)育。隧址區(qū)地表水不發(fā)育，主要為隧道進、出口所處沖溝內(nèi)的溪流水，靠大氣降水和基巖裂隙水滲流補給，屬季節(jié)性溪流，大部分時間溪流水量小或干旱季節(jié)斷流。隧址區(qū)第四系覆蓋層厚度不大，主要為坡殘積成因的粉質(zhì)黏土、碎石，不均勻分布于隧道山體；出露基巖為前震旦系下統(tǒng)富祿組(Nh1f)變質(zhì)砂巖，山體坡腳部位見強 — 中風化基巖裸露。圍巖級別為Ⅲ～Ⅳ級。

該隧道主要由III、IV、V這3個級別的圍巖構(gòu)成，按照圍巖等級情況不同，分別對不同區(qū)段坍塌事故的風險等級進行估測。根據(jù)調(diào)查資料可得，隧道洞身段：K25+380～K25+392為V級圍巖段。為簡化計算，采用專家調(diào)查法，在資料收集和現(xiàn)場調(diào)查的基礎上，由4名專家按指標對該隧道K25+380～K25+392進行評分，統(tǒng)計專家做出的判斷分值如表6所示。

根據(jù)專家評分表建立指標層模糊評價矩陣Xi:

表6 指標層專家評分表準測層準測層權(quán)重W指標層指標層權(quán)重V專家甲專家乙專家丙專家丁圍巖級別C10.376 311101211斷層破碎情況C20.313 50101地質(zhì)因素B10.630 8滲水狀態(tài)C30.108 54566隧道偏壓C40.201 71232技術水平C50.103 23412施工因素B20.072 4施工經(jīng)驗C60.632 91121現(xiàn)場管理C70.263 93231環(huán)境因素B30.0917大氣降雨C80.342 34354自然災害C90.657 7 0100地質(zhì)符合情況C100.231 13321勘查設計因素B40.205 4施工方法C110.287 31111施工步距C120.481 64555

根據(jù)指標層各因素權(quán)重向量V得到準測層矩陣評價公式為Yi=Vi×Xi，求得各因素評價矩陣：

Y1=V1×X1=

( 4.775 0 5.022 4 5.771 7 5.507 2)

Y2=V2×X2=

( 1.734 2 1.573 5 2.160 7 1.103 2)

Y3=V3×X3=

(1.369 6 1.684 9 1.712 0 1.369 6)

Y4=V4×X4=

( 2.656 5 2.887 6 2.406 0 1.924 4)

得到準測層評價矩陣

再根據(jù)準測層權(quán)重向量W得到最終評價矩陣公式為Zi=Wi×Yi，計算得：

Z=[ 3.808 9 4.029 7 4.448 4 4.074 7]

由上述計算可知，綜合考慮各專家意見，得到該隧道K25+380～K25+392段最終評分結(jié)果為:

根據(jù)表4可得該隧道K25+380～K25+392Ⅴ級圍巖段發(fā)生坍塌事故的可能性為偶然。重復上述步驟得到該隧道K23+530～K23+560、K25+265～K25+360Ⅳ級圍巖段及K23+560～K25+265Ⅲ級圍巖段發(fā)生坍塌的可能性皆為偶然。結(jié)果表明與《湖南省公路橋梁與隧道工程施工安全風險評估實施細則》(試行)推薦方法得到的評價結(jié)果一致。

4 結(jié)論

以某隧道施工為背景，基于模糊層次分析法對該隧道施工坍塌事故進行風險評估。首先對隧道施工塌方影響因素進行分析，并建立了隧道施工塌方風險評價指標體系，然后采用層次分析法確定了各評價指標的權(quán)重，結(jié)合專家評分，得到隧道施工坍塌事故的可能性等級，最后對模型結(jié)果進行了驗證。結(jié)果表明該模型是有效的。與現(xiàn)行《湖南省公路橋梁與隧道工程施工安全風險評估實施細則》(試行)相比，該方法考慮因素更全面合理，避免了因施工單位安全管理折減系數(shù)對非施工因素進行折減，該方法得到的評估結(jié)果更客觀。